摘要：基于冷轧机高速连退线的张力控制系统，对转矩的张力控制和速度的张力控制模型进行分析。在此基础上，就投产以来该连退线存在的与张力控制相关的诃题和不足，通过深入分析对性地制定并实施优化措施，使控制系统得到有效改善，提高了控制精度和稳定性，进而提升了整套连退线的生产技术水平。
关键词：连退线；张力控制；张力模型
在冷轧生产过程中，当前后两架轧机或张紧辊间存在秒流量差，且后架的秒流量大于前架时，则会造成其间的带钢受到前架轧机或张紧辊的拉力，即带钢张力。带钢张力是冷轧生产中最重要的生产工艺参数，保持张力的适当取值，可有效防止带钢跑偏和热瓢曲，以获得良好的带钢板形i张力的波动则将直接影响成品质量，严重时会导致带钢断带，造成停机故障。
一、连退线张力控制系统分析
张力控制系统一般由张力计、PLC控制器、传动执行装置等设备构成，因生产中对张力精度和稳定性要求非常高，故本连退线控制系统设计有专用的张力控制模型并对其进行调节，使张力值始终符合生产需要，主要控制模型分为基于转矩的张力控制和基于速度的张力控制。
1、转矩的张力控制。在该控制模式下，带钢张力可直接通过调节电动机转矩获得，在忽略转矩损耗（如带钢的摩擦力及弯曲力）的条件下，转矩与带钢张力的计算公式为：
基于转矩的张力控制即在接收二级或人工设定张力后，将该设定值与通过式得出的计算张力值的差值进行PI调节，由PI控制器得到的输出经摩擦力补偿和惯性补偿后，作为电动机转矩控制的附加转矩实现张力调节，以达到设定目标，在此控制模式下还设有速度补偿环，可根据实际生产的辊道线速度，求出相对应的转矩修正系数，对转矩值进行修正，再附加上根据临近区域张力值与设定张力值的差值得出的临近区域张力影响补偿值，即为最终附加转矩值，并与基本转矩设定值相加，作为最终转矩设定值发送给变频器进行转矩控制，实现速度补偿功能。
根据控制原理，该控制模式的优点是：直接应用带锶张力与电动机转矩的比例关系；无需安装张力检测装置。其主要应用是：因安装张力计比较困难，或张力精度要求不高，可以在某一范围内一般为±5％设定张力被接受，如开卷机；两个张紧辊之间的区域未安装张力计，难以准确计算张力值时。
鉴于张力控制方式存在的不足，在此控制器上可额外增加一个转矩调节器，以构成带转矩调整的张力控制模式，从而提高带钢张力控制的精度，其计算公式为：
在该张力控制系统中还设有I锄由张力设定值与临近区域张力设定值的差值获得以预控制张力差，从而使带钢张力更稳定，精度更高。该控制模式克服了原转矩张力控制各损耗难于精确计算的缺点，主要应用于对张力控制精度要求较高的系统，如卷取机以及要求可切换张力控制模式的区域。
2、速度的张力控制。该控制模式是通过直接调整前后道驱动辊间的速度，以形成速度差，使带钢前后受力不同，从而产生所需的张力。将设定的张力和由张力计检测的实际张力的差值进行PI调节，得出张力调节速度即附加速度，由此可以获取目标的张力值，其控制模型在该张力控制系统中还设有由张力设定值与临近区域张力设定值的差值获得以预控制张力差，从而使带钢张力更稳定，精度更高。在控制器计算出张力控制所需的K后，即可进行辊道速度计算，得到最终速度给定，计算公式为：
式中的K，取自电动机变频装置的D，功能，又称“软化”功能，亦即表示可以将电动机机械特性变软，该功能广泛应用于生产线上非主力 辊传动设备上，在本控制系统中是通过将所得的速度设定值始终减去5％静态转矩此值具有方向性来实现，从而使辊道电动机的功率不会超出该电动机自身的负载能力，起到转矩限幅作用，避免其发生跳闸或堵转问题。
二、张力控制系统问题控制
该连退线自投产以来，通过对实际生产状况和数据进行研究，并结合相关的生产工艺知识和控制理论的分析，从中发现了一些与张力控制相关的技术问题，其中典型问题有如下两项。
1、炉区张力波动大。该问题主要发生在带钢变换规格时。经检测，波动的峰值可达1.1 kN，最直接的影响是造成带钢松动，进而弱化纠偏辊的纠偏能力，使带钢跑偏问题加重，最终导致生产无法正常进行。为使控制系统有效处理张力设定改变的影响，并在出现张力波动时尽快消除波动值，针对生产线的工艺特点，我们制定了在张力控制模型中增加前馈控制功能的方案，在前一段张力发生变化时，首先将张力变化值分配给该段所包含的各单体电动机，分配值的大小依据各电动机的额定功率，再在各单体电动机张力控制模型中，预先将所分配的变化值转化成所需改变的电动机转矩值附加到对应的的转矩设定上，为进一步提高调节速度，在引入前馈控制的同时，还需在出现张力剧烈波动时将控制系统的功能暂时屏蔽，消除其对此段调节过程的抑制作用。
2、带钢划伤。该连退线在生产0.5 mm以下规格带钢时，频繁出现表面擦划伤现象，导致工艺段生产速度只能长时间工作在低速状态，既降低产量，又影响成品质量。通过对擦划伤的检测，发现其特征是表面有直而细的短条沟道，达到人眼可见的深度，平行或略倾斜于轧制方向，零散或成排地分布，有金属亮色。对由速度差造成的带钢擦伤问题，通过研究张力控制模型，我们采取了在出现速度差时，配合调节式（3）中K鼬和％m。。两个分量的解决措施。在检测到辊道存在速度差后，首先根据控制原理通过适当改变K讪进行调节，当该值的变化量达到一个临界值（目前取值2 m／rain，由长期观察得出的经验值）后，因‰。值的影响，电动机达到转矩限幅值，而无法进一步起到调节作用，此时需配合调节‰。值以恢复控制系统调节能力，从而最终消除速度差。
三、冷轧连退平整机控制
1、产生延伸率的两大因素。由于平整机在轧制时有一定的轧制力，使得带钢的厚度在平整机出、入口有略微的不同，因此在平整的出入口存在一定的速度差，从而产生延伸率。延伸率是由带钢经过入口张力辊和出口张力辊时的速度差产生的。通过调节轧机前、后张力来控制入口张力辊和出口张力辊的转矩，使板带产生延伸率。延伸率控制器在轧制力大于500 kN，并且速度高于30 m/min 时才启动闭合辊缝。它具有一定的自适应功能，可以通过调节系统的增益来优化自身，其增益由以下参数决定：材料硬度；带钢宽度；带钢厚度；带钢速度；入口、出口侧带钢张力；工作辊直径；带钢和辊子间的摩擦力。
2、延伸率控制
延伸率控制原理。轧制力和张力是延伸率控制系统中最重要的调节参数，因此延伸率控制有两种可预选的模式，根据生产工艺的需要，由操作工或L2 系统给出延伸率设定值0～ 3%。设定值处理单元首先对设定值进行限幅，然后设定值进入斜坡发生器进行斜坡处理，保证设定值的给出速度同平整机液压调节伺服阀的动作特性相匹配。
轧制力+ 张力模式调节延伸率。对薄规格（小于5 mm）的产品，采用单独轧制力调节延伸率的控制方式，效果不明显，延伸率波动很大，轧辊的磨损也很严重，这就需要采用轧制力+ 张力调节延伸率模式，这种模式是轧制力和带钢张力同时控制。此时的带钢张力给定的是出、入口的给定张力，加上根据带钢的规格计算出的附加张力一起叠加出来的，再由实际带钢延伸率的反馈值对附加轧制力进行调整。
通过实施在生产中，对张力控制效果的提升十分明显。经检测，优化后炉区张力的波动值已控制在0。5 kN范围内，所需调节时间基本都在10s之内已得到解决。平整机的延伸率控制是一个复杂的系统工程，采用单一的以延伸率控制、弯辊装置等方法进行板形控制是不够的，还必须与带钢的材质、工艺参数合理匹配，才能获得理想的板形和强度。
参考文献：
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［2］曹鹏娟，李建坤．冷轧热镀锌光整机设备结构特点［J］．中国机械，2014.12．
［3］刘永久．数控机床故障诊断与维修技术［M］．北京：机械工业出版社，2014．
论文作者:薛超云
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/30
标签：带钢论文; 转矩论文; 设定值论文; 速度论文; 电动机论文; 控制系统论文; 模型论文; 《基层建设》2019年第6期论文;