恒張力控制在冷軋開卷機中的應(yīng)用探討

陳磊 王剛 盛川野 石磊

摘要：隨著我國科技實力的不斷增長，我國工業(yè)領(lǐng)域呈現(xiàn)出一派欣欣向榮的發(fā)展景象，各項生產(chǎn)作業(yè)都實現(xiàn)了機械化生產(chǎn)，對各種生產(chǎn)加工機械設(shè)備的合理應(yīng)用，不僅實現(xiàn)了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的有效提升，也充分降低了生產(chǎn)一線作業(yè)人員的勞動強度，在鍍錫工藝生產(chǎn)中，開卷機屬于必不可少的機械設(shè)備，而且開卷機張力給定的合理性，直接決定著鍍錫工藝實施過程中入口區(qū)域運行的運行狀態(tài)，所以，本文就在詳細分析開卷機應(yīng)用恒張力控制積極作用的基礎(chǔ)上，著重研究張力控制方法和變頻器轉(zhuǎn)矩限幅在間接張力控制中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：恒張力控制;冷軋開卷機;技術(shù)應(yīng)用

引言

在鍍錫工藝流程中，開卷機打開鋼卷之后，為帶鋼提供的張力是否適中，與鍍錫入口段能夠順利運行密切相關(guān)，如果所張力不足，極易導致帶鋼受損，反之在張力過大的情況下，在則會對鍍錫設(shè)備造成某種程度的不良影響，因此，如何保證開卷機能夠提高恒定張力，成為鍍錫工藝的重點，同時也是鍍錫工藝實施的關(guān)鍵，這就需要在開卷機中有效應(yīng)用恒張力控制，所以相關(guān)人員應(yīng)充分意識到開卷機應(yīng)用恒張力的重要作用，并針對直接張力控制、間接張力控制以及復(fù)合張力控制三種方法進行深入分析。

1冷軋開卷機的恒張力控制作用

為了能夠有效的保證產(chǎn)品的質(zhì)量你自己在加工過程中所涉及的工藝具備良好的穩(wěn)定性，在使用逆冷軋機以及冷連軋機的過程中都需要做好恒張力控制工作，這是冷軋帶鋼控制系統(tǒng)中的重要基礎(chǔ)性工作。例如較為常見的開卷機或者卷取機都包含有扎機張力控制系統(tǒng)，但是最終應(yīng)用這些機械設(shè)備的過程中所產(chǎn)生的成品則受到張力控制系統(tǒng)精度的影響。所以為了有效的提升產(chǎn)品精度和厚度公差，就需要在卷曲控制系統(tǒng)和開卷控制系統(tǒng)中對恒張力水平加以控制，保證設(shè)備在加速或減速的動態(tài)變化流程中也能夠具備恒定的張力控制機制，需要在系統(tǒng)中增加能夠?qū)訙p速過程中所產(chǎn)生的動態(tài)補償機制，并能夠適用于多種不同的工藝要求，較為常見的張力控制方法會采用直接或間接的張力控制，如何選擇張力控制方式應(yīng)當依據(jù)產(chǎn)品工藝的要求來進行選擇。傳統(tǒng)的張力控制通常會以模擬系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，但受到模擬系統(tǒng)的偏差使得精確控制水平得不到有效的保障，通過模擬系統(tǒng)進行控制的過程也相對復(fù)雜。隨著技術(shù)的進步以及在控制系統(tǒng)中應(yīng)用了越來越多的處理器和數(shù)字電路，使得傳統(tǒng)的直流傳動控制技術(shù)開始轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字控制技術(shù)。當前應(yīng)用較多的微處理器輔以張力控制軟件，能夠依據(jù)不同的產(chǎn)品需求開展動態(tài)補償過程，實現(xiàn)了較好的張力控制水平。

2恒張力控制在冷軋開卷機中的應(yīng)用

在進行恒張力控制的過程中常常采用閉環(huán)和開環(huán)兩種不同控制類型，閉環(huán)控制通常以復(fù)合張力控制以及直接和間接張力控制三種方式作為主要的控制流程。而開環(huán)控制則需要依據(jù)機械設(shè)備電機自身所擁有的機械特性，并利用這種特性使用電機來對卷繞機構(gòu)進行控制，間接的完成了恒張力控制流程。

在眾多的恒張力控制流程中，直接整理控制常常簡單有效，具體的控制流程通常依賴張力輥以及張力檢測和控制部件，首先通過檢測設(shè)備所產(chǎn)生的檢測結(jié)果與固定整理值進行對應(yīng)比較，然后通過張力控制部件發(fā)出張力控制信號，完成張力控制流程。采用直接張力控制具備較好的張力控制精度，甚至在可靠的環(huán)境與條件下能夠?qū)崿F(xiàn)零誤差張力控制，但是這種控制流程的缺點是過于依賴檢測部件的精度，如果生產(chǎn)環(huán)境對檢測部件產(chǎn)生的影響較大，極有可能使得張力控制系統(tǒng)無法發(fā)揮出應(yīng)有的效果。

間接著力控制本身不具備檢測部件或原件，其控制機制依賴于物理方式的卷曲機構(gòu)在運行過程中產(chǎn)生的信號數(shù)據(jù)，通過對這些數(shù)據(jù)和信號所對應(yīng)的物理量指標進行提取，然后對這些物理量展開控制過程實現(xiàn)張力控制的目標。在對物理量進行控制的過程中會依賴多種不同的反饋方法，通過這些反饋機制所獲得的各個參數(shù)來作為控制參數(shù)。該控制系統(tǒng)因為不需要檢測元件，使得設(shè)備的經(jīng)濟性較好，但這種控制方式的復(fù)雜程度高于直接控制系統(tǒng)，并且所獲得的控制精度也沒有直接張力控制系統(tǒng)的高。

符合整體控制系統(tǒng)以間接張力控制系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，通過在間接張力控制系統(tǒng)中增加張力閉環(huán)，實現(xiàn)了雙重張力控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)能夠有效的保證控制精度，同時移植了間接張力控制系統(tǒng)的優(yōu)勢特點，但是采用這種系統(tǒng)需要較高的成本，同時該系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。

具體的生產(chǎn)過程中間接張力控制是使用最為廣泛的張力控制系統(tǒng)，該控制方法的精度與控制器的水平和質(zhì)量有著直接的聯(lián)系，較為常見的控制類型為PID控制，其核心原理依賴于偏差控制模式，這是其適用范圍較為廣泛的主要原因，只需要輸入或修改正確的控制參數(shù)便能夠完成張力控制的調(diào)整過程。

3應(yīng)用變頻器進行張力控制

開卷機在使用間接張力控制系統(tǒng)的過程中會使用聯(lián)動或點動速度控制機制以及正常間接張力控制兩種模式。張力輥決定著入口段的帶鋼運行速度，帶鋼的運行速度變化與開卷機的速度保持同步，所以如何在入口區(qū)進行速度控制成為了整機控制的核心流程，通過變頻電機來實現(xiàn)連接控制能夠使得開卷機具備穩(wěn)定的恒張力水平。這也是業(yè)內(nèi)稱間接張力控制為恒張力控制系統(tǒng)的主要原因，通過速度調(diào)節(jié)器來對恒張力參數(shù)進行計算，保證了入口段在啟動后，生產(chǎn)線的速度高于開卷機速度，實現(xiàn)了帶鋼的張力控制流程。

4恒張力控制在某冷軋開卷機中的改進

某鋼鐵廠2019年冷軋鍍錫線事故頻發(fā)，拔起的入口段活套跳輥撕裂了帶鋼，技術(shù)人員對現(xiàn)場PDA監(jiān)控曲線進行仔細勘驗，綜合考慮過往事故案例和入口段設(shè)備功能狀態(tài)，事發(fā)前開卷機張力短時間內(nèi)極速拉大到設(shè)備設(shè)計標準極限之上，飆至40kN，直接導致事故發(fā)生，可采取下列措施改進開卷機技術(shù)：

（1）帶尾長度波動問題改進

監(jiān)控曲線勘驗結(jié)果顯示，1號張力輥事發(fā)前不存在打滑現(xiàn)象，粗糙度檢測正常，同時對開卷機和1號張力輥進行編碼器檢測均無異常，從技術(shù)層面看，開卷機速度對帶尾長度和卷徑計算有直接影響，檢測顯示來料未卷緊就投入作業(yè)，開卷機機速會在某個臨界點被瞬時拉慢，卷徑變大超過技術(shù)允許范圍，剩余長度出現(xiàn)相應(yīng)變化，結(jié)合事故原因分析結(jié)果，研究決定把剩余長度以及信號丟失延時時間從原來的150m加大到200m，把1秒的Tail延時關(guān)斷信號加大到2秒，從而把帶尾長度異常波動導致Tail信號變化頻次過繁帶來的危險性降低到可控范圍。

（2）Unwinding信號異常問題整改

①對程序進行檢測后發(fā)現(xiàn)，Tail_flick信號給Tail帶來了混亂的限制作用，斷尾信號通過光柵信號進行可提高準確性，刪除了混亂信號，②Tens_loss信號有潛在的導致Unwinding信號異常的風險，為了降低風險威脅，即使檢測顯示本次故障Tens_loss信號并未參與，仍在改進時延長了2秒的Tens_loss信號延時，確保其保護功能發(fā)揮最大功效。

2019年，鍍錫開卷機此類掉張故障平均每月發(fā)生2次，其中5次較為嚴重，造成活套跳輥被拔起，帶鋼撕裂，平均故障處理時間為3h，嚴重影響設(shè)備穩(wěn)定性和產(chǎn)量。2020年1月進行整改，在這一年的運行時間里，鍍錫開卷機再無此類掉張事故發(fā)生，大大提高了產(chǎn)線運行穩(wěn)定性。設(shè)備故障維護時間和產(chǎn)品帶出品率減少，年產(chǎn)量增加約四千噸，每年增加經(jīng)濟效益一百七十萬元。恒張力控制技術(shù)的應(yīng)用必須以開卷機張力情況分析為依據(jù)，本次改進前筆者參與了鍍錫入口掉張的故障的綜合分析，通過生產(chǎn)流程分析以及對應(yīng)的設(shè)備參數(shù)情況綜合研究，發(fā)現(xiàn)張力不穩(wěn)定的主要原因就是占位信號丟失，而這一問題的直接原因則是無卷信號系統(tǒng)觸發(fā)了Unwinding裝置，因此導致張力不穩(wěn)定。而這一問題的根本原因就是生產(chǎn)中帶尾信號異常，在開卷機生產(chǎn)中PLC系統(tǒng)有效掃描周期通常為九十五毫秒，而出現(xiàn)問題的時間主要處于帶尾信號重新觸發(fā)以及進行掃描周期轉(zhuǎn)換之間的時間差中，因此必須采取相應(yīng)的改進措施。

結(jié)束語：總之開卷機是冷軋生產(chǎn)線重要設(shè)備，而開卷機保持恒定的張力控制是鍍錫工藝流程的關(guān)鍵，因此上文主要針對開卷機直接張力控制，間接張力控制和復(fù)合張力控制三種控制方法進行了比較細致的分析論述，同時圍繞變頻器轉(zhuǎn)矩限幅在間接張力控制中的應(yīng)用展開了一系列研究探討，希望能對相關(guān)企業(yè)提供一些參考資料。

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