光整機的張力控制

光整機的張力控制摘要：針對連續(xù)熱鍍鋅生產線中光整機的張力系統，論述了帶鋼光整時張力的設定原則和設定方法，張力的間接控制方式和直接控制方式，以及在光整機投入和切除時張力的切換方式。關鍵詞：張力控制；直接張力；間接張力；張力切換1前言目前，光整機在熱鍍鋅線上已廣泛應用，光整工藝對鍍鋅后帶鋼的表面質量和性能有重要作用。本文以中冶恒通3#鍍鋅線的光整機為例，著重介紹了光整機張力控制系統的硬件構成、參數設定和控制方式。光整機前后張力控制是光整機控制系統中的重要一環(huán)，它既要滿足光整工藝的要求保持整個生產線的張力協調，同時還要保證帶鋼板面的光整質量。在生產線升降速和光整機投切時，同樣要維持張力穩(wěn)定。2設備簡介2.1設備構成光整機的張力設備主要有：5#S輥B組輥、光整機上輥、光整機下輥、入口出口三輥測張、張力計、防褶輥、防皺輥和變頻調速裝置。如圖1所示，5#S輥B組輥的動力來自兩臺交流變頻電機，負責光整機入口側的張力產生。入口側的三輥測張機構和張力計的傳感器測量所控區(qū)域內的帶鋼張力，并與5#S輥B組輥形成閉環(huán)控制。圖1光整機上輥、光整機下輥動力也來自兩臺交流變頻電機，負責光整機出口側的張力產生。出口側的三輥測張機構和張力計的傳感裝置測量帶鋼張力與光整機上輥、光整機下輥形成閉環(huán)控制。另外，光整機上輥和光整機下輥還帶動工作輥對帶鋼表面進行光整。帶鋼在通過光整機時，工作輥會對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。由于生產線速度、帶鋼板型的因素的影響，會經常出現張力的波動。這就會造成光整時帶鋼的變形不均勻，出現褶皺并造成斷帶。防褶輥和防皺輥的應用就是為了克服張力波動帶來的影響。它是通過液壓的傳動用升降輥的形式來把帶鋼繃緊，從而吸收張力波動保持張力平穩(wěn)。2.2設備參數光整機的傳動系統采用了西門子SIMOVERT6SE70系列的交流變頻調速器，它是目前應用較為廣泛的交流變頻調速裝置。整個系統通過Profibus-DP完成邏輯控制，具有較高的控制穩(wěn)定性和較快的動態(tài)響應能力。傳動電機使用了YSPA系列交流變頻調速異步電動機，該電機的調速范圍達到了5-100HZ，其機械特性也十分優(yōu)越。張力計是由中國航天科技集團生產的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張輥的兩端可以準確的采集張力數據，其精度等級達到了0.2，輸出4-20mA電流信號。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傳感器的電流信號整合再輸出一個4-20mA電流信號給6SE70裝置。信號傳輸采用的是雙絞屏蔽電纜，抗干擾能力強。3張力設定3.1影響張力設定的因素張力是光整機的基本工藝參數，張力設定是否合理直接影響光整機的正常運行、帶鋼的板面的光整效果，甚至影響到整條生產線的張力平衡。在實際應用中帶鋼的材質、規(guī)格和生產線上其它設備的張力都可以影響到光整機的張力設定。一般情況下帶鋼越厚越寬，材質越硬使用的張力就會越大，反之就會越小。在鍍鋅生產線中以拉矯機組的張力為最大，其次是光整機然后是工藝段。在設定張力時，光整機的張力會設定的比拉矯機小比工藝段大。在光整過程中為獲得較為理想的延伸率我們一般會把張力設定的大一些，這樣既能減輕生產線張力和速度波動對光整機張力的影響，也能減輕帶鋼板型對光整效果的影響。3.2張力設定的數據光整機理想的張力值為8-10kgf/mm2左右，為了光整效果出口側的張力比入口側的張力高20%-30%。圖2是光整機在實際應用中在不同帶鋼寬度厚度情況下的張力設定值。張力設定的數據要根據板面工藝要求適時設定，要根據實際情況調節(jié)直到板面達到工藝要求是為止。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上，在速度調節(jié)器后增加正負轉矩限幅功能。間接張力控制不需要帶鋼實際張力的測量和反饋，它是在張力設定值的基礎上通過控制系統的傳動計算，使傳動電機輸出一定的轉矩與設定值相匹配。間接張力控制時電機的輸出轉矩是保持不變的。圖3如圖3所示，入口側的5#S輥B組輥在光整機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裝置參數的P443。電機所帶的脈沖編碼器測量電機的實際轉速，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節(jié)器之后，給電機的輸出轉矩一個限幅，使電機的最大輸出轉矩不能超過這個限幅。這個限幅就是張力設定值。一般情況下，速度基準輥之前的間接張力輥其速度給定值會比速度基準輥速度給定值低5%-8%。在調節(jié)過程中，速度調節(jié)器為了使實際速度無限接近給定速度，電機會不斷增大輸出轉矩，而當電機的輸出轉矩達到限幅時，就不在增加。此時電機的速度和轉矩達到一種平衡狀態(tài)，電機的輸出轉矩會在張力設定值上穩(wěn)定持續(xù)輸出。間接張力控制會因為帶鋼的摩擦、彎曲、自重等因素使計算值出現偏差，導致控制精度下降。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上，在速度調節(jié)器之前加入一個附加速度。這個附加速度是實際張力和設定張力的差值。主速度和附加速度通過PID調節(jié)器使電機輸出相應的轉矩。帶鋼的實際張力通過位于三輥測張?zhí)幍膹埩τ嫬@得?？刂葡到y會根據實際張力不斷改變電機的輸出轉矩，使所控帶鋼的張力始終保持在設定范圍之內。直接張力控制方式下的電機輸出轉矩不受方向和大小的限制，其轉矩值是不斷變化的。如圖4所示，在光整機投入以后5#S輥B組輥和光整機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裝置參數的P443。此時的主速度給定數值與速度基準輥的速度是一樣的。電機所帶的脈沖編碼器測量電機的實際轉速，再反饋給6SE70裝置形成速度閉環(huán)控制。張力設定值通過控制字3給到6SE70裝置的參數的P352，由張力計測量的張力實際值給到6SE70裝置的參數的P355，由功能調節(jié)器對以上兩個數值進行調節(jié)。功能調節(jié)器的輸出值取負后，再聯接速度附加給定參數P438。這樣電機會根據速度的變化輸出相應的轉矩，從而起到調節(jié)張力的作用。此時，輸出轉矩的限幅是放開的，電機可以百分之百的輸出轉矩，圖4輸出轉矩的大小和方向完全不受限制。電機的輸出轉矩決定了所控區(qū)域的張力，實現了對張力的控制。這種控制方式精確的控制了光整機的張力。使張力保持持續(xù)穩(wěn)定，保證了光整機的正常運行也保證了板面的質量。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，動態(tài)響應速度快、張力穩(wěn)定性強，一般使用在張力控制精度要求較高的設備上。4.3張力切換在光整機投入使用之前和之后，5#S輥B組輥和光整機上下支撐輥所采用的張力控制方式是不同的。在光整機投入之前5#S輥B組輥和光整機上下支撐輥采用的是間接張力控制方式，在光整機投入之后5#S輥B組輥和光整機上下支撐輥采用的是直接張力控制方式。這樣在光整機投入的瞬間5#S輥B組輥和光整機上下支撐輥就有一個從間接張力控制方式到直接張力控制方式的轉換過程。間接張力控制方式是帶有轉矩限幅的單速度控制，直接張力控制方式是轉矩放開的雙重速度控制。要實現由間接張力控制方式到直接張力控制方式的轉換，簡單說就是在間接張力控制方式的基礎上接通附加速度，放開輸出轉矩限幅。如圖5所示，由控制字6的位2作為光整機投切的滿足條件。既當光整機切除時B3602為0，各輥是間接張力控制方式；當光整機投入時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現這一投切。如當U166中的B3602為0時U167的輸出量K459中的值為K405；當U166中的B3602圖5為1時U167的輸出量K459中的值為K521。這樣就實現了關鍵點的切換，從而實現了由間接張力控制方式到直接張力控制方式的轉換。5結束語在光整機系統中，張力控制是一個重要的組成部分。張力和軋制力共同完成帶鋼表