摘要：本論文總結了對邯鋼２２５０熱軋生產線精軋摩根潤滑系統壓力控制方式進行改進和優化的技術經驗。原來的控制方式對干擾系統壓力波動的因素沒有考慮補償，并且摩根軸承潤滑站變速泵對壓力波動調整的能力不高。在軋鋼過程中系統壓力出現大幅度波動。通過改進控制方式，從根本上解決了軋鋼過程中壓力波動過大的問題，保證了生產穩定運行。

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為摩根軸承提供潤滑油，對摩根軸承進行潤滑和冷卻，同時起到提供油膜支撐的作用，這要求系統壓力在軋制過程中保持穩定。但是在調試過程中，通過觀察發現，在精軋機咬鋼、提速、降速以及甩鋼的過程中，系統壓力出現了很大波動，這對于軸承的正常工作和保護是極其不利的，如果不加改進將不利于軸承正常工作和壽命，而且對于板型精細控制存在不利影響。我們對影響系統壓力的因素和控制方式的分析，對整個系統的壓力控制進行了優化和改進，增加了干擾因素前饋補償，同時改進變頻調速泵的控制方式，解決了軋制過程中系統壓力波動過大的問題，保證了軋機摩根軸承的正常工作。

1.摩根軸承潤滑系統原來控制方法及存在問題
      摩根軸承潤滑系統的壓力是靠變速泵（變頻馬達）進行調整，正常情況下精軋摩根潤滑系統四臺泵用三備一，在壓力較低的情況下第四臺備用泵會自動啟動，以增加壓力調整能力。 在摩根潤滑系統管路上，在冷卻單元后面安裝有一個壓力傳感器在系統工作過程中，通過壓力傳感器反饋的在線壓力數值和設定壓力數值的偏差，來按照一定的函數關系修訂變速泵的輸出轉速，從而達到控制系統壓力的目的。摩根壓力控制是典型的壓力反饋控制。
      摩根軸承潤滑系統的在啟動變頻調速泵分兩個加速階段，當用戶點的壓力達到設定壓力時，壓力控制啟動。四臺變頻泵有一臺是主調節泵（master pump），其他兩臺泵是從泵（slave pumps），主泵的選擇是哪臺泵先達到第二階段設定轉速即確立為主泵，主泵在摩根系統工作過程中對即時壓力波動進行調整，轉速輸出隨之變化，從泵則保持一定的轉速恒速轉動。當主泵的調整能力不足時，將會切換主泵。
      摩根軸承潤滑系統存在的問題就是：在生產過程中，由于軋制過程中存在很多沖擊載荷因素，如咬鋼、軋機提速、甩鋼過程，以及AGC控制過程中的輥縫調整，由于摩根系統調速泵對這些沖擊載荷響應速度較慢，而且這種單臺泵進行調整力度不夠，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）就是比例和積分環節控制，控制過程中主要有即時的比例調節以及追蹤補償的積分調節兩個環節，控制過程如下圖所示：

      在PI控制過程中，比例環節就像一個杠桿，對控制偏差進行即時的調節，而積分環節具有對偏差進行追蹤補償的功能，當偏差是正的時候積分環節連續增加比例環節的調節量，當偏差為負時，積分環節連續減少比例環節的調節量。控制參數正是在比例環節的即時調整和積分環節的追蹤補償雙重作用下達到控制目標值和系統的平衡。
      PI控制是典型的反饋控制，主要包括比例環節和積分環節兩個部分。這種控制在TMEIC的控制程序中應用廣泛。對于摩根壓力控制系統，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償給系統，而是單純的采用反饋控制來進行調整，當系統響應速度較慢時，這種控制方式比較被動，抗擊系統波動能力較差。
      摩根潤滑系統壓力控制采用PI控制方式主要包括以下主要參數：
   系統設定壓力P=4.0 bar
   系統反饋壓力Pi
   檢測壓力偏差∆;P=P - Pi
   控制死區（dead band）DB=0.1 bar
   PI控制轉速調整范圍上限n1=400  r/min
   PI控制轉速調整范圍下限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掃描時間參數T=0.05 s

      另外，在PI  控制死區設定為DB=0.05，在程序中只有當壓力偏差超過此數值時，壓力偏差值才會允許傳遞給PI 控制單元進行壓力調整。

3.壓力控制的優化
      通過ODG（on-line data gathering）軟件對壓力控制系統的分析，我們發現以前的控制系統存在兩個缺陷：首先是沒有把影響壓力波動的因素補償到控制系統中；其次，變速泵所采用的控制方式調速能力不夠。                                      
    3.1補償因素：軋制力和軋制速度
      我們通過分析ODG曲線發現，壓力波動最大值和最小值之間的差距超過了2 bar。最小達到2.7bar，最大升到4.7bar。如果軋制規格更加薄的板帶時，壓力波動會更大。因此這對于摩根軸承的保護和正常工作是非常不利的。
      我們知道，在軋機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，證實了以上觀點。對于軋制力所引起的壓力補償我們采用了最簡單的固定數值補償辦法，對于F1-F7 根據軋制過程中對壓力影響的不同程度分別取一個固定的數值補償到變速泵的速度參考值中。經過反復嘗試和修改，我們對精軋摩根潤滑系統補償了以下一組參數：

      同理，當軋機速度增加或降低時，也會引起摩根軸承油流量的變化，從而影響系統壓力。因為各個軋機的轉速并不相同，我們把各個機架速度的平均值乘以一個合適的系數，補償到摩根軸承潤滑泵轉速的輸出參考值中去。經過實際嘗試和修改，我們確定了補償系數大小為K=26時效果良好。軋機軋制力和轉速總的補償參數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首先是主泵轉速的實時變化來進行調整，而三臺從泵輸出轉速恒定在1000r/min.當壓力波動過大時，主泵調速能力達到極限（額定轉速1800r/min）這個時候兩臺從泵輸出轉速階越到1800r/min來增加主泵調速的起點。這種控制方式存在很大的缺陷，首先是調整能力不高，只是一臺主泵在進行實時調整；其次，當從泵發生速度階越時本身就成為了系統壓力波動的因素，造成系統壓力的大起大落。因此需要改變這種方式。

      以前的控制方式中，PI控制的速度補償值只是修改主泵的實時輸出轉速來進行調速，而其它從泵卻是以恒定轉速的方式進行工作，在主泵調速能力達到極限時，從泵在階越到額定轉速，提高主泵調速起點。我們經過分析后決定把這種控制方式改為：取消主泵和從泵的區分，讓三臺泵（當調速達到極限時，第四臺泵自動啟動）同時進行實時調整，把PI控制的實時反饋補償以及干擾因素的補償同時補償給三臺泵（或四臺泵），這樣一來就大大提高了潤滑系統的壓力調整能力和調整速度,提高了系統的響應速度。比例環節和干擾因素補償關系為：當系統干擾因素補償因素越全面和精確時，比例環節的調整幅度越小，系統就越穩定。另外，當系統壓力調整需要第四臺泵啟動的時候，我們考慮了泵啟動對系統壓力的影響，通過修訂泵的加速度來保證第四臺泵啟動和停止時對系統的影響。所以經過改良后的摩根軸承潤滑系統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具有十分重要的現實意義。圖5是改進后的摩根系統壓力波動曲線圖。在軋制過程中壓力的波動范圍小于0.11bar，大大滿足了生產需要。

結束語：
      摩根軸承在工業上應用廣泛，其潤滑油系統對軸承工作起著至關重要的作用。精軋摩根軸承系統工況復雜，沖擊載荷較多，速度變化頻繁，系統壓力控制需要考慮的因素較多，因此在控制過程中應當采取相應的方法進行控制。本論文是在熱軋線實際生產過程中進行完成的，客觀總結了摩根潤滑系統壓力控制改進的技術經驗，對其他相同或類似系統改造和優化具有很好的借鑒意義。