寶鋼不銹鋼碳鋼酸洗線卷取機張力控制系統建模

貝曉晟

摘 要：冷軋帶鋼卷取是冷軋生產的最后一道工序，卷取質量的好壞，主要取決于卷取機張力控制的精度。本研究課題以寶鋼不銹鋼碳鋼酸洗線建設為背景，為該產線研究開發了一套不依賴張力檢測的間接張力控制系統，其張力控制精度滿足企業生產需要，投資成本大大低于進口設備。

經過研究，本課題總結出了卷取電機轉矩與帶鋼張力的對應關系，把電機轉矩作為控制量，建立了卷取張力間接控制的數學模型。為了對電機轉矩進行控制，本課題還開發出了一種新型的鋼卷直徑簡便測量方法。

關鍵詞：冷軋酸洗；卷取機；間接張力控制

1卷取張力控制系統的基本原理

鋼帶在卷繞過程中，需要根據鋼帶的規格和材料設定不同的張力，而卷取張力控制系統的任務，就是在卷繞過程中，使鋼帶實際張力達到這一設定值并保持恒定，簡稱恒張力控制。

如下圖所示：S1和S2為一組張力輥，圖中可見張力卷取機的卷筒，運行中的帶鋼不斷卷繞在卷筒上面。圖中V1為卷筒上鋼卷最外層的線速度，V2為張力輥表面帶鋼的線速度。如果我們協調控制卷取機和張力輥組的轉速，使得V1和V2不管大小如何，都有一個恒定的差值ΔV，那么卷取過程中帶鋼的張力T就是恒定的，這就是恒張力控制的基本原理。

間接張力控制就是卷取中將張力控制轉化為對其他被控對象的控制，通過控制該對象來實現控制張力的目的。一般選擇卷取力矩來代替張力，因為帶鋼張力是由卷取力矩產生的，改變力矩就能改變張力。如圖1所示，將帶鋼張力化為卷取電機的電磁轉矩Me，就能實現間接張力控制。要計算系統的轉矩，還需要實時測量鋼卷的卷徑。

2卷取張力控制物理量選擇和原理

3卷取過程中的實時卷徑計算

要實現恒張力控制，就要進行電樞電流Id和卷徑D的協調控制，卷取過程中卷徑是持續增加的，必須實時精確測量出鋼卷直徑值。而且隨著鋼卷直徑的變大，卷取機的轉速也必須相應減小，這樣才能維持鋼帶線速度的恒定。卷徑測量計算精確與否，直接關系到張力控制的精度。

本課題采用一種簡單的卷徑計算方法，利用現有的卷取設備就能實現卷徑的計算，且精度可靠，算法簡單，不用添加額外設備。

上圖中的張力輥和卷取機電機都安裝有同軸的脈沖編碼器（PLG），這是目前在閉環調速領域中使用最為廣泛的電機轉速檢測元件。它安裝上通過聯軸器與電機轉子柔性連接，實現與電機同步旋轉，編碼器內部的光柵碼盤旋轉一圈可以產生固定數量的脈沖，利用脈沖增量原理就可以方便的計算出電機的轉速。而系統在運行過程中每處的帶鋼線速度是相同的，即V1=V2，張力輥的卷徑又是已知的，利用這些關系就能方便的計算出卷取機上的鋼卷卷徑。

在系統運行中，只要把這一補償電流值加入電機的電流給定值中，就可以補償系統運行中產生的動態轉矩。

本課題通過建模，得出了被控制量電樞電流與張力的關系，設計出了一種簡便可靠的卷徑計算測量方法，并確定了需要補償的一系列電流值。

參考文獻：

[1]崔麗敬.連續式冷軋卷取張力控制系統研究.河北工業大學，2009.

[2]吳金鵬.卷取機數字控制系統的分析與實現.天津理工大學，2007.