微張力控制在連軋棒材生產(chǎn)中應(yīng)用

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摘 要：現(xiàn)代高速線材軋機(jī)為保證產(chǎn)品尺寸精度，采用微張力及無(wú)張力軋制，以消除軋制過(guò)程中各種動(dòng)態(tài)干擾引起的張力波動(dòng)和由此引起的軋件尺寸波動(dòng)。陽(yáng)春新鋼鐵一棒棒材，粗軋6臺(tái)軋機(jī)，中軋6臺(tái)軋機(jī)均采用微張力軋制，精軋機(jī)采用無(wú)張力軋制。張力是連軋中最活躍的因素，防止張力的消極作用，是連軋中張力控制的關(guān)鍵。 

關(guān)鍵詞：張力；微張力；級(jí)聯(lián)調(diào)速；微張力調(diào)整  中圖分類號(hào)：tu198文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： a 文章編號(hào)：  前言  微張力控制的目的是使中軋機(jī)組各機(jī)架之間的軋件按微小的張力進(jìn)行軋制。微張力控制是保證高速棒線材軋機(jī)順利軋制和提高產(chǎn)品質(zhì)量的必要手段。張力控制是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，高速棒線材一般采用“電流-速度”間接微張力控制法。它的基本思想是：張力的變化是由線材的秒流量差引起的，而調(diào)整軋機(jī)的速度就能改變秒流量，以達(dá)到控制張力的目的。其控制方法同軋機(jī)速度的級(jí)聯(lián)調(diào)節(jié)方向有關(guān)，如果級(jí)聯(lián)速度為逆調(diào)，則需控制各機(jī)架的前張力；如果級(jí)聯(lián)速度為順調(diào)，則需控制各機(jī)架的后張力，即：當(dāng)鋼坯咬入下一機(jī)架后，根據(jù)本機(jī)架同下游機(jī)架之間的堆拉關(guān)系來(lái)調(diào)整下機(jī)架的速度設(shè)定，使本機(jī)架與下機(jī)架之間的張力維持在設(shè)定值。  張力控制的原則  保證軋制的順利進(jìn)行，不能造成堆鋼或拉斷現(xiàn)象；  控制的張力值要使軋件處于穩(wěn)定狀態(tài)的效應(yīng)大于各種外界因素變化引起的不穩(wěn)定效應(yīng)；  應(yīng)使軋件頭中尾尺寸偏差盡可能??；  張力的控制主要靠調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)，調(diào)速必須采用級(jí)聯(lián)調(diào)速的方式。  在實(shí)際實(shí)施中，需要著重解決以下兩個(gè)難點(diǎn)：  無(wú)張力矩的存儲(chǔ)  在本系統(tǒng)中沒(méi)有測(cè)張?jiān)?，微張控制的控制目?biāo)是使軋機(jī)在無(wú)張力矩下軋制。所以，無(wú)張力矩的計(jì)算與存儲(chǔ)就成為微張控制中的關(guān)鍵。無(wú)張力矩是靠軋件的頭部來(lái)確定的。如下圖所示。  當(dāng)軋件進(jìn)入第一機(jī)架，未進(jìn)入第二機(jī)架時(shí)，第一機(jī)架處于無(wú)張軋制狀態(tài)，在進(jìn)入第二機(jī)架前確定第一機(jī)架無(wú)張力矩并記錄。當(dāng)軋件進(jìn)入第二機(jī)架時(shí)，第一機(jī)架的力矩會(huì)由于一、二機(jī)架速度不匹配發(fā)生變化，這時(shí)靠調(diào)節(jié)第二機(jī)架速度，使第一機(jī)架恢復(fù)到記錄下的無(wú)張力矩值。在第一機(jī)架調(diào)節(jié)到無(wú)張力矩后，軋件被第三機(jī)架咬入前，第二機(jī)架處于無(wú)張軋制狀態(tài)，此時(shí)確定第二機(jī)架的無(wú)張力矩并記錄。以此類推至后面機(jī)架。調(diào)整后的機(jī)架之間的速度級(jí)聯(lián)關(guān)系被鎖定，供下一根鋼軋制時(shí)使用。這種自學(xué)習(xí)的控制過(guò)程，通過(guò)幾根軋件軋制后，力求使微張力保持在工藝要求的范圍內(nèi)。  無(wú)張力矩的存儲(chǔ)示意圖  微張參數(shù)計(jì)算  c. 轉(zhuǎn)矩pid調(diào)節(jié)量  a. 定義張力系數(shù)  ：自由軋制無(wú)張力軋制時(shí)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；  實(shí)際軋制過(guò)程中電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。  很明顯，可以看出：  ：n和n+1機(jī)架間拉鋼；：n和n+1機(jī)架間堆鋼。  b. 第i次采樣時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)矩偏差值為：  張力系數(shù)設(shè)定值，由軋制規(guī)程給出。  由于在電機(jī)調(diào)速時(shí),用兩種方式,基速以下,調(diào)節(jié)電樞電壓,基速以上調(diào)節(jié)磁場(chǎng)。因此，力矩的計(jì)算也分開(kāi)進(jìn)行。當(dāng)速度低于基速時(shí)，有力矩公式：  當(dāng)速度高于基數(shù)時(shí)，有力矩公式為  其中：：實(shí)際軋制時(shí)，電機(jī)的電樞電流采樣值；  ：自由軋制時(shí)，電機(jī)的電樞電流采樣值；  ：弱磁點(diǎn)的電機(jī)轉(zhuǎn)速；  ：軋制過(guò)程中弱磁后的電機(jī)轉(zhuǎn)速。  其中，為比例增益，為積分增益，為微分增益，t為采樣周期，為積分時(shí)間，為微分時(shí)間。  d. 速度調(diào)節(jié)量  計(jì)算出的力矩調(diào)節(jié)量不能直接控制線速度的變化，要使之變化成與延伸系數(shù)相匹配的數(shù)值。其速度調(diào)節(jié)量可由下面的式子確定：因?yàn)閺埩ζ钭饔迷陔姍C(jī)上的轉(zhuǎn)矩為：  則張力偏差為：  從而第n機(jī)架的速度調(diào)節(jié)量為：  而第n 機(jī)架的速度設(shè)定量為：    微張力的調(diào)整  當(dāng)發(fā)現(xiàn)機(jī)架間存在較大的張力的時(shí)候，應(yīng)采用級(jí)聯(lián)提高上游機(jī)架速度的方式進(jìn)行消除，視張力大小采用快增或慢增，邊調(diào)整邊觀察，有時(shí)要多觀察幾支鋼再進(jìn)一步調(diào)整。在連軋中因?yàn)閺埩Σ划?dāng)將要發(fā)生堆鋼時(shí)，尾部一般會(huì)起浪，這時(shí)就要降上游機(jī)架的速度，同時(shí)減小上游的張力。當(dāng)數(shù)架間都有較大的張力時(shí)，應(yīng)從上游開(kāi)始消張力，同時(shí)一邊觀察全線的張力情況，防止下游機(jī)架間堆鋼。當(dāng)成品的料形比較理想了，適當(dāng)保留一點(diǎn)張力也是可以的。  實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題  在鋼坯即將進(jìn)入下架軋機(jī)之前和剛進(jìn)入下架軋機(jī)不久，本架軋機(jī)轉(zhuǎn)矩的變化代表兩架之間有推、拉關(guān)系存在。實(shí)際上，一架軋機(jī)轉(zhuǎn)矩在鋼坯進(jìn)入下架軋機(jī)之前和之后的相關(guān)性僅在較短時(shí)間內(nèi)很高。所以，使自由軋制轉(zhuǎn)矩和實(shí)際軋制轉(zhuǎn)矩的取樣時(shí)間盡量靠近，同時(shí)掌握實(shí)際軋制轉(zhuǎn)矩的取樣和微張力調(diào)節(jié)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間，以保證使轉(zhuǎn)矩信號(hào)在高相關(guān)性時(shí)把微張力控制完成。另外，由于每臺(tái)軋機(jī)的各種信號(hào)由調(diào)速裝置經(jīng)高速通訊網(wǎng)絡(luò)傳給plc，由調(diào)速裝置送來(lái)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)需濾除由速度控制所產(chǎn)生的高頻干擾信號(hào)。濾波時(shí)間常數(shù)應(yīng)根據(jù)軋機(jī)的線速度和軋機(jī)之間距離計(jì)算確定。雖然濾波時(shí)間常數(shù)越大或plc控制程序中濾波平均次數(shù)越多所得到的轉(zhuǎn)矩信號(hào)越平穩(wěn)，但得到的轉(zhuǎn)矩信號(hào)的延遲也越大。并且，若濾波平均次數(shù)過(guò)多，還會(huì)較大地降低程序的運(yùn)行速度，影響微張力控制效果。反之，同樣得不到好的微張力控制效果。所以，微張力的調(diào)整和使用要求是很高的。 應(yīng)用中，造成影響粗軋區(qū)微張力控制的因素是多樣的。主要有：:機(jī)架前、后的熱金屬檢查器位置偏移、或者損壞、靈敏度降低等原因造成輥道上軋件定位跟蹤的偏差或錯(cuò)誤;電機(jī)過(guò)流導(dǎo)致的無(wú)法軋制;后繼工藝堆鋼、拉鋼。  結(jié)束語(yǔ)  由于采用了微張力控制，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和成材率，經(jīng)過(guò)一年多的生產(chǎn)實(shí)踐證明，采用微張力控制模型對(duì)于產(chǎn)品的成材率和合格率都是非常有益的。  參考文獻(xiàn):  黎景全編著.軋制工藝參數(shù)測(cè)試技術(shù)（第三版）. 北京：冶金工業(yè)出版社，2007.  曲克主編.軋鋼工藝學(xué)。北京：冶金工業(yè)出版社，1991.  趙剛等編.軋制過(guò)程的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 北京：冶金工業(yè)出版社，2002.  注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以pdf形式查看。