恒張力控制在冷軋開卷機中的應用探討

陳磊 王剛 盛川野 石磊

摘要：隨著我國科技實力的不斷增長，我國工業領域呈現出一派欣欣向榮的發展景象，各項生產作業都實現了機械化生產，對各種生產加工機械設備的合理應用，不僅實現了生產效率和產品質量的有效提升，也充分降低了生產一線作業人員的勞動強度，在鍍錫工藝生產中，開卷機屬于必不可少的機械設備，而且開卷機張力給定的合理性，直接決定著鍍錫工藝實施過程中入口區域運行的運行狀態，所以，本文就在詳細分析開卷機應用恒張力控制積極作用的基礎上，著重研究張力控制方法和變頻器轉矩限幅在間接張力控制中的應用。

關鍵詞：恒張力控制;冷軋開卷機;技術應用

引言

在鍍錫工藝流程中，開卷機打開鋼卷之后，為帶鋼提供的張力是否適中，與鍍錫入口段能夠順利運行密切相關，如果所張力不足，極易導致帶鋼受損，反之在張力過大的情況下，在則會對鍍錫設備造成某種程度的不良影響，因此，如何保證開卷機能夠提高恒定張力，成為鍍錫工藝的重點，同時也是鍍錫工藝實施的關鍵，這就需要在開卷機中有效應用恒張力控制，所以相關人員應充分意識到開卷機應用恒張力的重要作用，并針對直接張力控制、間接張力控制以及復合張力控制三種方法進行深入分析。

1冷軋開卷機的恒張力控制作用

為了能夠有效的保證產品的質量你自己在加工過程中所涉及的工藝具備良好的穩定性，在使用逆冷軋機以及冷連軋機的過程中都需要做好恒張力控制工作，這是冷軋帶鋼控制系統中的重要基礎性工作。例如較為常見的開卷機或者卷取機都包含有扎機張力控制系統，但是最終應用這些機械設備的過程中所產生的成品則受到張力控制系統精度的影響。所以為了有效的提升產品精度和厚度公差，就需要在卷曲控制系統和開卷控制系統中對恒張力水平加以控制，保證設備在加速或減速的動態變化流程中也能夠具備恒定的張力控制機制，需要在系統中增加能夠對加減速過程中所產生的動態補償機制，并能夠適用于多種不同的工藝要求，較為常見的張力控制方法會采用直接或間接的張力控制，如何選擇張力控制方式應當依據產品工藝的要求來進行選擇。傳統的張力控制通常會以模擬系統作為基礎，但受到模擬系統的偏差使得精確控制水平得不到有效的保障，通過模擬系統進行控制的過程也相對復雜。隨著技術的進步以及在控制系統中應用了越來越多的處理器和數字電路，使得傳統的直流傳動控制技術開始轉變為數字控制技術。當前應用較多的微處理器輔以張力控制軟件，能夠依據不同的產品需求開展動態補償過程，實現了較好的張力控制水平。

2恒張力控制在冷軋開卷機中的應用

在進行恒張力控制的過程中常常采用閉環和開環兩種不同控制類型，閉環控制通常以復合張力控制以及直接和間接張力控制三種方式作為主要的控制流程。而開環控制則需要依據機械設備電機自身所擁有的機械特性，并利用這種特性使用電機來對卷繞機構進行控制，間接的完成了恒張力控制流程。

在眾多的恒張力控制流程中，直接整理控制常常簡單有效，具體的控制流程通常依賴張力輥以及張力檢測和控制部件，首先通過檢測設備所產生的檢測結果與固定整理值進行對應比較，然后通過張力控制部件發出張力控制信號，完成張力控制流程。采用直接張力控制具備較好的張力控制精度，甚至在可靠的環境與條件下能夠實現零誤差張力控制，但是這種控制流程的缺點是過于依賴檢測部件的精度，如果生產環境對檢測部件產生的影響較大，極有可能使得張力控制系統無法發揮出應有的效果。

間接著力控制本身不具備檢測部件或原件，其控制機制依賴于物理方式的卷曲機構在運行過程中產生的信號數據，通過對這些數據和信號所對應的物理量指標進行提取，然后對這些物理量展開控制過程實現張力控制的目標。在對物理量進行控制的過程中會依賴多種不同的反饋方法，通過這些反饋機制所獲得的各個參數來作為控制參數。該控制系統因為不需要檢測元件，使得設備的經濟性較好，但這種控制方式的復雜程度高于直接控制系統，并且所獲得的控制精度也沒有直接張力控制系統的高。

符合整體控制系統以間接張力控制系統作為基礎，通過在間接張力控制系統中增加張力閉環，實現了雙重張力控制系統，該控制系統能夠有效的保證控制精度，同時移植了間接張力控制系統的優勢特點，但是采用這種系統需要較高的成本，同時該系統的組織結構更加復雜。

具體的生產過程中間接張力控制是使用最為廣泛的張力控制系統，該控制方法的精度與控制器的水平和質量有著直接的聯系，較為常見的控制類型為PID控制，其核心原理依賴于偏差控制模式，這是其適用范圍較為廣泛的主要原因，只需要輸入或修改正確的控制參數便能夠完成張力控制的調整過程。

3應用變頻器進行張力控制

開卷機在使用間接張力控制系統的過程中會使用聯動或點動速度控制機制以及正常間接張力控制兩種模式。張力輥決定著入口段的帶鋼運行速度，帶鋼的運行速度變化與開卷機的速度保持同步，所以如何在入口區進行速度控制成為了整機控制的核心流程，通過變頻電機來實現連接控制能夠使得開卷機具備穩定的恒張力水平。這也是業內稱間接張力控制為恒張力控制系統的主要原因，通過速度調節器來對恒張力參數進行計算，保證了入口段在啟動后，生產線的速度高于開卷機速度，實現了帶鋼的張力控制流程。

4恒張力控制在某冷軋開卷機中的改進

某鋼鐵廠2019年冷軋鍍錫線事故頻發，拔起的入口段活套跳輥撕裂了帶鋼，技術人員對現場PDA監控曲線進行仔細勘驗，綜合考慮過往事故案例和入口段設備功能狀態，事發前開卷機張力短時間內極速拉大到設備設計標準極限之上，飆至40kN，直接導致事故發生，可采取下列措施改進開卷機技術：

（1）帶尾長度波動問題改進

監控曲線勘驗結果顯示，1號張力輥事發前不存在打滑現象，粗糙度檢測正常，同時對開卷機和1號張力輥進行編碼器檢測均無異常，從技術層面看，開卷機速度對帶尾長度和卷徑計算有直接影響，檢測顯示來料未卷緊就投入作業，開卷機機速會在某個臨界點被瞬時拉慢，卷徑變大超過技術允許范圍，剩余長度出現相應變化，結合事故原因分析結果，研究決定把剩余長度以及信號丟失延時時間從原來的150m加大到200m，把1秒的Tail延時關斷信號加大到2秒，從而把帶尾長度異常波動導致Tail信號變化頻次過繁帶來的危險性降低到可控范圍。

（2）Unwinding信號異常問題整改

①對程序進行檢測后發現，Tail_flick信號給Tail帶來了混亂的限制作用，斷尾信號通過光柵信號進行可提高準確性，刪除了混亂信號，②Tens_loss信號有潛在的導致Unwinding信號異常的風險，為了降低風險威脅，即使檢測顯示本次故障Tens_loss信號并未參與，仍在改進時延長了2秒的Tens_loss信號延時，確保其保護功能發揮最大功效。

2019年，鍍錫開卷機此類掉張故障平均每月發生2次，其中5次較為嚴重，造成活套跳輥被拔起，帶鋼撕裂，平均故障處理時間為3h，嚴重影響設備穩定性和產量。2020年1月進行整改，在這一年的運行時間里，鍍錫開卷機再無此類掉張事故發生，大大提高了產線運行穩定性。設備故障維護時間和產品帶出品率減少，年產量增加約四千噸，每年增加經濟效益一百七十萬元。恒張力控制技術的應用必須以開卷機張力情況分析為依據，本次改進前筆者參與了鍍錫入口掉張的故障的綜合分析，通過生產流程分析以及對應的設備參數情況綜合研究，發現張力不穩定的主要原因就是占位信號丟失，而這一問題的直接原因則是無卷信號系統觸發了Unwinding裝置，因此導致張力不穩定。而這一問題的根本原因就是生產中帶尾信號異常，在開卷機生產中PLC系統有效掃描周期通常為九十五毫秒，而出現問題的時間主要處于帶尾信號重新觸發以及進行掃描周期轉換之間的時間差中，因此必須采取相應的改進措施。

結束語：總之開卷機是冷軋生產線重要設備，而開卷機保持恒定的張力控制是鍍錫工藝流程的關鍵，因此上文主要針對開卷機直接張力控制，間接張力控制和復合張力控制三種控制方法進行了比較細致的分析論述，同時圍繞變頻器轉矩限幅在間接張力控制中的應用展開了一系列研究探討，希望能對相關企業提供一些參考資料。

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