摘要：本論文總結(jié)了對邯鋼２２５０熱軋生產(chǎn)線精軋摩根潤滑系統(tǒng)壓力控制方式進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。原來的控制方式對干擾系統(tǒng)壓力波動的因素沒有考慮補(bǔ)償，并且摩根軸承潤滑站變速泵對壓力波動調(diào)整的能力不高。在軋鋼過程中系統(tǒng)壓力出現(xiàn)大幅度波動。通過改進(jìn)控制方式，從根本上解決了軋鋼過程中壓力波動過大的問題，保證了生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。

Abstract:   This thesis summarized the experience on the pressure control methed improvement and optimization of FM Morgoil bearing lubricating system in  the 2250 Hot Strip Mill rolling line,Hansteel company.In the previous condition,the system didn’t take the pressure disturbance factors compensation  into consideration in  control and the speed  adjusting ablility of the pumps was not sufficient.The system pressure had very big fluctuation during rolling process. By  improving the control pattern,the problem that the pressure fluctuation is too much during the rolling process was essentially solved,which satisfied the production requirement.

      精軋摩根軸承潤滑系統(tǒng)為摩根軸承提供潤滑油，對摩根軸承進(jìn)行潤滑和冷卻，同時(shí)起到提供油膜支撐的作用，這要求系統(tǒng)壓力在軋制過程中保持穩(wěn)定。但是在調(diào)試過程中，通過觀察發(fā)現(xiàn)，在精軋機(jī)咬鋼、提速、降速以及甩鋼的過程中，系統(tǒng)壓力出現(xiàn)了很大波動，這對于軸承的正常工作和保護(hù)是極其不利的，如果不加改進(jìn)將不利于軸承正常工作和壽命，而且對于板型精細(xì)控制存在不利影響。我們對影響系統(tǒng)壓力的因素和控制方式的分析，對整個(gè)系統(tǒng)的壓力控制進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)，增加了干擾因素前饋補(bǔ)償，同時(shí)改進(jìn)變頻調(diào)速泵的控制方式，解決了軋制過程中系統(tǒng)壓力波動過大的問題，保證了軋機(jī)摩根軸承的正常工作。

1.摩根軸承潤滑系統(tǒng)原來控制方法及存在問題
      摩根軸承潤滑系統(tǒng)的壓力是靠變速泵（變頻馬達(dá)）進(jìn)行調(diào)整，正常情況下精軋摩根潤滑系統(tǒng)四臺泵用三備一，在壓力較低的情況下第四臺備用泵會自動啟動，以增加壓力調(diào)整能力。 在摩根潤滑系統(tǒng)管路上，在冷卻單元后面安裝有一個(gè)壓力傳感器在系統(tǒng)工作過程中，通過壓力傳感器反饋的在線壓力數(shù)值和設(shè)定壓力數(shù)值的偏差，來按照一定的函數(shù)關(guān)系修訂變速泵的輸出轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制系統(tǒng)壓力的目的。摩根壓力控制是典型的壓力反饋控制。
      摩根軸承潤滑系統(tǒng)的在啟動變頻調(diào)速泵分兩個(gè)加速階段，當(dāng)用戶點(diǎn)的壓力達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，壓力控制啟動。四臺變頻泵有一臺是主調(diào)節(jié)泵（master pump），其他兩臺泵是從泵（slave pumps），主泵的選擇是哪臺泵先達(dá)到第二階段設(shè)定轉(zhuǎn)速即確立為主泵，主泵在摩根系統(tǒng)工作過程中對即時(shí)壓力波動進(jìn)行調(diào)整，轉(zhuǎn)速輸出隨之變化，從泵則保持一定的轉(zhuǎn)速恒速轉(zhuǎn)動。當(dāng)主泵的調(diào)整能力不足時(shí)，將會切換主泵。
      摩根軸承潤滑系統(tǒng)存在的問題就是：在生產(chǎn)過程中，由于軋制過程中存在很多沖擊載荷因素，如咬鋼、軋機(jī)提速、甩鋼過程，以及AGC控制過程中的輥縫調(diào)整，由于摩根系統(tǒng)調(diào)速泵對這些沖擊載荷響應(yīng)速度較慢，而且這種單臺泵進(jìn)行調(diào)整力度不夠，造成了軋制過程中壓力波動較大，這對于摩根軸承的保護(hù)以及板型的精密控制都是不利因素，因此需要采取一定的措施解決該問題。

2.PI控制
      PI控制（proportional and integral control）就是比例和積分環(huán)節(jié)控制，控制過程中主要有即時(shí)的比例調(diào)節(jié)以及追蹤補(bǔ)償?shù)姆e分調(diào)節(jié)兩個(gè)環(huán)節(jié)，控制過程如下圖所示：

      在PI控制過程中，比例環(huán)節(jié)就像一個(gè)杠桿，對控制偏差進(jìn)行即時(shí)的調(diào)節(jié)，而積分環(huán)節(jié)具有對偏差進(jìn)行追蹤補(bǔ)償?shù)墓δ埽?dāng)偏差是正的時(shí)候積分環(huán)節(jié)連續(xù)增加比例環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)量，當(dāng)偏差為負(fù)時(shí)，積分環(huán)節(jié)連續(xù)減少比例環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)量?？刂茀?shù)正是在比例環(huán)節(jié)的即時(shí)調(diào)整和積分環(huán)節(jié)的追蹤補(bǔ)償雙重作用下達(dá)到控制目標(biāo)值和系統(tǒng)的平衡。
      PI控制是典型的反饋控制，主要包括比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)兩個(gè)部分。這種控制在TMEIC的控制程序中應(yīng)用廣泛。對于摩根壓力控制系統(tǒng)，此種控制方式的缺陷在于并沒有把在軋鋼過程中影響壓力波動的主要因素作為前饋補(bǔ)償給系統(tǒng)，而是單純的采用反饋控制來進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)系統(tǒng)響應(yīng)速度較慢時(shí)，這種控制方式比較被動，抗擊系統(tǒng)波動能力較差。
      摩根潤滑系統(tǒng)壓力控制采用PI控制方式主要包括以下主要參數(shù)：
   系統(tǒng)設(shè)定壓力P=4.0 bar
   系統(tǒng)反饋壓力Pi
   檢測壓力偏差∆;P=P - Pi
   控制死區(qū)（dead band）DB=0.1 bar
   PI控制轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍上限n1=400  r/min
   PI控制轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍下限n2=-1150  r/min
   檢測壓力偏差總增益Ktotal =1
   積分增益KI
   比例增益KP
   PLC掃描時(shí)間參數(shù)T=0.05 s

      另外，在PI  控制死區(qū)設(shè)定為DB=0.05，在程序中只有當(dāng)壓力偏差超過此數(shù)值時(shí)，壓力偏差值才會允許傳遞給PI 控制單元進(jìn)行壓力調(diào)整。

3.壓力控制的優(yōu)化
      通過ODG（on-line data gathering）軟件對壓力控制系統(tǒng)的分析，我們發(fā)現(xiàn)以前的控制系統(tǒng)存在兩個(gè)缺陷：首先是沒有把影響壓力波動的因素補(bǔ)償?shù)娇刂葡到y(tǒng)中；其次，變速泵所采用的控制方式調(diào)速能力不夠。                                      
    3.1補(bǔ)償因素：軋制力和軋制速度
      我們通過分析ODG曲線發(fā)現(xiàn)，壓力波動最大值和最小值之間的差距超過了2 bar。最小達(dá)到2.7bar，最大升到4.7bar。如果軋制規(guī)格更加薄的板帶時(shí)，壓力波動會更大。因此這對于摩根軸承的保護(hù)和正常工作是非常不利的。
      我們知道，在軋機(jī)咬鋼和甩鋼的過程中，軋制力會突然增加，從而引起摩根潤滑油的流量的增加而引起系統(tǒng)壓力的波動，基于這一因素，我們觀察了在咬鋼和甩鋼過程中軋制力和壓力波動曲線，證實(shí)了以上觀點(diǎn)。對于軋制力所引起的壓力補(bǔ)償我們采用了最簡單的固定數(shù)值補(bǔ)償辦法，對于F1-F7 根據(jù)軋制過程中對壓力影響的不同程度分別取一個(gè)固定的數(shù)值補(bǔ)償?shù)阶兯俦玫乃俣葏⒖贾抵?。?jīng)過反復(fù)嘗試和修改，我們對精軋摩根潤滑系統(tǒng)補(bǔ)償了以下一組參數(shù)：

      同理，當(dāng)軋機(jī)速度增加或降低時(shí)，也會引起摩根軸承油流量的變化，從而影響系統(tǒng)壓力。因?yàn)楦鱾€(gè)軋機(jī)的轉(zhuǎn)速并不相同，我們把各個(gè)機(jī)架速度的平均值乘以一個(gè)合適的系數(shù)，補(bǔ)償?shù)侥ΩS承潤滑泵轉(zhuǎn)速的輸出參考值中去。經(jīng)過實(shí)際嘗試和修改，我們確定了補(bǔ)償系數(shù)大小為K=26時(shí)效果良好。軋機(jī)軋制力和轉(zhuǎn)速總的補(bǔ)償參數(shù)K’為：

    1） 摩根潤滑變速泵控制方式的改變
      從圖2我們可以看出，在軋制過程中3臺調(diào)速泵的工作方式為，一臺主泵（master pump）和三臺從泵（slave pump）,在軋制過程中壓力波動時(shí)首先是主泵轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)變化來進(jìn)行調(diào)整，而三臺從泵輸出轉(zhuǎn)速恒定在1000r/min.當(dāng)壓力波動過大時(shí)，主泵調(diào)速能力達(dá)到極限（額定轉(zhuǎn)速1800r/min）這個(gè)時(shí)候兩臺從泵輸出轉(zhuǎn)速階越到1800r/min來增加主泵調(diào)速的起點(diǎn)。這種控制方式存在很大的缺陷，首先是調(diào)整能力不高，只是一臺主泵在進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整；其次，當(dāng)從泵發(fā)生速度階越時(shí)本身就成為了系統(tǒng)壓力波動的因素，造成系統(tǒng)壓力的大起大落。因此需要改變這種方式。

      以前的控制方式中，PI控制的速度補(bǔ)償值只是修改主泵的實(shí)時(shí)輸出轉(zhuǎn)速來進(jìn)行調(diào)速，而其它從泵卻是以恒定轉(zhuǎn)速的方式進(jìn)行工作，在主泵調(diào)速能力達(dá)到極限時(shí)，從泵在階越到額定轉(zhuǎn)速，提高主泵調(diào)速起點(diǎn)。我們經(jīng)過分析后決定把這種控制方式改為：取消主泵和從泵的區(qū)分，讓三臺泵（當(dāng)調(diào)速達(dá)到極限時(shí)，第四臺泵自動啟動）同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，把PI控制的實(shí)時(shí)反饋補(bǔ)償以及干擾因素的補(bǔ)償同時(shí)補(bǔ)償給三臺泵（或四臺泵），這樣一來就大大提高了潤滑系統(tǒng)的壓力調(diào)整能力和調(diào)整速度,提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。比例環(huán)節(jié)和干擾因素補(bǔ)償關(guān)系為：當(dāng)系統(tǒng)干擾因素補(bǔ)償因素越全面和精確時(shí)，比例環(huán)節(jié)的調(diào)整幅度越小，系統(tǒng)就越穩(wěn)定。另外，當(dāng)系統(tǒng)壓力調(diào)整需要第四臺泵啟動的時(shí)候，我們考慮了泵啟動對系統(tǒng)壓力的影響，通過修訂泵的加速度來保證第四臺泵啟動和停止時(shí)對系統(tǒng)的影響。所以經(jīng)過改良后的摩根軸承潤滑系統(tǒng)壓力控制從根本上消除了壓力波動過大的問題，對保證摩根軸承正常工作和保護(hù)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。圖5是改進(jìn)后的摩根系統(tǒng)壓力波動曲線圖。在軋制過程中壓力的波動范圍小于0.11bar，大大滿足了生產(chǎn)需要。

結(jié)束語：
      摩根軸承在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，其潤滑油系統(tǒng)對軸承工作起著至關(guān)重要的作用。精軋摩根軸承系統(tǒng)工況復(fù)雜，沖擊載荷較多，速度變化頻繁，系統(tǒng)壓力控制需要考慮的因素較多，因此在控制過程中應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的方法進(jìn)行控制。本論文是在熱軋線實(shí)際生產(chǎn)過程中進(jìn)行完成的，客觀總結(jié)了摩根潤滑系統(tǒng)壓力控制改進(jìn)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，對其他相同或類似系統(tǒng)改造和優(yōu)化具有很好的借鑒意義。