微張力控制在高速線材軋制過(guò)程中的應(yīng)用

黃海龍 邊曉亮 付鵬 張翠端 高磊

摘 要：很多高速線材在軋制的過(guò)程當(dāng)中由于線材粗細(xì)不同、溫度不均勻等情況會(huì)造成高速線材和機(jī)架之間的速度不勻稱，這就會(huì)導(dǎo)致某些高速線材出現(xiàn)拉鋼、堆鋼等情況。為了避免出現(xiàn)這一系列的情況，可以采用微張力控制系統(tǒng)來(lái)保證高速線材軋制過(guò)程當(dāng)中的自動(dòng)控制，本文作者主要探討了微張力控制在高速線材軋制過(guò)程當(dāng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：微張力；控制；高速線材；應(yīng)用

引言：微張力控制系統(tǒng)實(shí)際上是利用在工業(yè)上的控制系統(tǒng)，隨后通過(guò)電子控制電流和速度的原理以及修改張力的相關(guān)參數(shù)來(lái)對(duì)高速線材軋制的轉(zhuǎn)速和溫度進(jìn)行控制。微張力控制系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)張力的改變，在高速線材軋制的過(guò)程當(dāng)中避免出現(xiàn)拉鋼和堆鋼的情況。

一、微張力控制系統(tǒng)的思想

微張力的控制原理實(shí)際上就是通過(guò)上游和下游兩個(gè)機(jī)架之間電機(jī)的電流進(jìn)行控制，并且通過(guò)電子計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)控制的電流進(jìn)行存儲(chǔ)，從而讓計(jì)算機(jī)把電流自動(dòng)化轉(zhuǎn)化成主電機(jī)的動(dòng)力，隨后再通過(guò)設(shè)定一定的張力，讓設(shè)定的張力和給定值具有一定的偏差，再對(duì)上游機(jī)架的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)節(jié)速度來(lái)保證兩個(gè)機(jī)架之間的速度關(guān)系，這樣便實(shí)現(xiàn)了微張力的控制。對(duì)于微張力的控制來(lái)講，其關(guān)鍵是要精確計(jì)算出兩個(gè)軋機(jī)之間的力度，當(dāng)鋼鐵進(jìn)入上游軋機(jī)之后，沒(méi)有傳送到下架的軋機(jī)時(shí)系統(tǒng)所計(jì)算出來(lái)的力度就是本軋機(jī)的力矩。當(dāng)鋼鐵進(jìn)入到下游軋機(jī)時(shí)，那么將會(huì)重新計(jì)算，得到新的力矩，這兩者之間的差便是軋機(jī)的張力力矩。這個(gè)值如果是正數(shù)，那么表示機(jī)架之間堆鋼；如果這個(gè)值為負(fù)值，那么就證明機(jī)架之間拉鋼。只有讓張力力矩保持在一定范圍之內(nèi)，才能保證不出現(xiàn)拉鋼和堆鋼的情況。微張力控制系統(tǒng)就是為了保證上游機(jī)架和下游機(jī)架之間的速度平衡來(lái)讓軋機(jī)的張力控制在一定程度內(nèi)來(lái)保證速度的均勻。同樣的道理如果出現(xiàn)多個(gè)機(jī)架，其原理是一樣的。除此之外，微張力控制系統(tǒng)有自主學(xué)習(xí)的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程舉例來(lái)說(shuō)是如下情況：比如當(dāng)鋼鐵進(jìn)入到第一個(gè)軋機(jī)時(shí)，還沒(méi)有進(jìn)入第二個(gè)軋機(jī)，那么第一個(gè)軋機(jī)的狀態(tài)為無(wú)張力狀態(tài)。當(dāng)鋼鐵進(jìn)入到第二個(gè)軋機(jī)，那么在第二個(gè)軋機(jī)時(shí)，第一個(gè)軋機(jī)由于二者的力度不匹配而改變第一個(gè)軋機(jī)的速度力矩，這時(shí)候就需要改變第二個(gè)軋機(jī)的無(wú)張力矩值讓第一個(gè)軋機(jī)恢復(fù)到之前的無(wú)張力矩值；同樣的道理，當(dāng)鋼鐵運(yùn)送到第三個(gè)軋機(jī)時(shí)，第二個(gè)軋機(jī)也會(huì)由于和第三個(gè)軋機(jī)速度不匹配而改變，這時(shí)候調(diào)節(jié)第三個(gè)軋機(jī)來(lái)讓第二個(gè)軋機(jī)速度回復(fù)，以此類推。當(dāng)所有的機(jī)架軋機(jī)都學(xué)習(xí)之后，便能保證所有的軋機(jī)都在一定的速度，這就是微張力的自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)，能讓所有的機(jī)架軋機(jī)都保持在工藝要求的范圍之內(nèi)。

二、微張力控制硬件的組成

一般來(lái)說(shuō)，微張力的控制系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制的方式進(jìn)行組成的，這其中主要包含三個(gè)部分，分別為操作部分、過(guò)程部分以及傳動(dòng)部分，這三個(gè)控制環(huán)節(jié)相互結(jié)合來(lái)保證整套系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為了更清晰地理解微張力控制系統(tǒng)的組成，本文作者以某高速線材廠進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。某高速線材廠建于2008年，主要生產(chǎn)規(guī)格為5.5到10毫米的光面鋼材和螺紋鋼鋼材，其設(shè)備需要的速度為110米/秒，最高的速度為125米/秒，該線材廠采購(gòu)了30臺(tái)軋機(jī)軋鋼自動(dòng)控制，其中粗軋機(jī)組6臺(tái)，中閘機(jī)組6臺(tái)以及其余的精軋機(jī)組。在這30臺(tái)的軋機(jī)設(shè)備當(dāng)中，其中前15臺(tái)設(shè)備用于微張力的控制，后15臺(tái)設(shè)備用于其它控制。操作部分主要是為了完成張力的自動(dòng)控制和系統(tǒng)的監(jiān)控，在這個(gè)部分操作臺(tái)能夠?qū)埩刂浦熊垯C(jī)組的狀態(tài)進(jìn)行選擇，也就是通過(guò)畫(huà)面來(lái)對(duì)軋機(jī)之間的張力進(jìn)行控制。其中就包括了信號(hào)檢測(cè)、入口速度檢測(cè)、軋機(jī)出口速度檢測(cè)以及張力的自動(dòng)檢測(cè)。而過(guò)程控制階段此工廠采用的是S7-400P的設(shè)備，主要用于完成微張力的物件跟蹤、邏輯時(shí)序聯(lián)動(dòng)、傳動(dòng)執(zhí)行速度聯(lián)動(dòng)和微張力算法的計(jì)算等。而傳動(dòng)部門(mén)主要是為了完成微張力控制機(jī)的傳動(dòng)以及軋機(jī)的傳動(dòng)，在此工廠的系統(tǒng)運(yùn)用中主要是通過(guò)6RB80設(shè)備直流調(diào)節(jié)速度來(lái)完成。

三、軋區(qū)微張力控制的詳細(xì)介紹

1、粗軋區(qū)的控制

對(duì)于粗軋區(qū)域的微張力控制來(lái)講，由于粗軋機(jī)屬于傳統(tǒng)性質(zhì)，所以對(duì)于鋼材來(lái)說(shuō)，在出軋區(qū)上面運(yùn)行的速度是比較慢的，這時(shí)候就需要系統(tǒng)去獲取閘鋼時(shí)的力度，通過(guò)這個(gè)力度，來(lái)對(duì)軋機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。舉例說(shuō)明：如果第一臺(tái)機(jī)架和第二臺(tái)機(jī)架是相鄰的機(jī)架，那么在鋼材進(jìn)入到第一機(jī)架后將會(huì)測(cè)試第一機(jī)架的力度，在鋼材沒(méi)有進(jìn)入到第二個(gè)機(jī)架之前，鋼材在第一個(gè)機(jī)架上面的軋制為自由軋制，所以其對(duì)應(yīng)的力矩就是無(wú)張力的軋制力矩；所以要以此力度為基準(zhǔn)來(lái)調(diào)節(jié)第二個(gè)機(jī)架的力度，一旦鋼材進(jìn)入到第二個(gè)機(jī)架之后，這樣第一個(gè)機(jī)架和第二個(gè)機(jī)架之間的關(guān)系就建立起來(lái)了，由此通過(guò)張力控制系統(tǒng)對(duì)第一臺(tái)機(jī)架的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，讓第一臺(tái)機(jī)架的速度和第二臺(tái)的速度處于穩(wěn)定的狀態(tài)，這樣就保證了第一臺(tái)機(jī)架的電流恢復(fù)到最初的基準(zhǔn)值。

2、中軋區(qū)的控制

當(dāng)鋼材進(jìn)入到中軋區(qū)之后，由于軋制的速度會(huì)明顯加快，所以必須要采用雙流軋制的方法來(lái)對(duì)鋼材進(jìn)行軋制，但是一旦采用雙流軋制，那么很難達(dá)到無(wú)張力的要求，所以此時(shí)就不能采用粗軋區(qū)的調(diào)節(jié)方法來(lái)對(duì)中軋區(qū)進(jìn)行調(diào)節(jié)，需要設(shè)定一個(gè)微張力的指標(biāo)，比如中軋區(qū)的張力為1.5%，將指標(biāo)設(shè)定之后，軋機(jī)的線速度就能夠進(jìn)行計(jì)算。而微張力的控制系統(tǒng)，就是用來(lái)調(diào)整線速度的。因?yàn)樵趯?shí)際的生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，軋輥是有一定的磨損的，也就是隨著生產(chǎn)的時(shí)間，軋輥會(huì)變得越來(lái)越細(xì)，而且隨著磨損的程度不同，速度也會(huì)隨之變化，難免會(huì)導(dǎo)致機(jī)架之間的張力不能保持一致，這時(shí)候就需要微張力控制系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際軋輥的磨損程度和力度對(duì)線速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，始終讓機(jī)架之間的張力保持在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，這樣便能夠?qū)崿F(xiàn)中軋區(qū)的微張力控制。

四、實(shí)際生產(chǎn)中微張力控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題

雖然微張力控制系統(tǒng)在高速線材軋制的過(guò)程當(dāng)中有很多好處，但是在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中也出現(xiàn)很多問(wèn)題。在鋼材從第一架軋機(jī)進(jìn)入到第二架軋機(jī)之后，那么第一架軋機(jī)的轉(zhuǎn)距會(huì)發(fā)生變化，兩個(gè)機(jī)架之間自然而然就會(huì)存在推拉關(guān)系。同時(shí)由于軋機(jī)在鋼材進(jìn)入之前和之后的相關(guān)性僅在比較短的時(shí)間內(nèi)有效，所以要盡量保證自由軋制的轉(zhuǎn)距和實(shí)際轉(zhuǎn)矩的取樣時(shí)間靠近，如果二者之間不夠靠近則會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩中包含一些非張力形成的干擾信號(hào)，容易造成錯(cuò)誤的調(diào)節(jié)。除此之外，由于每臺(tái)機(jī)架之間的信號(hào)都是由速度調(diào)節(jié)裝置經(jīng)過(guò)高速的網(wǎng)絡(luò)而傳給中控臺(tái)的，那么就必須要避免基于信號(hào)的干擾。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中光電管位置偏移或者靈敏度降低等原因都會(huì)造成張力控制系統(tǒng)不準(zhǔn)確，同樣微張力控制系統(tǒng)需要操作人員具有非常熟悉的熟練程度，如果操作人員對(duì)整套系統(tǒng)的流程不熟悉也會(huì)影響正常的壓制。

五、結(jié)束語(yǔ)

微張力控制系統(tǒng)在高速線材軋制過(guò)程當(dāng)中的應(yīng)用是十分廣泛的，其能夠保證鋼材在機(jī)架之間運(yùn)行速度的平穩(wěn)，能夠發(fā)揮其最大的優(yōu)點(diǎn)來(lái)保證鋼材的軋制。微張力控制系統(tǒng)的出現(xiàn)大大提高了工廠生產(chǎn)線材的效率，能夠避免由傳統(tǒng)工人的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷力度的失誤，減少了相關(guān)設(shè)備對(duì)工人經(jīng)驗(yàn)的依賴性。但是微張力控制系統(tǒng)仍然需要不斷的優(yōu)化、不斷改進(jìn)，從各方面進(jìn)行提高，主要是其安全性和可靠性，進(jìn)一步適應(yīng)我國(guó)鋼材軋制的生產(chǎn)流程，保障生產(chǎn)的效率和工廠的效益。

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