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两种张紧辊负荷平衡控制原理及差异分析张紧辊 负荷平衡控制 张力分布 强制等比例1引言 在钢铁企业板带生产机组中，带钢张力很多是需要分段进行控制的，这不但是通板的需要，更是工艺控制的要求。带钢张力控制设备的实现一般是采用张力辊组完成，即由2-4根辊子构成张紧辊组，分别由马达传动每一根辊子，实现张紧辊组前后不同的张力控制要求。在张力控制过程中张紧辊组有一个重要控制内容，就是各个辊子之间的负荷平衡控制。所谓张紧辊负荷平衡控制就是使各个张紧辊的负荷尽可能相近或满足一定比例的分配，以使各辊子都能发挥各自的能力，协同完成带钢的张力控制要求，防止出现某个辊子过负荷而其它辊子还没充分发挥作用的现象出现。 在实际应用中，张紧辊负荷平衡控制一般有两种方式，一种是较复杂的“仿皮带”负荷平衡控制方式，一种是强制等比例的负荷平衡控制方式。下面我们将就这两种控制方式的原理进行说明，并对他们的差异加以分析比较。2“仿皮带”负荷平衡控制2.1控制原理 “仿皮带”负荷平衡控制方式，其基本思路是模仿皮带传动控制，依据的数学控制模型就是我们称为的皮带传动控制欧拉定理。图1BOD的物理结构及表示符号 欧拉定理简单说明如下： 图1中主动轮的旋转方向如箭头所示，传动时皮带上下两边的张力就有差异，上边紧一些(叫紧边)，下边松一些(叫松边)。忽略张力损失，则 (T1=T4) (T2=T3)。 欧拉定理说的是：如果要保证主动轮与皮带无滑动地传动，主动轮紧边的张力要保证满足下面的公式：(1) 式中： e为自然对数； 为皮带与主动轮的接触弧长； 为皮带与主动轮的摩擦系数。 也就是说主动轮能够提供的紧边最大张力为： (2) 以某个4辊式张紧辊为例，其张力分布如图2所示。图24辊式张紧辊张力分布示意图 一般来说TENT与TDEL总是有差异的，假设TDELTENT。则按照欧拉定理其传动也应符合式(1)的要求。因此，“仿皮带”负荷平衡控制就采用下面的公式：(3) (4) 而马达的功率需求公式为： (5) 所以： (6) 设马达的额定功率分别为P1M、P2M、P3M、P4M。则每台马达的理论负载百分比就应当按照下面的公式计算： (7) 式中: i=1,2,3,4; Li：每台马达理论负载百分比。 它就是这种负荷平衡控制方式下的设定值。每台马达的实际负载百分比就作为实际值，计算公式为： (8) 式中: i=1,2,3,4; ：各马达的实际功率; ：每台马达的实际负载百分比。 因此控制偏差为: (9) Li：负荷平衡控制偏差 如果相同且TDELT3T2TENT那么按照式(4)必有的P4P3P2P1。如果4台马达的额定功率相同，则其负载百分比无法做到相等。要做到负载百分比相等则每台马达的额定功率必须做到。表1是根据欧拉公式计算出不同入、出口张力比下的负荷比例。 2.2控制特点 “仿皮带”负荷平衡控制的目标是：在适当的马达配置前提下，通过负载平衡控制，使各马达在与带钢不打滑(当然是理论上，因为不打滑还有其他决定因素如摩擦系数)的前提下提供所需要的张力。但是如果入出口张力设定不合理将会引起张紧辊中某台马达过载造成机组故障。原理如下：图3四辊式张紧辊不同入出口张力比的负荷比例图 从图3可以看出随着张力比例的增大，1号辊的负载在减少，4号辊的负载在增加，因此P4:P1在增加，而马达一旦选定则功率无法变化，因此P4M:P1M仍然保持不变，则不再成立，因此每台马达的负载百分比将发生较大变化。从图3可以直观看出当入口张力大时1号辊负载百分比大，容易发生过载；当出口张力大时4号辊负载百分比大，容易发生过载。因此在设计时考虑马达负载就要找到一个平衡点，保证在允许的张力范围内都不会发生过载现象。另外在使用中也要遵守入出口张力设定的要求，两种的比例不能过大，否则也容易造成过载。 现举例说明。表2是某热镀锌机组8号和9号张紧辊马达配置情况： 从马达的额定功率配置可以看出，8号张紧辊的额定功率从入口到出口逐步增大，9号张紧辊的额定功率从入口到出口逐步减少。因此，其适应的张力分布应当是8号张紧辊的入口张力小于其出口张力，9号张紧辊的入口张力大于其出口张力。如果不这样进行张力分布，将造成8号张紧辊1号辊马达的负载很高，而2号、3号、4号辊负载很低。本机组有一段时间8号张紧辊的1号辊负载较高，其主要原因就是：新开发的高强钢只提高了的平整机入、出口张力设定值，而没有调整拉矫机段的张力设定值，造成8号张紧辊的出口张力小于入口张力，与马达的配置不相符，加剧了马达负荷的差异，因此8号张紧辊的1号辊负载在生产高强钢时经常过载，如果操作工不及时干预就会造成传动重故障，而造成不必要的停机损失。因此对于这种负荷平衡控制方式的机组，一定要考虑其张力分布是否符合控制特点的要求。3 “强制等比例”负荷平衡控制3.1控制原理 “强制等比例”负荷平衡控制方式，其基本思路是以一个马达为主动马达，其它马达为从动马达，从动马达的负荷按照主动马达的进行控制，这样各马达的负荷比例基本一致，原理描述如下。 (10) (11)(12) 式中：i=1n； ICM：master马达的额定电流； IBM：master马达的反馈电流； LCM：master马达的负荷百分比，也就是这种控制方式下的负荷平衡控制的设定值； ICi: slave马达的额定电流； IBi：slave马达的反馈电流； LBi：slave马达的负荷百分比，也就是也就是这种方式下的负荷平衡控制实际值； Li：slave马达与master马达的负荷差，也就是这种方式下的负荷平衡控制偏差量。 从上述公式上可以看出，“强制等比例”负荷平衡控制方式的原理来自于一个简单而直观的经验：同一组张紧辊中各台马达的负荷百分比要趋于相同，这样每台马达输出功率的百分比都将大致相等。3.2控制特点 “强制等比例”负荷平衡控制方式的特点非常明确：通过平衡控制，使各马达之间按照相同比例输出功率，正常情况下不会发生同一张紧辊内某个马达负荷高的情况，前后的张力比较大（或较小）时整个张紧辊的马达的负荷都会增大会减小，也就是说如果过载就会同时过载，而不是其中的某一个马达。其抗过载的能力较强，但是带钢和张紧辊之间可能会有一定的滑动。图48号、9号张紧辊布置图4两种张紧辊负荷平衡控制差异分析 “仿皮带”负荷平衡控制方式的目标是在设定张力下控制各个马达的负载使带钢与辊子不发生打滑的，而马达的过载能力是由马达配置和张力分布来保证的。其优点是马达与带钢不会发生打滑。缺点是控制算法比较复杂，各马达的负载比例会随张力分布的不同而出现较大差异，极端情况下会造成某个马达已过负荷而其它马达负荷很小的情况。 “强制等比例”负荷平衡控制方式的目标是在设定张力下使各马达的负载趋于一致。其优点是控制算法相对简单，对张力分布没有特殊的要求。缺点是当张力比过大时，虽然马达还没有过负荷，但带钢已发生打滑。当