微張力控制在連軋棒材生產中應用

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摘 要：現(xiàn)代高速線材軋機為保證產品尺寸精度，采用微張力及無張力軋制，以消除軋制過程中各種動態(tài)干擾引起的張力波動和由此引起的軋件尺寸波動。陽春新鋼鐵一棒棒材，粗軋6臺軋機，中軋6臺軋機均采用微張力軋制，精軋機采用無張力軋制。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鍵。 

關鍵詞：張力；微張力；級聯(lián)調速；微張力調整  中圖分類號：tu198文獻標識碼： a 文章編號：  前言  微張力控制的目的是使中軋機組各機架之間的軋件按微小的張力進行軋制。微張力控制是保證高速棒線材軋機順利軋制和提高產品質量的必要手段。張力控制是一個復雜的過程，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，而調整軋機的速度就能改變秒流量，以達到控制張力的目的。其控制方法同軋機速度的級聯(lián)調節(jié)方向有關，如果級聯(lián)速度為逆調，則需控制各機架的前張力；如果級聯(lián)速度為順調，則需控制各機架的后張力，即：當鋼坯咬入下一機架后，根據本機架同下游機架之間的堆拉關系來調整下機架的速度設定，使本機架與下機架之間的張力維持在設定值。  張力控制的原則  保證軋制的順利進行，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)的效應大于各種外界因素變化引起的不穩(wěn)定效應；  應使軋件頭中尾尺寸偏差盡可能小；  張力的控制主要靠調速來實現(xiàn)，調速必須采用級聯(lián)調速的方式。  在實際實施中，需要著重解決以下兩個難點：  無張力矩的存儲  在本系統(tǒng)中沒有測張元件，微張控制的控制目標是使軋機在無張力矩下軋制。所以，無張力矩的計算與存儲就成為微張控制中的關鍵。無張力矩是靠軋件的頭部來確定的。如下圖所示。  當軋件進入第一機架，未進入第二機架時，第一機架處于無張軋制狀態(tài)，在進入第二機架前確定第一機架無張力矩并記錄。當軋件進入第二機架時，第一機架的力矩會由于一、二機架速度不匹配發(fā)生變化，這時靠調節(jié)第二機架速度，使第一機架恢復到記錄下的無張力矩值。在第一機架調節(jié)到無張力矩后，軋件被第三機架咬入前，第二機架處于無張軋制狀態(tài)，此時確定第二機架的無張力矩并記錄。以此類推至后面機架。調整后的機架之間的速度級聯(lián)關系被鎖定，供下一根鋼軋制時使用。這種自學習的控制過程，通過幾根軋件軋制后，力求使微張力保持在工藝要求的范圍內。  無張力矩的存儲示意圖  微張參數計算  c. 轉矩pid調節(jié)量  a. 定義張力系數  ：自由軋制無張力軋制時電機輸出轉矩；  實際軋制過程中電機輸出轉矩。  很明顯，可以看出：  ：n和n+1機架間拉鋼；：n和n+1機架間堆鋼。  b. 第i次采樣時的電機轉矩偏差值為：  張力系數設定值，由軋制規(guī)程給出。  由于在電機調速時,用兩種方式,基速以下,調節(jié)電樞電壓,基速以上調節(jié)磁場。因此，力矩的計算也分開進行。當速度低于基速時，有力矩公式：  當速度高于基數時，有力矩公式為  其中：：實際軋制時，電機的電樞電流采樣值；  ：自由軋制時，電機的電樞電流采樣值；  ：弱磁點的電機轉速；  ：軋制過程中弱磁后的電機轉速。  其中，為比例增益，為積分增益，為微分增益，t為采樣周期，為積分時間，為微分時間。  d. 速度調節(jié)量  計算出的力矩調節(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相匹配的數值。其速度調節(jié)量可由下面的式子確定：因為張力偏差作用在電機上的轉矩為：  則張力偏差為：  從而第n機架的速度調節(jié)量為：  而第n 機架的速度設定量為：    微張力的調整  當發(fā)現(xiàn)機架間存在較大的張力的時候，應采用級聯(lián)提高上游機架速度的方式進行消除，視張力大小采用快增或慢增，邊調整邊觀察，有時要多觀察幾支鋼再進一步調整。在連軋中因為張力不當將要發(fā)生堆鋼時，尾部一般會起浪，這時就要降上游機架的速度，同時減小上游的張力。當數架間都有較大的張力時，應從上游開始消張力，同時一邊觀察全線的張力情況，防止下游機架間堆鋼。當成品的料形比較理想了，適當保留一點張力也是可以的。  實際應用中存在的問題  在鋼坯即將進入下架軋機之前和剛進入下架軋機不久，本架軋機轉矩的變化代表兩架之間有推、拉關系存在。實際上，一架軋機轉矩在鋼坯進入下架軋機之前和之后的相關性僅在較短時間內很高。所以，使自由軋制轉矩和實際軋制轉矩的取樣時間盡量靠近，同時掌握實際軋制轉矩的取樣和微張力調節(jié)過程的持續(xù)時間，以保證使轉矩信號在高相關性時把微張力控制完成。另外，由于每臺軋機的各種信號由調速裝置經高速通訊網絡傳給plc，由調速裝置送來的轉矩信號需濾除由速度控制所產生的高頻干擾信號。濾波時間常數應根據軋機的線速度和軋機之間距離計算確定。雖然濾波時間常數越大或plc控制程序中濾波平均次數越多所得到的轉矩信號越平穩(wěn)，但得到的轉矩信號的延遲也越大。并且，若濾波平均次數過多，還會較大地降低程序的運行速度，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，微張力的調整和使用要求是很高的。 應用中，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誤;電機過流導致的無法軋制;后繼工藝堆鋼、拉鋼。  結束語  由于采用了微張力控制，大大提高了產品的質量和成材率，經過一年多的生產實踐證明，采用微張力控制模型對于產品的成材率和合格率都是非常有益的。  參考文獻:  黎景全編著.軋制工藝參數測試技術（第三版）. 北京：冶金工業(yè)出版社，2007.  曲克主編.軋鋼工藝學。北京：冶金工業(yè)出版社，1991.  趙剛等編.軋制過程的計算機控制系統(tǒng) 北京：冶金工業(yè)出版社，2002.  注：文章內所有公式及圖表請以pdf形式查看。