２０１４年２月 云南冶金 ＹＵＮＮＡＮ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ Ｆｅｂ．２Ｏ１４ 第４３卷第１期（总第２４４期） Ｖｏ１．４３．Ｎｏ．１（Ｓｕｍ２４４） 一种卷取机张力控制新方法 唐 炜 ，赵 勇 （１．云南冶金昆明重工有限公司，云南２．云南浩鑫铝箔有限公司，云南昆明６５０２０３； 昆明６５０２１６） 摘要：对传统轧机卷取机张力控制方法进行完善，从而提高张力控制的响应速度、控制精度和稳定性，保 证轧制产品质量。 关键词：卷取机；张力控制；新方法 中图分类号：ＴＧ３３３．２ ４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６－０３０８（２０１４）０１－００９７－０３ Ａ Ｎｅｗ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｔｅｎｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｃｏｉｌｅｒ ＴＡＮＧ Ｗｅｉ ，ＺＨＡＯ Ｙｏｎｇ （１．Ｙｕｎｎａｎ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｈｅａｖｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｋｕｎｍｉｎｇ，Ｙｕｎｎａｎ ６５０２０３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｙｕｎｎａｎ Ｈａｏｘｉｎ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｆｏｉｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｋｕｎｍｉｎｇ，Ｙｕｎｎａｎ ６５０２１６，Ｃｈｉｎａ） ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｔｅｎｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｒｏｌｌｉｎｇ ｍｉｌｌ’ｓ ｅｏｉｌｅｒ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｔｈｅｒｅｂｙ ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｅｄ，ｃｏｎｔｏｌｒ ａｃｃｕｒａ— ｃｙ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｅｎｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ，８０ ｔｈａｔ ｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｔ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｏｌｒｌｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｒｅ ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：ｅｏｉｌｅｒ；ｔｅｎｓｉｏｎ ｃｏｎｔｏｌ；Ｆｒｌｅｗ ｍｅｔｈｏｄ 在带材轧制过程之中，开卷、卷取张力的控制 是必不可少的。轧制过程中的张力恒定，对带材最 的时候，将张力反馈信号投入控制系统进行闭环， 由于此时张力信号的偏差已经比较小，张力闭环调 整的响应可以做得很快，这样在保证快速响应的同 时，又实现张力恒定的要求。 终的精度有很大影响，因此保持轧制过程中张力的 稳定是控制系统首先要解决的问题。张力的控制目 前一般分成两种方式：一为间接张力控制，根据卷 径、张力给定要求值和电机励磁强度等因素，计算 电机所需电流；二为直接张力控制，通过检测张力 实际值修正电机电流，从而使张力保持恒定。 两种方式各有利弊：间接张力方式响应可以做 得比较快，电机稳定性好，但由于卷径、励磁强度 １ 间接控制张力的基本原理 卷取机传动示意图如图１所示。 等数据与实际存在偏差，张力可能并不恒定；直接 张力方式，控制方式简单，精度高，但响应较慢， 容易引起电机不稳定，造成带材忽松忽紧。 针对上述情况，我们的张力控制方式采取了复 合张力控制方式，先通过间接张力方式确定一个电 机电流的初步给定，并建立张力，等张力趋于稳定 ＋收稿日期：２０１３－０９－２４ 图１卷取机传动机构示意图 Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｃｏｉｌｅｒ 作者简介：唐炜（１９６９一），男，云南威信人，高级工程师。 基金项目：云南省重点新产品开发计划项目，项目编号：２０１１ＢＡ００３。 ２０１４年２月 云南冶金 ＹＵＮＮＡＮ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ Ｆｅｂ．２０１４ 第４３卷第１期（总第２４４期） Ｖｏ１．４３．Ｎｏ．１（Ｓｕｍ２４４） 电动机的转矩为： ＭＤ＝Ｃ 咖 ＝ＴＤ／２ｉ＋ＭＯ±Ｍｄ （１） 式中：彻——电动机的转矩，Ｎ・ｍ； 啪——空载转矩，Ｎ・ｍ； Ｍｄ——加减速时所需要的动态转矩， Ｎ・ｍ； 卜张力，ｋＮ； Ｄ——钢卷的直径，ｍｍ； ——减速比； ——电动机的磁通，Ｗｂ； ——电动机的电枢电流，Ａ； Ｃ ——电动机的结构常数。 在恒速卷取时Ｍｄ：０，考虑空载转矩较小，并 忽略不计，于是张力为： Ｔ＝２ＣＭｉ（ ）／Ｄ＝Ｋｍ（ ）／Ｄ （２） 由公式（２）可知，要维持张力 的恒定有两 种方法：一是维持ｌａ＝常数和ｃＩ）／Ｄ＝常数；二是 使 正比于ｃＩ）／Ｄ而变化。 ２间接控制张力的改进 为了使间接张力方式下的初始给定接近实际所 需值，卷径和励磁强度的真实可靠性变得比较重 要，励磁强度可以通过直流调速装置实时获得，对 卷径我们采取一种独特的处理方式：卷径在理论上 可以通过线速度和卷筒转速计算获得，在实际使用 过程中，尤其是在低速情况下，由于作为分母的转 速数值很小，计算得到的卷径有很大的跳动。 借鉴某些控制产品对卷径处理的经验，我们对 卷径做如下处理： 首先，卷径变化的单方向性。开卷端卷径只减 不增，收卷端卷径只增不减，通过卷径计算得到的 卷径计算值不符合上述条件时被屏蔽； 其次，卷径变化率。为彻底消除卷径的突变， 增加卷径变化率条件限制，根据当前卷径，当前速 度，和带材厚度确定卷径的变化率限制，卷径变化 被限制在变化率范围之内（如图２）； 最后，配合上卸卷的操作动作，卷径自动初 始化。 通过上述处理，带材卷径值平滑跟随实际卷径 变化，从而保证电机电流的初始给定接近最终的电 流要求，张力信号闭环在小范围内实现快速调整， 既保证了快速性又能保证真正的恒张力控制。 ９８ 图２卷径数值筛选示意图 Ｆｉｇ．２ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｉｌｉｎｇ ｄｉａｍｅｔｅｒ ３动态补偿电流和压下补偿系数的计算 卷取机或开卷机的张力控制系统，是通过调节 电动机的电枢电流间接地实现恒张力的控制。当有 加减速时，电动机的电流，。是由两部分组成：一 部分是张力电流ｊ ，另一部分是相应于加减速力矩 的动态电流 ，即： Ｉ Ｄ＝ｌＴ＋ｌ ｄ 因此必须准确及时地补偿动态电流的作用，才 能保持张力电流不变，从而维持张力恒定。动态电 流是正比于加减速度ｄｖ／ｄｔ和传动系统的ＧＤ ，由 于钢卷直径是随时间而变化的，所以相应的ＧＤ 也随之而变。 空卷筒的机械转动惯量： ＧＤ ＝４Ｇ（ｒｏ ／２）＝４７ｒｒ０２ｂ０ ０（ｒ０ ／２） 带卷机械转动惯量： ＧＤ；＝４Ｇ（ｒｏ ＋Ｒ ）／２＝４７ｒ（Ｒ 一ｒ０ ）研２ （ｒ０ ＋Ｒ ）／２ ｒ０——空卷筒的半径，ｍｍ； ６ ——空卷筒的宽度，ｍｍ； ０——卷筒材料的密度，ｋｇ／ｍｍ ； Ｒ——料卷的半径，ｍｍ； ——料卷的宽度，ｍｍ； ——料卷的密度，ｋｇ／ｍｍ 。 根据电动机功率和机械功率相平衡的原则，可 以推导出加减速时动态电流的表达式为（把常数、 系数合并为 、Ｋ２）： ｌｏ＝Ｋ１［ ＋Ｋ２Ｂ（Ｄ４一 ）］× 古’ 。 （３） 式中：Ｇ ——空卷筒的惯性力矩，即不包括料卷 变化部分的ＧＤ；； ——压下补偿的系数。 在建立动态的电流，ｄ的控制模型时，当考虑 唐炜，等一种卷取机张力控制新方法 到前滑对卷取侧速度的影响时，处于卷取状态的卷 量，根据料卷宽度和当前卷径、减速箱速比，计算 筒的线速度要比主轧机的线速度高。考虑到后滑对 出折算到电机轴的料卷转动惯量，根据主机的升降 开卷侧速度的影响，所以处于开卷状态的卷筒线速 速速率和料卷的当前卷径，计算出开卷／卷取电机 度要比主轧机的线速度低，因此在计算动态电流时 的角加速度，得到需要补偿的补偿转矩，乘上前后 要乘上一个压下系数 。带钢在导向辊圆周的行程 滑系数，对电机转矩进行实时补偿。实践证明：这 应等于轧机工作辊圆周的行程乘以压下补偿系数 一处理方法效果良好，在升降速过程中没有看到张 Ｏｔ，即： 力的明显变动，也就能保证厚度的稳定，提高了带 ＮＲ ７ｒＤ ＝ｏｔＴ＇ｒＤＲ 材的成材率。 式中：Ｄ ，ＤＲ——分别为导向辊和工作辊的直 ５结语 径ｍｍ： 通过上述方法对卷取机张力控制进行改进，取 ，Ⅳ月——分别为导向辊和工作辊脉冲发 得明显的效果。一是恒速轧制过程中张力更为平 生器发出的脉冲数ｐｕｌｓｅ； 稳，不会出现之前那种电流一直处于上下大幅度波 。，Ⅳｍ——分别为导向辊和工作辊转过一 动的状态，而是相对稳定地进行单方向的递增或递 周，其脉冲发生器发出的脉冲 减。二是在升降速过程中由于把影响张力的各种因 数ｐｕｌｓｅ。 素基本都考虑进去并尽可能进行精确的分析处理， 所以： 使得动态张力精度在以往基础上得到很大的提高， Ｎｓ ＝ Ｄｓ 其波动范围大约从１０％～１５％降低到５％以内。 开卷时ｏ【＜１，而卷取时仅≥１。 参考文献： ４动态补偿电流的改进 【１］丁修垄．轧制过程自动化（第二版）［Ｍ］．北京：冶金工业 出版社，２００５． 通过引入补偿的概念，包括不同速度情况下的 ［２］Ａｎｓｗｅｒ Ｄｒｉｖｅｓ Ｓ．Ｌ ｌ全数字直流传动装置ＳＩＬＣＯＰＡＣ Ｄ产品说 空载摩擦补偿和升降速时的动态补偿，一定程度上 明书 弥补了在升降速或不同速度时，因为张力变化带来 ［３］丁修垄，张殿华，王贞祥，等．高精度板带钢厚度控制的理 论与实践［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００９． 带材厚度变化大的缺陷和不足。但是由于受技术条 ［４］王军生，白金兰，刘湘华，等．带钢冷连轧原理与过程控制 件的限制，以往这种升降速的动态补偿只能做一些 ［Ｍ］．北京：科学出版社，２００９． 简单的固定补偿，升降速时的厚度变动虽有好转但 ［５］郑申白，史东日，马劲红，等．轧制过程自动化技术［Ｍ］． 还不很理想，’和现在的高精带轧制要求还有距离， 北京：化学工业出版社，２００９． 为了解决升降速过程中张力变动造成厚度变动的情 ［６］黄庆学，梁爱生．高精度轧制技术［Ｍ］．北京：冶金工业出 版社，２０ｏ４． 况，参考公式（３），我们将升降速时的动态补偿 ［７］冶金工业部武汉钢铁设计研究院．板带车间机械设备设计 做了精细的控制：首先实测空卷筒的机械转动惯 （下册）［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９８４． （上接９６页） 品 名 规 格 产 地 价 格 钠 ≥９９．７％，工业级 国产 １５ ０００～１７ ０００（ ｔ） 铌 ≥９９％ 国产 ８００～８５０（元／ｋｇ） 铍 ≥９９％ 国产 ６ ５００～７ ０００（ ｋｇ） 硒锭 ≥９９．９％ 国产、进口 ４０５～４２５（￣ｆｃ／ｋｇ） 硒锭 ≥９９．９９％ 国产、进口 ４３０—４５０（ｆｒ．／ｋｇ） 硒粉 ≥９９．９％ 国产、进口 ４００￣４２０（Ｙｒ．，／ｋｇ） 硒粉 ≥９９．９９％ 国产、进口 ４２０－４４０（ｆｒＪｋｇ） 铟 ≥９９．９９％ 国产 ４ ８６０—４ ９２０（ｆｒ￣／ｋｓ） 锗锭 、 ５０ Ｑ／ｅｍ 国产 １１ ５００～１１ ６５０（￣＿／ｋｇ）
