王东明 盛学桐 慕钰 颜维索
西宁特殊钢股份有限公司 青海西宁 810005
摘要:随着我国工业与加工制造业的不断发展与进步,各种先进的科学技术在实际工作当中都得到了有效的应用。本文主要介绍了复合张力控制系统在金属带材压力加工当中的应用。所谓的复合张力系统,就是将直接张力系统与间接张力系统有机结合,为了达到更好的控制效果而将整个的控制系统分成不同的阶段进而分别进行对张力的有效调节与控制。
关键词:金属带材压力加工；直接张力控制；间接张力控制；复合张力控制
前 言：张力控制系统是轧机最重要的结构设之一,张力系统的工作质量的好坏,直接关系到带材轧制的厚度、表面光洁度、卷紧度、整齐度、平整度及成品率的高低,对产品的生产具有重要意义。
1 张力控制概述
张力控制包括了直接张力控制与间接张力控制。直接控制系统就是对张力传感器的高效利用,张力传感器当中测量得到的张力就是加工系统的实际张力,将所得的这个实际张力与系统给定的张力进行对比研究,然后从中得到一个偏差值,再根据这个偏差值对系统进行有效的控制,使实际张力与给定的张力无限的接近,直到达到一致。由于这是一个测量—对比—调节的过程,所以直接控制也被称为反馈控制,具有良好的精确性与实时性,一般用于对精度和速度要求比较高的张力控制场合。间接张力控制系统不必使用任何检测器来对实际张力进行测量,而是只给定一个张力设定值,工作人员通过对各种影响张力的因素的参数进行进行综合的分析,然后再根据分析的结果对其进行一定的调节,以达到保持张力稳定的目的。由于间接张力控制不用形成相对闭环的控制,而是通过对电流的有效调节来保持张力的恒定,所以间接张力控制也叫做补偿张力控制。
2 对张力系统新控制方案的介绍与分析
图1为本单机架四辊可逆精轧机,其组成部件包括了轧辊、测速计、左右测厚仪、左右张力仪、左右夹送辊、左右卷筒驱动电动机等。由于是可逆机,当右卷筒作为开卷机时,左卷同就必须也自然的成为了卷取机,此时工作的是右侧的张力仪与测厚仪,而左边的则暂时不用工作,带材轧制从可向左慢慢的进行。无论是在变速还是在速度相对恒定的轧制过程当中,张力系统都必须做到保持系统张力的稳定性,要对张力闭环控制系统当中的张力控制工作的优劣进行评价,主要可以从以下几个方面进行:
1.在对减小与增加系统张力从而实现对张力的控制的过程当中,一定要考虑到加速或减速所引起的动态力矩会对张力产生的影响,尽量保证卷取机的运动速度与轧机一致,从而消除张力所带来的系统振荡,保证产品质量。
2.除了在加减速的过程中要对张力改变进行调节,在轧机速度恒定状态下,也要考虑到卷径变化会对张力产生的影响,避免振荡。
3.在加工的当中,卷径与负载质量会有一定程度的增加,而且还会有外界的众多因素会造成系统模型的参数变化,在工作当中一定要对这一点加以重视,一旦发现情况要立即进行高效处理,以维持张力的稳定。为了对上面所提到的这些会对系统张力造成干扰的因素进行有效的解决,应将间接法与直接法进行有机的结合,综合二者的优点,对系统当中的张力加以控制,使其始终保持在相对稳定的范围之内。
(1)为了保障建张与消张阶段张力的稳定性与安全性,可以采用间接张力控制法,有针对性的对这个张力变化的动态过程进行高效补偿。
(2)与间接张力控制法相对的,还有直接张力控制法,由于其对精度的要法比较高,所以一般都是应用于稳态轧制的阶段。
3 工艺要求
在加工过程中,对于工艺的要求，我们必须要做好准备工作,只有了解了工艺的各个关键点的要求,才能保障加工的准确性。在进行加工开始的时候,开卷机首先进行工作,通过它将带材送入轧机,这个环节要观察前夹送辊工作是否正常,运行状态是否良好,才能保障加工的顺利进行。具体的参数要求:
开卷机的卷筒直径为0.5m,最大开卷直径为1.3m。卷取机的卷取速度为1.515m／s,轧制速度0.50m／s。卷取张力范围为A:8000---80000N。采用恒张力卷取,卷筒部分的飞轮转矩为40kg·m2。卷筒的宽度450mm,外径500mm,电动机为并励式直流电动机,转速0---1560r／min,输出功率145kW。
4 控制原理
4.1 间接张力控制法
在建张与消张阶段,采用间接张力控制法:前面已提到,间接张力控制法有很多,但目前较典型的为最大力矩法。最大力矩控制系统具有如下一些优点:
(1)电动机磁场变化范围不再受卷径变化制约,可以任意选择,以利于电动机制造的标准化;
(2)低速而卷径又未达到最大值时,电枢电流不会达到最大值,因此可以减少机械应力和损耗;
(3)采用先升压后弱磁控制,使电动机经常处于满磁启动,减少了无功功率冲击;
(4)因为电动机经常处于全电压下工作,因此功率因数大为提高。
在轧制过程中,为保证控制的精度,应考虑卷取机在加减速过程中力矩的变化,如卷径的变化、每批不同宽度的带材与夹送辊及卷取机之间的摩擦力的变化。它与张力调节器一起,是张力控制系统设计与调试的关键问题。
4.2 直接张力控制法
在稳态轧制阶段,采用直接张力控制法:直接张力控制法的原理:主要单元是电流调节器、速度调节器、张力调节器、控制对象(卷筒及其直流电动机、减速器等)以及其反馈环节组成;
(1)当卷取机在点动、启动、停车时,速度调节器投入运行,此时系统处于转速电流双闭环调速系统;
(2)当卷取机正常工作时,张力建立后,速度调节器被限幅,转速环相当于开环,速度环被切除,只有电流单环工作,张力给定电路投入,构成张力闭环系统,此时张力环投入运行,系统工作在间接张力控制状态,采用的是最大力矩控制方法。实现恒张力控制。即基速以上,卷取电动机励磁系统为反电势E恒值调节闭环工作状态;
(3)如果在加工中发现张力不足的时候,就要通过调节设备将张力调高,满足加工的需要,这个系统的控制就需要双向调节的实时跟踪的自适应系统来完成。
结 语：
综上所述,我们可以清晰的看到,在机械牛金属带材加工过程中,张力控制系统的重要性,在进行张力控制中,我们都习惯于采取最大力矩的方式,还可以采取恒功率的方式进行控制。但是这两种方式都需要考虑如何能够加强控制的精度,精度控制又包括动态的和静态的两种情况,所以我们可以引入自适应控制技术或者更为先进的智能技术来保障控制的精度。
参考文献：
[1]田瑜,王京,李静. 双机架可逆冷轧机张力控制系统的研究[J].电气传动,2004(01).
[2]童朝南,纪智,彭开香,董洁. 卷取张力控制新方法[J].北京科技大学学报,2002(04).
[3]聂善峰,刘玉珍. 1700mm冷轧机张力系统分析[J].基础自动化,1999(06).
论文作者:王东明,盛学桐,慕钰,颜维索
论文发表刊物:《防护工程》2018年第15期
论文发表时间:2018/11/2
标签：系统论文; 控制系统论文; 加工论文; 工作论文; 力矩论文; 卷筒论文; 电动机论文; 《防护工程》2018年第15期论文;