王福星等

摘 要：介紹恒張力控制的基本原理和卷取機(jī)的間接張力控制，著重對恒張力系統(tǒng)的組成及間接張力的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)論述。

關(guān)鍵詞：卷取機(jī)；恒張力控制；間接張力控制

1 前言

卷取機(jī)控制中最重要的環(huán)節(jié)就是張力控制，張力控制的效果直接影響到成品質(zhì)量。張力控制的目的在于保證正常卷取時(shí)，卷取機(jī)上的帶鋼張力恒定在設(shè)定值，從而保證帶卷卷形良好，減小塔形。

河南某1850mm冷軋生產(chǎn)線卷取機(jī)電機(jī)數(shù)據(jù)：

卷取電動機(jī)：Z4-450-42 3臺同軸串聯(lián)1主2從

DC400V 1254A 453Kw 360/1200r/min

卷取變速箱高速檔速比 i2-1=2.173913043

卷取變速箱低速檔速比 i2-2==3.787878788

高速檔最大卷取速度 V2-1max=1057.837m/min

低速檔最大卷取速度 V2-1max=607.106m/min

配的裝置是我所自主研發(fā)的ZX2A系列整流裝置

ZX2A-1550/440-11-S/ ZX2A-1550/440-01-S；

裝置參數(shù)：單柜額定輸出（直流）電壓 440V

單柜額定輸出（直流）電流 1550A

裝置過載能力：單柜過載1.5倍，1650A，過載時(shí)間60S。

該型號的整流裝置，晶閘管采用西安電力電子研究所2500V/1650A，2英寸元件，用2只晶閘管元件和1套鋁型材風(fēng)冷散熱器構(gòu)成直接反并聯(lián)功率組件，采用強(qiáng)迫風(fēng)冷。主卷取機(jī)配帶一塊T400卷取工藝板來實(shí)現(xiàn)卷取機(jī)的轉(zhuǎn)矩設(shè)定、卷徑計(jì)算、轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償和恒張力控制，卷取從機(jī)采用轉(zhuǎn)矩控制。

2 卷取機(jī)基本控制過程

2.1 幾種工作下的控制說明

2.1.1 在基速下工作，電動機(jī)處于滿磁狀態(tài)，Φ=Φmax=常數(shù)。此時(shí)，只要保證I/D恒定，即按卷徑D的變化成比例地調(diào)節(jié)電樞電流，就可實(shí)現(xiàn)恒張力控制，且合理利用了電動機(jī)的功率。

2.1.2 在基速以上軋制時(shí)，由勵磁調(diào)節(jié)器控制電機(jī)電勢E為恒定值，

即E=CeΦn=常數(shù)，也就是要求Φ與n成反比。

只要調(diào)節(jié)電流I使其保持恒定就實(shí)現(xiàn)了帶材張力控制。

在不能直接檢測張力的情況下，為了準(zhǔn)確控制卷取張力，必須準(zhǔn)確控制卷取電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。由速度控制轉(zhuǎn)為張力控制時(shí)卷取機(jī)速度給定附加一個飽和給定值，使其大于實(shí)際帶鋼的速度，此時(shí)速度調(diào)節(jié)器輸出飽和。張力給定值乘以卷徑再加上動態(tài)補(bǔ)償和空載補(bǔ)償及摩擦力矩補(bǔ)償彎曲力矩補(bǔ)償即轉(zhuǎn)矩給定，作為卷取機(jī)的轉(zhuǎn)矩/電流限幅。由于速度調(diào)節(jié)器的輸出達(dá)到飽和，控制轉(zhuǎn)矩限幅就可控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩，從而保證張力恒定。原理框圖見圖1。

圖1 卷取機(jī)力矩計(jì)算原理框圖

2.2 轉(zhuǎn)矩計(jì)算

在卷取張力控制系統(tǒng)中，卷取機(jī)電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算是該系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。電動機(jī)轉(zhuǎn)矩由卷取張力力矩、慣性力矩補(bǔ)償、帶鋼彎曲力矩補(bǔ)償和摩擦轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)炔糠纸M成。張力力矩，慣性力矩補(bǔ)償計(jì)算中又均與卷徑變化有關(guān)，卷徑計(jì)算和各部分的力矩計(jì)算精度直接影響到卷取張力的控制效果。因此必須對這些成分進(jìn)行補(bǔ)償，以達(dá)到對總轉(zhuǎn)矩的控制進(jìn)而實(shí)現(xiàn)張力控制的目的。在加減速過程中算出動態(tài)電流，進(jìn)行相應(yīng)的空載轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，就保證了加減速過程中帶材張力的恒定。

根據(jù)電動機(jī)轉(zhuǎn)矩公式，可以計(jì)算出卷取電動機(jī)的電樞電流給定值為：

通常在卷取機(jī)控制系統(tǒng)中，除了基本傳動裝置外，還需要配置一套帶卷取軟件的工藝板（如西門子T400），來實(shí)現(xiàn)卷取機(jī)的轉(zhuǎn)矩設(shè)定計(jì)算、卷徑計(jì)算、轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償計(jì)算和間接張力控制。

3 結(jié)束語

隨著卷取工藝軟件和可編程控制器硬件控制性能的不斷發(fā)展更新，用于間接張力控制的復(fù)雜運(yùn)算得到了有效解決，大多數(shù)帶材卷取機(jī)的間接張力控制方式得以高效穩(wěn)定的投入，且恒張力控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，張力控制精度較高，在諸多生產(chǎn)線中得以廣泛運(yùn)用，性能穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1]馬小亮.高性能變頻調(diào)速及其典型控制系統(tǒng)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010，4.

[2]天津電氣傳動設(shè)計(jì)研究所.電氣傳動自動化技術(shù)手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005，6.

[3]趙元國.軋鋼生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備操作與自動化控制技術(shù)實(shí)用手冊.中國科技文化出版社，2005，3.