微張力控制在高速線材軋制過程中的應用

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中由于線材粗細不同、溫度不均勻等情況會造成高速線材和機架之間的速度不勻稱，這就會導致某些高速線材出現拉鋼、堆鋼等情況。為了避免出現這一系列的情況，可以采用微張力控制系統來保證高速線材軋制過程當中的自動控制，本文作者主要探討了微張力控制在高速線材軋制過程當中的應用。

關鍵詞：微張力；控制；高速線材；應用

引言：微張力控制系統實際上是利用在工業上的控制系統，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參數來對高速線材軋制的轉速和溫度進行控制。微張力控制系統通過自動控制來實現設備轉速的調節，實現張力的改變，在高速線材軋制的過程當中避免出現拉鋼和堆鋼的情況。

一、微張力控制系統的思想

微張力的控制原理實際上就是通過上游和下游兩個機架之間電機的電流進行控制，并且通過電子計算機來對控制的電流進行存儲，從而讓計算機把電流自動化轉化成主電機的動力，隨后再通過設定一定的張力，讓設定的張力和給定值具有一定的偏差，再對上游機架的速度進行調節，通過調節速度來保證兩個機架之間的速度關系，這樣便實現了微張力的控制。對于微張力的控制來講，其關鍵是要精確計算出兩個軋機之間的力度，當鋼鐵進入上游軋機之后，沒有傳送到下架的軋機時系統所計算出來的力度就是本軋機的力矩。當鋼鐵進入到下游軋機時，那么將會重新計算，得到新的力矩，這兩者之間的差便是軋機的張力力矩。這個值如果是正數，那么表示機架之間堆鋼；如果這個值為負值，那么就證明機架之間拉鋼。只有讓張力力矩保持在一定范圍之內，才能保證不出現拉鋼和堆鋼的情況。微張力控制系統就是為了保證上游機架和下游機架之間的速度平衡來讓軋機的張力控制在一定程度內來保證速度的均勻。同樣的道理如果出現多個機架，其原理是一樣的。除此之外，微張力控制系統有自主學習的過程，這個過程舉例來說是如下情況：比如當鋼鐵進入到第一個軋機時，還沒有進入第二個軋機，那么第一個軋機的狀態為無張力狀態。當鋼鐵進入到第二個軋機，那么在第二個軋機時，第一個軋機由于二者的力度不匹配而改變第一個軋機的速度力矩，這時候就需要改變第二個軋機的無張力矩值讓第一個軋機恢復到之前的無張力矩值；同樣的道理，當鋼鐵運送到第三個軋機時，第二個軋機也會由于和第三個軋機速度不匹配而改變，這時候調節第三個軋機來讓第二個軋機速度回復，以此類推。當所有的機架軋機都學習之后，便能保證所有的軋機都在一定的速度，這就是微張力的自主學習系統，能讓所有的機架軋機都保持在工藝要求的范圍之內。

二、微張力控制硬件的組成

一般來說，微張力的控制系統采用工業以太網和現場總線控制的方式進行組成的，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，這三個控制環節相互結合來保證整套系統的正常運行。為了更清晰地理解微張力控制系統的組成，本文作者以某高速線材廠進行簡要介紹。某高速線材廠建于2008年，主要生產規格為5.5到10毫米的光面鋼材和螺紋鋼鋼材，其設備需要的速度為110米/秒，最高的速度為125米/秒，該線材廠采購了30臺軋機軋鋼自動控制，其中粗軋機組6臺，中閘機組6臺以及其余的精軋機組。在這30臺的軋機設備當中，其中前15臺設備用于微張力的控制，后15臺設備用于其它控制。操作部分主要是為了完成張力的自動控制和系統的監控，在這個部分操作臺能夠對張力控制中軋機組的狀態進行選擇，也就是通過畫面來對軋機之間的張力進行控制。其中就包括了信號檢測、入口速度檢測、軋機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的設備，主要用于完成微張力的物件跟蹤、邏輯時序聯動、傳動執行速度聯動和微張力算法的計算等。而傳動部門主要是為了完成微張力控制機的傳動以及軋機的傳動，在此工廠的系統運用中主要是通過6RB80設備直流調節速度來完成。

三、軋區微張力控制的詳細介紹

1、粗軋區的控制

對于粗軋區域的微張力控制來講，由于粗軋機屬于傳統性質，所以對于鋼材來說，在出軋區上面運行的速度是比較慢的，這時候就需要系統去獲取閘鋼時的力度，通過這個力度，來對軋機的速度進行調節。舉例說明：如果第一臺機架和第二臺機架是相鄰的機架，那么在鋼材進入到第一機架后將會測試第一機架的力度，在鋼材沒有進入到第二個機架之前，鋼材在第一個機架上面的軋制為自由軋制，所以其對應的力矩就是無張力的軋制力矩；所以要以此力度為基準來調節第二個機架的力度，一旦鋼材進入到第二個機架之后，這樣第一個機架和第二個機架之間的關系就建立起來了，由此通過張力控制系統對第一臺機架的速度進行調節，讓第一臺機架的速度和第二臺的速度處于穩定的狀態，這樣就保證了第一臺機架的電流恢復到最初的基準值。

2、中軋區的控制

當鋼材進入到中軋區之后，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行軋制，但是一旦采用雙流軋制，那么很難達到無張力的要求，所以此時就不能采用粗軋區的調節方法來對中軋區進行調節，需要設定一個微張力的指標，比如中軋區的張力為1.5%，將指標設定之后，軋機的線速度就能夠進行計算。而微張力的控制系統，就是用來調整線速度的。因為在實際的生產過程當中，軋輥是有一定的磨損的，也就是隨著生產的時間，軋輥會變得越來越細，而且隨著磨損的程度不同，速度也會隨之變化，難免會導致機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，根據實際軋輥的磨損程度和力度對線速度進行調節，始終讓機架之間的張力保持在一個穩定的狀態，這樣便能夠實現中軋區的微張力控制。

四、實際生產中微張力控制系統存在的問題

雖然微張力控制系統在高速線材軋制的過程當中有很多好處，但是在實際的生產過程當中也出現很多問題。在鋼材從第一架軋機進入到第二架軋機之后，那么第一架軋機的轉距會發生變化，兩個機架之間自然而然就會存在推拉關系。同時由于軋機在鋼材進入之前和之后的相關性僅在比較短的時間內有效，所以要盡量保證自由軋制的轉距和實際轉矩的取樣時間靠近，如果二者之間不夠靠近則會導致轉矩中包含一些非張力形成的干擾信號，容易造成錯誤的調節。除此之外，由于每臺機架之間的信號都是由速度調節裝置經過高速的網絡而傳給中控臺的，那么就必須要避免基于信號的干擾。在實際的應用過程當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不準確，同樣微張力控制系統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的流程不熟悉也會影響正常的壓制。

五、結束語

微張力控制系統在高速線材軋制過程當中的應用是十分廣泛的，其能夠保證鋼材在機架之間運行速度的平穩，能夠發揮其最大的優點來保證鋼材的軋制。微張力控制系統的出現大大提高了工廠生產線材的效率，能夠避免由傳統工人的經驗來判斷力度的失誤，減少了相關設備對工人經驗的依賴性。但是微張力控制系統仍然需要不斷的優化、不斷改進，從各方面進行提高，主要是其安全性和可靠性，進一步適應我國鋼材軋制的生產流程，保障生產的效率和工廠的效益。

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