光整機(jī)的張力控制

光整機(jī)的張力控制摘要：針對(duì)連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線中光整機(jī)的張力系統(tǒng)，論述了帶鋼光整時(shí)張力的設(shè)定原則和設(shè)定方法，張力的間接控制方式和直接控制方式，以及在光整機(jī)投入和切除時(shí)張力的切換方式。關(guān)鍵詞：張力控制；直接張力；間接張力；張力切換1前言目前，光整機(jī)在熱鍍鋅線上已廣泛應(yīng)用，光整工藝對(duì)鍍鋅后帶鋼的表面質(zhì)量和性能有重要作用。本文以中冶恒通3#鍍鋅線的光整機(jī)為例，著重介紹了光整機(jī)張力控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成、參數(shù)設(shè)定和控制方式。光整機(jī)前后張力控制是光整機(jī)控制系統(tǒng)中的重要一環(huán)，它既要滿足光整工藝的要求保持整個(gè)生產(chǎn)線的張力協(xié)調(diào)，同時(shí)還要保證帶鋼板面的光整質(zhì)量。在生產(chǎn)線升降速和光整機(jī)投切時(shí)，同樣要維持張力穩(wěn)定。2設(shè)備簡(jiǎn)介2.1設(shè)備構(gòu)成光整機(jī)的張力設(shè)備主要有：5#S輥B組輥、光整機(jī)上輥、光整機(jī)下輥、入口出口三輥測(cè)張、張力計(jì)、防褶輥、防皺輥和變頻調(diào)速裝置。如圖1所示，5#S輥B組輥的動(dòng)力來自兩臺(tái)交流變頻電機(jī)，負(fù)責(zé)光整機(jī)入口側(cè)的張力產(chǎn)生。入口側(cè)的三輥測(cè)張機(jī)構(gòu)和張力計(jì)的傳感器測(cè)量所控區(qū)域內(nèi)的帶鋼張力，并與5#S輥B組輥形成閉環(huán)控制。圖1光整機(jī)上輥、光整機(jī)下輥動(dòng)力也來自兩臺(tái)交流變頻電機(jī)，負(fù)責(zé)光整機(jī)出口側(cè)的張力產(chǎn)生。出口側(cè)的三輥測(cè)張機(jī)構(gòu)和張力計(jì)的傳感裝置測(cè)量帶鋼張力與光整機(jī)上輥、光整機(jī)下輥形成閉環(huán)控制。另外，光整機(jī)上輥和光整機(jī)下輥還帶動(dòng)工作輥對(duì)帶鋼表面進(jìn)行光整。帶鋼在通過光整機(jī)時(shí)，工作輥會(huì)對(duì)帶鋼表面施加高軋制力。為了使帶鋼均勻的通過工作輥并均勻的延伸，帶鋼就必須在大張力下繃的很緊。由于生產(chǎn)線速度、帶鋼板型的因素的影響，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)張力的波動(dòng)。這就會(huì)造成光整時(shí)帶鋼的變形不均勻，出現(xiàn)褶皺并造成斷帶。防褶輥和防皺輥的應(yīng)用就是為了克服張力波動(dòng)帶來的影響。它是通過液壓的傳動(dòng)用升降輥的形式來把帶鋼繃緊，從而吸收張力波動(dòng)保持張力平穩(wěn)。2.2設(shè)備參數(shù)光整機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)采用了西門子SIMOVERT6SE70系列的交流變頻調(diào)速器，它是目前應(yīng)用較為廣泛的交流變頻調(diào)速裝置。整個(gè)系統(tǒng)通過Profibus-DP完成邏輯控制，具有較高的控制穩(wěn)定性和較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。傳動(dòng)電機(jī)使用了YSPA系列交流變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)的調(diào)速范圍達(dá)到了5-100HZ，其機(jī)械特性也十分優(yōu)越。張力計(jì)是由中國(guó)航天科技集團(tuán)生產(chǎn)的TS-5型智能控制儀和BK-6型傳感器組成的。傳感器分別安裝在側(cè)張輥的兩端可以準(zhǔn)確的采集張力數(shù)據(jù)，其精度等級(jí)達(dá)到了0.2，輸出4-20mA電流信號(hào)。智能控制儀由兩塊分表和一塊和表組成，儀表本身帶有RS232通訊接口。智能控制儀將左右兩個(gè)傳感器的電流信號(hào)整合再輸出一個(gè)4-20mA電流信號(hào)給6SE70裝置。信號(hào)傳輸采用的是雙絞屏蔽電纜，抗干擾能力強(qiáng)。3張力設(shè)定3.1影響張力設(shè)定的因素張力是光整機(jī)的基本工藝參數(shù)，張力設(shè)定是否合理直接影響光整機(jī)的正常運(yùn)行、帶鋼的板面的光整效果，甚至影響到整條生產(chǎn)線的張力平衡。在實(shí)際應(yīng)用中帶鋼的材質(zhì)、規(guī)格和生產(chǎn)線上其它設(shè)備的張力都可以影響到光整機(jī)的張力設(shè)定。一般情況下帶鋼越厚越寬，材質(zhì)越硬使用的張力就會(huì)越大，反之就會(huì)越小。在鍍鋅生產(chǎn)線中以拉矯機(jī)組的張力為最大，其次是光整機(jī)然后是工藝段。在設(shè)定張力時(shí)，光整機(jī)的張力會(huì)設(shè)定的比拉矯機(jī)小比工藝段大。在光整過程中為獲得較為理想的延伸率我們一般會(huì)把張力設(shè)定的大一些，這樣既能減輕生產(chǎn)線張力和速度波動(dòng)對(duì)光整機(jī)張力的影響，也能減輕帶鋼板型對(duì)光整效果的影響。3.2張力設(shè)定的數(shù)據(jù)光整機(jī)理想的張力值為8-10kgf/mm2左右，為了光整效果出口側(cè)的張力比入口側(cè)的張力高20%-30%。圖2是光整機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中在不同帶鋼寬度厚度情況下的張力設(shè)定值。張力設(shè)定的數(shù)據(jù)要根據(jù)板面工藝要求適時(shí)設(shè)定，要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)直到板面達(dá)到工藝要求是為止。帶鋼厚度/mm帶鋼寬度/mm工藝段張力/kgf光整入口張力/kgf光整出口張力/kgf0.29148004000 55000.41250 8005500 70000.612501000700085000.812501500850095001.0125020009500100001.21250300010000110001.5125040001000011000圖24張力控制方式4.1間接張力控制方式間接張力控制是在單速度控制的基礎(chǔ)上，在速度調(diào)節(jié)器后增加正負(fù)轉(zhuǎn)矩限幅功能。間接張力控制不需要帶鋼實(shí)際張力的測(cè)量和反饋，它是在張力設(shè)定值的基礎(chǔ)上通過控制系統(tǒng)的傳動(dòng)計(jì)算，使傳動(dòng)電機(jī)輸出一定的轉(zhuǎn)矩與設(shè)定值相匹配。間接張力控制時(shí)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩是保持不變的。圖3如圖3所示，入口側(cè)的5#S輥B組輥在光整機(jī)投入以前屬于間接張力控制。主速度給定由控制字2給到6SE70裝置參數(shù)的P443。電機(jī)所帶的脈沖編碼器測(cè)量電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，再反饋給6SE70裝置形成速度閉環(huán)控制。間接張力控制是在速度調(diào)節(jié)器之后，給電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩一個(gè)限幅，使電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩不能超過這個(gè)限幅。這個(gè)限幅就是張力設(shè)定值。一般情況下，速度基準(zhǔn)輥之前的間接張力輥其速度給定值會(huì)比速度基準(zhǔn)輥速度給定值低5%-8%。在調(diào)節(jié)過程中，速度調(diào)節(jié)器為了使實(shí)際速度無限接近給定速度，電機(jī)會(huì)不斷增大輸出轉(zhuǎn)矩，而當(dāng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到限幅時(shí)，就不在增加。此時(shí)電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩達(dá)到一種平衡狀態(tài)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)在張力設(shè)定值上穩(wěn)定持續(xù)輸出。間接張力控制會(huì)因?yàn)閹т摰哪Σ?、彎曲、自重等因素使?jì)算值出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致控制精度下降。間接張力控制一般使用在張力控制精度要求不高的設(shè)備上。4.2直接張力控制方式直接張力控制方式是在單速度控制的基礎(chǔ)上，在速度調(diào)節(jié)器之前加入一個(gè)附加速度。這個(gè)附加速度是實(shí)際張力和設(shè)定張力的差值。主速度和附加速度通過PID調(diào)節(jié)器使電機(jī)輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。帶鋼的實(shí)際張力通過位于三輥測(cè)張?zhí)幍膹埩τ?jì)獲得?？刂葡到y(tǒng)會(huì)根據(jù)實(shí)際張力不斷改變電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，使所控帶鋼的張力始終保持在設(shè)定范圍之內(nèi)。直接張力控制方式下的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不受方向和大小的限制，其轉(zhuǎn)矩值是不斷變化的。如圖4所示，在光整機(jī)投入以后5#S輥B組輥和光整機(jī)上下支撐輥都是直接張力控制方式。主速度給定由控制字2給到6SE70裝置參數(shù)的P443。此時(shí)的主速度給定數(shù)值與速度基準(zhǔn)輥的速度是一樣的。電機(jī)所帶的脈沖編碼器測(cè)量電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，再反饋給6SE70裝置形成速度閉環(huán)控制。張力設(shè)定值通過控制字3給到6SE70裝置的參數(shù)的P352，由張力計(jì)測(cè)量的張力實(shí)際值給到6SE70裝置的參數(shù)的P355，由功能調(diào)節(jié)器對(duì)以上兩個(gè)數(shù)值進(jìn)行調(diào)節(jié)。功能調(diào)節(jié)器的輸出值取負(fù)后，再聯(lián)接速度附加給定參數(shù)P438。這樣電機(jī)會(huì)根據(jù)速度的變化輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，從而起到調(diào)節(jié)張力的作用。此時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩的限幅是放開的，電機(jī)可以百分之百的輸出轉(zhuǎn)矩，圖4輸出轉(zhuǎn)矩的大小和方向完全不受限制。電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩決定了所控區(qū)域的張力，實(shí)現(xiàn)了對(duì)張力的控制。這種控制方式精確的控制了光整機(jī)的張力。使張力保持持續(xù)穩(wěn)定，保證了光整機(jī)的正常運(yùn)行也保證了板面的質(zhì)量。直接張力控制方式不受帶鋼的摩擦、彎曲、自重等因素的影響。其控制精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、張力穩(wěn)定性強(qiáng)，一般使用在張力控制精度要求較高的設(shè)備上。4.3張力切換在光整機(jī)投入使用之前和之后，5#S輥B組輥和光整機(jī)上下支撐輥所采用的張力控制方式是不同的。在光整機(jī)投入之前5#S輥B組輥和光整機(jī)上下支撐輥采用的是間接張力控制方式，在光整機(jī)投入之后5#S輥B組輥和光整機(jī)上下支撐輥采用的是直接張力控制方式。這樣在光整機(jī)投入的瞬間5#S輥B組輥和光整機(jī)上下支撐輥就有一個(gè)從間接張力控制方式到直接張力控制方式的轉(zhuǎn)換過程。間接張力控制方式是帶有轉(zhuǎn)矩限幅的單速度控制，直接張力控制方式是轉(zhuǎn)矩放開的雙重速度控制。要實(shí)現(xiàn)由間接張力控制方式到直接張力控制方式的轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)單說就是在間接張力控制方式的基礎(chǔ)上接通附加速度，放開輸出轉(zhuǎn)矩限幅。如圖5所示，由控制字6的位2作為光整機(jī)投切的滿足條件。既當(dāng)光整機(jī)切除時(shí)B3602為0，各輥是間接張力控制方式；當(dāng)光整機(jī)投入時(shí)B3602為1，各輥是直接張力控制方式。在這里，我們利用U166/U167、U168/U169等具有選擇功能的功能塊來實(shí)現(xiàn)這一投切。如當(dāng)U166中的B3602為0時(shí)U167的輸出量K459中的值為K405；當(dāng)U166中的B3602圖5為1時(shí)U167的輸出量K459中的值為K521。這樣就實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵點(diǎn)的切換，從而實(shí)現(xiàn)了由間接張力控制方式到直接張力控制方式的轉(zhuǎn)換。5結(jié)束語(yǔ)在光整機(jī)系統(tǒng)中，張力控制是一個(gè)重要的組成部分。張力和軋制力共同完成帶鋼表