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程當(dāng)中由于線材粗細(xì)不同、溫度不均勻等情況會造成高速線材和機(jī)架之間的速度不勻稱，這就會導(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)來保證高速線材軋制過程當(dāng)中的自動控制，本文作者主要探討了微張力控制在高速線材軋制過程當(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)來對高速線材軋制的轉(zhuǎn)速和溫度進(jìn)行控制。微張力控制系統(tǒng)通過自動控制來實(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)際上就是通過上游和下游兩個機(jī)架之間電機(jī)的電流進(jìn)行控制，并且通過電子計(jì)算機(jī)來對控制的電流進(jìn)行存儲，從而讓計(jì)算機(jī)把電流自動化轉(zhuǎn)化成主電機(jī)的動力，隨后再通過設(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，再對上游機(jī)架的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)速度來保證兩個機(jī)架之間的速度關(guān)系，這樣便實(shí)現(xiàn)了微張力的控制。對于微張力的控制來講，其關(guān)鍵是要精確計(jì)算出兩個軋機(jī)之間的力度，當(dāng)鋼鐵進(jìn)入上游軋機(jī)之后，沒有傳送到下架的軋機(jī)時系統(tǒng)所計(jì)算出來的力度就是本軋機(jī)的力矩。當(dāng)鋼鐵進(jìn)入到下游軋機(jī)時，那么將會重新計(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。這個值如果是正數(shù)，那么表示機(jī)架之間堆鋼；如果這個值為負(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讓軋機(jī)的張力控制在一定程度內(nèi)來保證速度的均勻。同樣的道理如果出現(xiàn)多個機(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)的過程，這個過程舉例來說是如下情況：比如當(dāng)鋼鐵進(jìn)入到第一個軋機(jī)時，還沒有進(jìn)入第二個軋機(jī)，那么第一個軋機(jī)的狀態(tài)為無張力狀態(tài)。當(dāng)鋼鐵進(jìn)入到第二個軋機(jī)，那么在第二個軋機(jī)時，第一個軋機(jī)由于二者的力度不匹配而改變第一個軋機(jī)的速度力矩，這時候就需要改變第二個軋機(jī)的無張力矩值讓第一個軋機(jī)恢復(fù)到之前的無張力矩值；同樣的道理，當(dāng)鋼鐵運(yùn)送到第三個軋機(jī)時，第二個軋機(jī)也會由于和第三個軋機(jī)速度不匹配而改變，這時候調(diào)節(jié)第三個軋機(jī)來讓第二個軋機(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

一般來說，微張力的控制系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線控制的方式進(jìn)行組成的，這其中主要包含三個部分，分別為操作部分、過程部分以及傳動部分，這三個控制環(huán)節(jié)相互結(jié)合來保證整套系統(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，該線材廠采購了30臺軋機(jī)軋鋼自動控制，其中粗軋機(jī)組6臺，中閘機(jī)組6臺以及其余的精軋機(jī)組。在這30臺的軋機(jī)設(shè)備當(dāng)中，其中前15臺設(shè)備用于微張力的控制，后15臺設(shè)備用于其它控制。操作部分主要是為了完成張力的自動控制和系統(tǒng)的監(jiān)控，在這個部分操作臺能夠?qū)埩刂浦熊垯C(jī)組的狀態(tài)進(jìn)行選擇，也就是通過畫面來對軋機(jī)之間的張力進(jìn)行控制。其中就包括了信號檢測、入口速度檢測、軋機(jī)出口速度檢測以及張力的自動檢測。而過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、邏輯時序聯(lián)動、傳動執(zhí)行速度聯(lián)動和微張力算法的計(jì)算等。而傳動部門主要是為了完成微張力控制機(jī)的傳動以及軋機(jī)的傳動，在此工廠的系統(tǒng)運(yùn)用中主要是通過6RB80設(shè)備直流調(diào)節(jié)速度來完成。

三、軋區(qū)微張力控制的詳細(xì)介紹

1、粗軋區(qū)的控制

對于粗軋區(qū)域的微張力控制來講，由于粗軋機(jī)屬于傳統(tǒng)性質(zhì)，所以對于鋼材來說，在出軋區(qū)上面運(yùn)行的速度是比較慢的，這時候就需要系統(tǒng)去獲取閘鋼時的力度，通過這個力度，來對軋機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。舉例說明：如果第一臺機(jī)架和第二臺機(jī)架是相鄰的機(jī)架，那么在鋼材進(jìn)入到第一機(jī)架后將會測試第一機(jī)架的力度，在鋼材沒有進(jìn)入到第二個機(jī)架之前，鋼材在第一個機(jī)架上面的軋制為自由軋制，所以其對應(yīng)的力矩就是無張力的軋制力矩；所以要以此力度為基準(zhǔn)來調(diào)節(jié)第二個機(jī)架的力度，一旦鋼材進(jìn)入到第二個機(jī)架之后，這樣第一個機(jī)架和第二個機(jī)架之間的關(guān)系就建立起來了，由此通過張力控制系統(tǒng)對第一臺機(jī)架的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，讓第一臺機(jī)架的速度和第二臺的速度處于穩(wěn)定的狀態(tài)，這樣就保證了第一臺機(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，由于軋制的速度會明顯加快，所以必須要采用雙流軋制的方法來對鋼材進(jìn)行軋制，但是一旦采用雙流軋制，那么很難達(dá)到無張力的要求，所以此時就不能采用粗軋區(qū)的調(diào)節(jié)方法來對中軋區(qū)進(jìn)行調(diào)節(jié)，需要設(shè)定一個微張力的指標(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)，就是用來調(diào)整線速度的。因?yàn)樵趯?shí)際的生產(chǎn)過程當(dāng)中，軋輥是有一定的磨損的，也就是隨著生產(chǎn)的時間，軋輥會變得越來越細(xì)，而且隨著磨損的程度不同，速度也會隨之變化，難免會導(dǎo)致機(jī)架之間的張力不能保持一致，這時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)存在的問題

雖然微張力控制系統(tǒng)在高速線材軋制的過程當(dāng)中有很多好處，但是在實(shí)際的生產(chǎn)過程當(dāng)中也出現(xiàn)很多問題。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)距會發(fā)生變化，兩個機(jī)架之間自然而然就會存在推拉關(guān)系。同時由于軋機(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)矩的取樣時間靠近，如果二者之間不夠靠近則會導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩中包含一些非張力形成的干擾信號，容易造成錯誤的調(diào)節(jié)。除此之外，由于每臺機(jī)架之間的信號都是由速度調(diào)節(jié)裝置經(jīng)過高速的網(wǎng)絡(luò)而傳給中控臺的，那么就必須要避免基于信號的干擾。在實(shí)際的應(yīng)用過程當(dāng)中光電管位置偏移或者靈敏度降低等原因都會造成張力控制系統(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，如果操作人員對整套系統(tǒng)的流程不熟悉也會影響正常的壓制。

五、結(jié)束語

微張力控制系統(tǒng)在高速線材軋制過程當(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)來判斷力度的失誤，減少了相關(guān)設(shè)備對工人經(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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