1880精轧机L1跳电保护研究与优化

谢捷　王喆

摘 要：自1880投产以来，多次发生励磁电流过流造成的精轧机主传动跳电故障，由于传动保护装置设计上的缺陷（在文章中不作讨论），跳电后造成了放电用的电阻及二极管烧损，损失比较严重。经数据分析后得出，该类跳电都是由于L1速度给定值附加量SUC突变所引起的。SUC在精轧机控制中由后依次向前逐移，并分别由手动干预补偿量、活套补偿量以及流量补偿量组成。为了使主传动最大限度的发挥其快速响应的特性，该SUC量为一个实时的脉冲突变量。因此，文章从L1控制角度出发对主传动及L1软件进行分析研究，增加和改进主传动SUC斜坡发生器，使其既能杜绝轧机跳电又能满足生产需求的轧机快速响应性。改进后现场实际效果很好。

关键词：速度给定附加量SUC；主传动响应；斜坡发生器

1 问题点提出

1.1 背景描述

自从1880投产以来，多次发生精轧机主传动跳电故障，导致了设备故障时间，同时也造成放电用的电阻及二极管烧损，带来了较大的经济损失。从主传动角度出发，跳电后的保护装置电阻及二极管应该起到很好的保护作用从而避免主件受损，但从检查后发现由于设计上存在的一定缺陷，使得电阻及二极管在主传动跳电后多次损坏。当然，此缺陷已通过在传动装置上增加更大容量的电容加以保护，文章不再重点描述。

事后从ODG数据分析，发现该类跳电都是由于速度给定值的附加量SUC突变所引起的。因此，文章主要从L1控制角度出发对故障原因进行描述，并通过故障曲线对SUC加以分析与优化。

1.2 曲线分析

较为经典的一次SUC输出导致的轧机跳电故障发生于2009年5月16日凌晨00点15分，带钢在轧制过程中，F6发生跳电。其ODG曲线如图1所示。

由于活套SUC在输出上并未加斜坡，因此其给定量在程序1个扫描周期内可以发生突变。但从图1中我们发现，在带钢头部，活套SUC来回发生跳变没有导致轧机跳电，而在接近带钢尾部时，只仅仅发生1次瞬间跳变就导致了轧机跳电。这是由于主传动可以承受的SUC输出量所决定的，在此块带钢的头部时，活套补偿量的输出值频繁跳变于2.5%，即100%/s，未发生跳电。但当活套补偿量的输出值变化为4.8%，即192%/s时，轧机跳电。同时，查看了多块平稳轧制状态时，相邻两周期活套补偿量的输出值变化量小于0.05%，即2%/s。

2 SUC简介

2.1 SUC分析

SUC是英语Successive的缩写，它表示机架间速度补偿逐移量。精轧机在轧制过程中为了满足用户的产品质量要求必须保证带钢在F7的出口温度，因此末机架的速度不能随意改变。由此，在保证末机架速度的同时，速度逐移量由后机架向前机架传递。那么除末机架以外，每个机架的SUC总量除了包括其本身的手动干预补偿量、活套调整补偿量以及流量补偿量以外，还包括后机架的SUC总量。其方程式如下所示。

SUC总（当前机架）=SUC总（后机架）+手动补偿量（当前机架）+活套补偿量（当前机架）+流量补偿量（当前机架）

从图1中可以清晰地看到速度给定附加量SUC的组成部分，为了达到快速响应的目的，并非每个SUC组成分量都有斜坡保护，各个分量的斜坡及限幅情况如表1所示。

从表1中可以看出，除了手动干预SUC做了斜坡保护（为了满足轧制状况，人工干预量往往会干预幅度比较大），其余信号为了保证其快速响应性都未作斜坡保护。那么当SUC输出量产生大的跳变时（尤其是在现场轧制带钢不稳定时发生较多），主传动将不能承受其巨大的脉冲条变量，为了保护轧机而跳电。

该类跳电一般都发生于精轧机轧制过程中，一旦跳电废钢在轧机中很难处理，造成的后果较为严重。因此，需要给SUC速度逐移量加一个斜坡保险，但其必须在满足快速响应的前提下又对轧机跳电产生保护。

2.2 手动干预补偿

手动干预补偿量是指操作工在轧钢过程中根据带钢的轧制状态，手动对每个机架的速度进行调整，从而达到平衡机架间秒流量的效果。一般来说，操作工为了防止带钢在穿带时起套，会在穿带时对机架速度进行干预，尤其是在轧制2mm左右或以下的带钢时，下调后机架（如F6）速度达到此效果。由于手动干预量靠人工判断，例如有时候为了避免机架间的严重失张导致的废钢，操作工的瞬间干预量可能很大，因此在L1软件中对手动干预SUC做了5%/s的斜坡保护，且其干预量限幅为轧机设定速度的±20%。如图2所示。

2.3 活套补偿

活套补偿量是指机架间活套对前机架速度产生的影响。1880活套采用的是ILQ方式，主要通过测压系统检测的机架间张力变化对前机架速度进行调整。为了保证ILQ控制响应快、精度高的优点，活套SUC在软件中未作斜坡保护量，以脉冲形式对主传动速度进行补偿，其干预量限幅为轧机设定速度的±20%。从轧制曲线分析，并将该SUC分量与其余分量相比，活套补偿量所占比重最大，调节最为频繁。如图3所示。

2.4 流量补偿

流量补偿是指根据精轧机架辊缝的变化量对轧机速度的补偿量。由于在正常轧钢过程中，辊缝的波动量比较小，因此相对而言，辊缝SUC的补偿量在整个轧机补偿量所占比例较小，也未作斜坡保护，其干预量限幅为轧机设定速度的±8%。如图4所示。

3 斜坡发生器优化

3.1 改进原理

从故障数据分析后得到，活套补偿量在整个SUC中所占比例相对较大，且由于机架间张力受外界影响较大，温度不均匀、水量控制不好、板形不佳等都会使张力产生大范围的波动，从而影响活套SUC对主传动速度的影响。为了避免类似的跳轧机故障再次发生，绘制轧机SUC斜坡优化改变前后原理图。

3.2 改进方法

3.2.1 活套补偿量斜坡发生器。由于活套对于机架间的秒流量控制起到至关重要的作用，它的响应过慢会直接导致轧钢的异常，因此在原设计中没有在该分量上加上斜坡保护，而此前多次跳电也正是由于主传动无法承受巨大的跳变导致。在改进时，考虑到此问题，该斜坡发生量设定的斜率较大，主传动每秒种可变化最大速度百分比的100%。

3.2.2 总SUC斜坡发生量。总SUC斜坡发生量是整个L1控制的关键所在，它是通向传动控制的最后一道关口。因此，在活套补偿量增加斜坡后状态稳定未发生异常的实际情况基础上，并通过反复的曲线论证，同时与传动专家的讨论沟通，最终达到的目的是使跳变输出控制在每30ms最大变化量为传动最大速度的0.67%。

根据固有参数：主传动最大速度计数25000CNT，100%；SUC输出PLC（STC）扫描周期为5ms，可以得到：

主传动每秒钟可变化最大速度百分比：0.67%×（1000ms÷30ms）=22.33%

主传动每秒钟可变化最大计数：25000CNT×22.33%=5582.5CNT

4 结束语

该措施实施以后，既未影响轧机带钢轧制过程中的速度响应，满足生产工艺需求，又消除了速度补偿SUC突变造成的轧机跳电，效果良好。

作者简介：谢捷（1982-），女，上海人，汉族，现职称：主任工程师，学历：本科，研究方向：电气自动化。