【摘 要】冷軋是帶鋼生產(chǎn)中一個(gè)最重要的工序，而開卷機(jī)是冷軋生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，簡(jiǎn)單論述了首鋼京唐1700酸軋開卷機(jī)張力控制系統(tǒng)的原理。同時(shí)對(duì)開卷機(jī)張力斷帶保護(hù)及卷徑記憶測(cè)量等內(nèi)容進(jìn)行了分析，從而達(dá)到為技術(shù)人員更好地控制開卷機(jī)，便于日后維護(hù)優(yōu)化工作目標(biāo)，以滿足高質(zhì)量產(chǎn)品的需求。

【關(guān)鍵詞】開卷機(jī) 張力控制 卷徑

一、前言

在冷軋薄板生產(chǎn)中，為了得到高質(zhì)量的帶鋼產(chǎn)品，必須在入口張力輥與開卷機(jī)機(jī)之間建立足夠的帶鋼張力，能抵抗各種干擾并保持張力恒定。如果張力波動(dòng)，對(duì)帶鋼開卷時(shí)會(huì)產(chǎn)生時(shí)緊時(shí)松的現(xiàn)象，造成鋼卷層間竄動(dòng)和推拉，很容易堆鋼，甚至斷帶，無法進(jìn)行生產(chǎn)。因此，酸洗入口的開卷機(jī)張力控制十分重要。

二、張力控制系統(tǒng)原理

首鋼京唐1700酸軋開卷機(jī)的張力控制通過PLC計(jì)算出電流調(diào)節(jié)器的給定值來對(duì)開卷機(jī)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，以達(dá)到保持張力恒定的目的。電流計(jì)算方式如下：

（1）

式中：為張力電流給定值；為電機(jī)張力電流；為電機(jī)加減速電流；為機(jī)械損耗電流。

（一）張力電流計(jì)算

電機(jī)的力矩公式是：（2）

帶鋼對(duì)開卷機(jī)產(chǎn)生的張力力矩： （3）

為了保持帶鋼張力T的恒定，電機(jī)應(yīng)該提供與鋼卷卷徑D成正比的張力力矩，即（2）式應(yīng)該等于（3）式，得到 （4）

式中：T為帶鋼張力；I為電樞電流；D為鋼卷直徑；為交流電機(jī)力矩常數(shù)；為電機(jī)力矩；g為重力加速度；為開卷機(jī)力矩。從（4）式中可以看出，為了保持帶鋼張力T的恒定，就要保持電機(jī)電樞電流I 與不斷在減小的鋼卷直徑D成正比的關(guān)系。

（二） 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償

開卷機(jī)、電動(dòng)機(jī)和帶鋼均有運(yùn)動(dòng)慣性，在加減速時(shí)電動(dòng)機(jī)將要消耗動(dòng)態(tài)力矩，如不加以補(bǔ)償將使帶鋼張力發(fā)生波動(dòng)，必須對(duì)電樞電流進(jìn)行補(bǔ)償，才可以克服加減速對(duì)帶鋼張力的影響。根據(jù)公式：轉(zhuǎn)矩=轉(zhuǎn)動(dòng)慣量*角加速度，得到：

（5）

式中：為升降速時(shí)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩；J為轉(zhuǎn)矩慣量，，

將上述關(guān)系代入（5）式得到：（6）

式中：為飛輪慣量；N為電機(jī)轉(zhuǎn)速；t為加速/減速時(shí)間。

在升降速時(shí)的動(dòng)態(tài)力矩應(yīng)該與電機(jī)的輸出力矩相等，這樣才能使帶鋼在動(dòng)態(tài)變速過程中保持張力恒定，即（2）式等于（6）式得出： （7）

在公式（7）中，實(shí)際的由下列幾部分構(gòu)成：

其中：

式中：為電機(jī)的；為機(jī)械的；為鋼卷；W為鋼卷的寬度；為密度。

（三）機(jī)械損耗電流補(bǔ)償

因?yàn)閗開卷機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有摩擦力，所以必須進(jìn)行空載補(bǔ)償，空載補(bǔ)償電流可以通過實(shí)際測(cè)量電動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的空載電流來得到，而且開卷機(jī)電動(dòng)機(jī)在從靜止到啟動(dòng)的瞬間要克服最大靜摩擦力。這一點(diǎn)的電流可以通過先把電動(dòng)機(jī)電流限幅值給零；再將開卷機(jī)置于電動(dòng)狀態(tài)；然后逐漸加大電流限幅值，直至電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)的電流值可作為空載電流曲線的第1點(diǎn)，空載電流值可通過造表的方式存入計(jì)算機(jī)，在實(shí)時(shí)控制中通過查表求得，即采用函數(shù)發(fā)生器的形式來進(jìn)行補(bǔ)償。

三、斷帶保護(hù)

系統(tǒng)在正常軋制作業(yè)，速度環(huán)一電流環(huán)的雙環(huán)系統(tǒng)變?yōu)閺埩Φ碾娏鳝h(huán)單環(huán)系繞，速度環(huán)處于飽和輸出狀態(tài)。若一旦發(fā)生斷帶.張力立即消失，而張力系統(tǒng)力圖維持張力不變，就會(huì)使開卷機(jī)加速到不允許的程度.因此本系統(tǒng)設(shè)有斷帶保護(hù)環(huán)節(jié)。

在斷帶的情況下，開卷機(jī)加速，當(dāng)給定不變，反饋將很快大于給定值，使速度環(huán)飽和狀態(tài)被打破，時(shí)系統(tǒng)檢測(cè)張力給定與速度環(huán)輸出值，如果速度環(huán)輸出大于張力給定，那么將發(fā)出斷帶信號(hào)給系統(tǒng)，使主電機(jī)緊急停車，同時(shí)開卷機(jī)將低速運(yùn)行，最終停止。

四、卷徑記憶與測(cè)量

精確測(cè)得卷徑是本控制系統(tǒng)的關(guān)鍵， 開卷機(jī)工作過程中卷徑值D 是不斷變化的， 直接測(cè)量難以實(shí)現(xiàn)，本系統(tǒng)采用的是間接測(cè)量方法。由式可知只要測(cè)出板材線速度V和開卷機(jī)角速度n即可間接得到卷徑值D， 這一間接檢測(cè)卷徑的方法是由卷徑記憶單元實(shí)現(xiàn)的， 如圖2 所示。

開卷機(jī)在工作之前， 應(yīng)根據(jù)卷卷徑的外徑檢測(cè)設(shè)定一個(gè)最大卷徑值Dmax（卷徑預(yù)置）存在記憶單元。開卷機(jī)工作時(shí)卷徑記憶單元所記憶的卷徑值與開卷機(jī)角速度n（取自于開卷機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)）相乘得模擬線速度V。這個(gè)模擬線速度V與實(shí)際板材線速度相比較，如果差值e=0， 則說明卷徑記憶單元所記憶卷徑值與實(shí)際卷徑相符； 如果差值e≠0， 則說明所記憶卷徑值與實(shí)際值不等， 則用e值去修改卷徑記憶單元，直到e=0為止。實(shí)際上開卷過程中， 卷材直徑是在不斷減小的， e值始終存在，它在不斷地修改卷徑記憶的卷徑D 值，使其跟隨實(shí)際卷徑的變化，這也是一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程。

五、結(jié)語(yǔ)

上述開卷機(jī)控制系統(tǒng)中沒有采用張力計(jì)構(gòu)成閉環(huán)，它是間接張力控制方式。首鋼京唐冷軋廠的酸洗五連軋生產(chǎn)工藝，具有高效率、連續(xù)化和自動(dòng)化的特點(diǎn)。冷軋是帶鋼生產(chǎn)中一個(gè)最重要的工序，而開卷機(jī)是冷軋生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，本文對(duì)首鋼京唐1700酸軋開卷機(jī)張力控制系統(tǒng)的論述，在今后的維護(hù)工作中，還會(huì)不斷優(yōu)化，來提高冷軋產(chǎn)品質(zhì)量，以滿足高質(zhì)量產(chǎn)品的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧繩谷.電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1984

[2]天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所.電氣傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992。

[3]陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992

[4]胡松濤.自動(dòng)控制原理[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1984