薄帶鋼立式活套張力控制探究

【摘 要】張力控制是冷軋后處理線產(chǎn)品質(zhì)量控制的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，活套張力控制是張力控制中的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，連續(xù)后處理線活套均采用立式活套。當(dāng)前連續(xù)后處理線的趨勢(shì)是帶鋼薄、速度高、張力小。如果活套張力控制不穩(wěn)定，帶鋼與輥?zhàn)赢a(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)容易出劃傷，也可能導(dǎo)致帶鋼跑偏，嚴(yán)重時(shí)甚至刮邊將帶鋼在活套中撕斷，導(dǎo)致停機(jī)事故。本文介紹了一種改進(jìn)的立式活套控制模式，此模式中活套采用帶傳動(dòng)底輥，并采用張力差控制，優(yōu)化了立式活套張力控制精度。

【關(guān)鍵詞】冷軋后處理線；立式活套；帶傳動(dòng)底輥；張力差控制

為保證冷軋后處理產(chǎn)線生產(chǎn)過程連續(xù)不間斷地進(jìn)行，需采用相關(guān)的活套設(shè)備。用活套作為入口區(qū)，工藝區(qū)和出口區(qū)之間的緩沖，這些緩沖可以使帶鋼在一定時(shí)間內(nèi)保持生產(chǎn)連續(xù)運(yùn)行，例如：對(duì)于入口區(qū)活套，開始上卷時(shí)被充滿一定套量的帶鋼，如果一個(gè)新的鋼卷投入到入口（入口速度=0），該活套可以使工藝段繼續(xù)運(yùn)行；對(duì)于出口區(qū)活套，開始時(shí)被放空，在進(jìn)行鋼卷變換作業(yè)期間，該活套可以吸收來自工藝段的帶鋼。簡(jiǎn)單的說，立式活套可以抽象地理解成重物為帶鋼的滑輪組，通過控制卷揚(yáng)升降產(chǎn)生所需要的活套張力。

一、立式活套張力控制

立式活套張力傳統(tǒng)控制方式，一般有兩種：轉(zhuǎn)矩控制與張力控制。

（一）轉(zhuǎn)矩控制

轉(zhuǎn)矩控制又稱轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)，就是通過直接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩來控制帶鋼的張力。當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩增加時(shí)，活套內(nèi)帶鋼張力增大，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩減小時(shí)帶鋼張力減小。電機(jī)轉(zhuǎn)矩由幾部分組成，其中最主要的是張力轉(zhuǎn)矩，即根據(jù)帶鋼的張力給定直接計(jì)算出電機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩，此外還有一些補(bǔ)償量如帶鋼的慣量、摩擦、帶鋼自重、彎曲損耗等。活套電機(jī)總的轉(zhuǎn)矩包括以下幾個(gè)部分：

Tq= Tqt+ Tqa+ Tqf （1）

式中，Tq為電機(jī)總的轉(zhuǎn)矩；Tqt為張力設(shè)定的轉(zhuǎn)矩；Tqa為加速轉(zhuǎn)矩；Tqf為與速度相關(guān)的摩擦轉(zhuǎn)矩。將Tq作為附加轉(zhuǎn)矩疊加到速度環(huán)后面進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?？紤]到活套的各種補(bǔ)償?shù)恼`差，將速度調(diào)節(jié)器放開，設(shè)置為比例調(diào)節(jié)器。其中Tqt為張力設(shè)定的轉(zhuǎn)矩；Tqa為加速轉(zhuǎn)矩；Tqf為與速度相關(guān)的摩擦轉(zhuǎn)矩均通過計(jì)算得到。

（二）張力控制

張力控制是將張力給定與張力實(shí)際值進(jìn)行比較，然后將張力偏差進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，最后將張力調(diào)節(jié)器的輸出疊加到速度給定上，通過速度調(diào)節(jié)器來最終控制張力。

張力控制可以分為需要張力檢測(cè)元件和不需要張力檢測(cè)元件兩種方式。有張力檢測(cè)元件時(shí)，張力實(shí)際值直接由張力檢測(cè)元件產(chǎn)生。如果沒有張力檢測(cè)元件，就需要構(gòu)造一個(gè)張力觀測(cè)器，由張力觀測(cè)器估計(jì)出的張力實(shí)際值作為張力調(diào)節(jié)器的反饋值。張力觀測(cè)器就是根據(jù)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩減掉相關(guān)的補(bǔ)償估計(jì)出一個(gè)張力實(shí)際值。

二、張力控制方式的選擇

轉(zhuǎn)矩控制方式由于沒有張力實(shí)際值檢測(cè)環(huán)節(jié)，實(shí)際張力與給定張力必然存在一定的偏差，且活套在低速運(yùn)行時(shí)，由于速度調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)能力有限，容易產(chǎn)生張力波動(dòng)。帶張力觀測(cè)器的張力控制對(duì)相關(guān)的補(bǔ)償測(cè)試要求較高，否則容易產(chǎn)生張力波動(dòng)，且由于觀測(cè)出的張力實(shí)際值存在偏差，實(shí)際張力與需求張力必然存在一定的偏差。對(duì)于活套張力精度要求較高，項(xiàng)目資金充裕，均采用帶張力檢測(cè)元件的張力控制方式。

三、現(xiàn)有控制方式存在的問題

設(shè)計(jì)中，張力檢測(cè)單元放在活套入口轉(zhuǎn)向輥（TM1）。帶鋼在活套中恒速穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，張力損失呈現(xiàn)“從前往后”的特點(diǎn)（即，活套的出口張力大于入口張力），從這點(diǎn)上可看出活套入口和出口張力是不一致的。且由于在活套內(nèi)道次多，帶鋼量很大，存在多種形式的張力損失，例如：糾偏輥糾偏需要的張力損失、帶鋼彈塑性彎曲的張力損失、活套輥軸承摩擦的張力損失、帶剛加減速是的張力損失、帶鋼帶動(dòng)活套輥加減速時(shí)的張力損失、離心力引起的張力增加、帶鋼重量引起的張力損失。各種因素導(dǎo)致活套小車在實(shí)際運(yùn)行中并不是完全水平的，造成了很大的活套入、出口張力差。改造中活套的出口增加一個(gè)張力檢測(cè)單元（TM2），比較TM1和TM2的張力值已得到證實(shí)。

綜上，活套的入口與出口，以及所有道次的帶鋼張力是不一致的，在要求精確控制的情況下，很難滿足控制要求。

四、增加張力差控制解決方案

為了解決薄帶鋼處理線活套的張力控制精度問題，采用如下改進(jìn)方案，在活套的出口增加一個(gè)張力檢測(cè)單元（TM2），活套底輥增加傳動(dòng)控制。活套卷揚(yáng)仍然保持之前原有的控制方式，用TM1的值作為反饋值進(jìn)行閉環(huán)控制。另外再增加一個(gè)張力差控制，以5000N作為張力的設(shè)定值，5000N +（TM2-TM1）作為反饋值，通過控制帶傳動(dòng)底輥一起同時(shí)前后兩個(gè)方向的出力來消除活套入出口的張力偏差，即活套采用在原有帶張力檢測(cè)單元的張力控制的基礎(chǔ)上，新增加活套出入口張力差控制。 這樣就解決了立式活套入出口及各道次之間張力不一致的問題。

五、結(jié)論

此方案通過實(shí)際的改造和調(diào)試，滿足的活套高精度張力控制的要求，保證了產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行。

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作者簡(jiǎn)介：

陳代榮（1983.11-）：男，漢族，河北唐山人，大學(xué)本科學(xué)歷，首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限公司，助理工程師，主要從事電氣自動(dòng)化控制工作。