恒张力控制在冷轧开卷机中的应用探讨

陈磊 王刚 盛川野 石磊

摘要：随着我国科技实力的不断增长，我国工业领域呈现出一派欣欣向荣的发展景象，各项生产作业都实现了机械化生产，对各种生产加工机械设备的合理应用，不仅实现了生产效率和产品质量的有效提升，也充分降低了生产一线作业人员的劳动强度，在镀锡工艺生产中，开卷机属于必不可少的机械设备，而且开卷机张力给定的合理性，直接决定着镀锡工艺实施过程中入口区域运行的运行状态，所以，本文就在详细分析开卷机应用恒张力控制积极作用的基础上，着重研究张力控制方法和变频器转矩限幅在间接张力控制中的应用。

关键词：恒张力控制;冷轧开卷机;技术应用

引言

在镀锡工艺流程中，开卷机打开钢卷之后，为带钢提供的张力是否适中，与镀锡入口段能够顺利运行密切相关，如果所张力不足，极易导致带钢受损，反之在张力过大的情况下，在则会对镀锡设备造成某种程度的不良影响，因此，如何保证开卷机能够提高恒定张力，成为镀锡工艺的重点，同时也是镀锡工艺实施的关键，这就需要在开卷机中有效应用恒张力控制，所以相关人员应充分意识到开卷机应用恒张力的重要作用，并针对直接张力控制、间接张力控制以及复合张力控制三种方法进行深入分析。

1冷轧开卷机的恒张力控制作用

为了能够有效的保证产品的质量你自己在加工过程中所涉及的工艺具备良好的稳定性，在使用逆冷轧机以及冷连轧机的过程中都需要做好恒张力控制工作，这是冷轧带钢控制系统中的重要基础性工作。例如较为常见的开卷机或者卷取机都包含有扎机张力控制系统，但是最终应用这些机械设备的过程中所产生的成品则受到张力控制系统精度的影响。所以为了有效的提升产品精度和厚度公差，就需要在卷曲控制系统和开卷控制系统中对恒张力水平加以控制，保证设备在加速或减速的动态变化流程中也能够具备恒定的张力控制机制，需要在系统中增加能够对加减速过程中所产生的动态补偿机制，并能够适用于多种不同的工艺要求，较为常见的张力控制方法会采用直接或间接的张力控制，如何选择张力控制方式应当依据产品工艺的要求来进行选择。传统的张力控制通常会以模拟系统作为基础，但受到模拟系统的偏差使得精确控制水平得不到有效的保障，通过模拟系统进行控制的过程也相对复杂。随着技术的进步以及在控制系统中应用了越来越多的处理器和数字电路，使得传统的直流传动控制技术开始转变为数字控制技术。当前应用较多的微处理器辅以张力控制软件，能够依据不同的产品需求开展动态补偿过程，实现了较好的张力控制水平。

2恒张力控制在冷轧开卷机中的应用

在进行恒张力控制的过程中常常采用闭环和开环两种不同控制类型，闭环控制通常以复合张力控制以及直接和间接张力控制三种方式作为主要的控制流程。而开环控制则需要依据机械设备电机自身所拥有的机械特性，并利用这种特性使用电机来对卷绕机构进行控制，间接的完成了恒张力控制流程。

在众多的恒张力控制流程中，直接整理控制常常简单有效，具体的控制流程通常依赖张力辊以及张力检测和控制部件，首先通过检测设备所产生的检测结果与固定整理值进行对应比较，然后通过张力控制部件发出张力控制信号，完成张力控制流程。采用直接张力控制具备较好的张力控制精度，甚至在可靠的环境与条件下能够实现零误差张力控制，但是这种控制流程的缺点是过于依赖检测部件的精度，如果生产环境对检测部件产生的影响较大，极有可能使得张力控制系统无法发挥出应有的效果。

间接着力控制本身不具备检测部件或原件，其控制机制依赖于物理方式的卷曲机构在运行过程中产生的信号数据，通过对这些数据和信号所对应的物理量指标进行提取，然后对这些物理量展开控制过程实现张力控制的目标。在对物理量进行控制的过程中会依赖多种不同的反馈方法，通过这些反馈机制所获得的各个参数来作为控制参数。该控制系统因为不需要检测元件，使得设备的经济性较好，但这种控制方式的复杂程度高于直接控制系统，并且所获得的控制精度也没有直接张力控制系统的高。

符合整体控制系统以间接张力控制系统作为基础，通过在间接张力控制系统中增加张力闭环，实现了双重张力控制系统，该控制系统能够有效的保证控制精度，同时移植了间接张力控制系统的优势特点，但是采用这种系统需要较高的成本，同时该系统的组织结构更加复杂。

具体的生产过程中间接张力控制是使用最为广泛的张力控制系统，该控制方法的精度与控制器的水平和质量有着直接的联系，较为常见的控制类型为PID控制，其核心原理依赖于偏差控制模式，这是其适用范围较为广泛的主要原因，只需要输入或修改正确的控制参数便能够完成张力控制的调整过程。

3应用变频器进行张力控制

开卷机在使用间接张力控制系统的过程中会使用联动或点动速度控制机制以及正常间接张力控制两种模式。张力辊决定着入口段的带钢运行速度，带钢的运行速度变化与开卷机的速度保持同步，所以如何在入口区进行速度控制成为了整机控制的核心流程，通过变频电机来实现连接控制能够使得开卷机具备稳定的恒张力水平。这也是业内称间接张力控制为恒张力控制系统的主要原因，通过速度调节器来对恒张力参数进行计算，保证了入口段在启动后，生产线的速度高于开卷机速度，实现了带钢的张力控制流程。

4恒张力控制在某冷轧开卷机中的改进

某钢铁厂2019年冷轧镀锡线事故频发，拔起的入口段活套跳辊撕裂了带钢，技术人员对现场PDA监控曲线进行仔细勘验，综合考虑过往事故案例和入口段設备功能状态，事发前开卷机张力短时间内极速拉大到设备设计标准极限之上，飙至40kN，直接导致事故发生，可采取下列措施改进开卷机技术：

（1）带尾长度波动问题改进

监控曲线勘验结果显示，1号张力辊事发前不存在打滑现象，粗糙度检测正常，同时对开卷机和1号张力辊进行编码器检测均无异常，从技术层面看，开卷机速度对带尾长度和卷径计算有直接影响，检测显示来料未卷紧就投入作业，开卷机机速会在某个临界点被瞬时拉慢，卷径变大超过技术允许范围，剩余长度出现相应变化，结合事故原因分析结果，研究决定把剩余长度以及信号丢失延时时间从原来的150m加大到200m，把1秒的Tail延时关断信号加大到2秒，从而把带尾长度异常波动导致Tail信号变化频次过繁带来的危险性降低到可控范围。

（2）Unwinding信号异常问题整改

①对程序進行检测后发现，Tail_flick信号给Tail带来了混乱的限制作用，断尾信号通过光栅信号进行可提高准确性，删除了混乱信号，②Tens_loss信号有潜在的导致Unwinding信号异常的风险，为了降低风险威胁，即使检测显示本次故障Tens_loss信号并未参与，仍在改进时延长了2秒的Tens_loss信号延时，确保其保护功能发挥最大功效。

2019年，镀锡开卷机此类掉张故障平均每月发生2次，其中5次较为严重，造成活套跳辊被拔起，带钢撕裂，平均故障处理时间为3h，严重影响设备稳定性和产量。2020年1月进行整改，在这一年的运行时间里，镀锡开卷机再无此类掉张事故发生，大大提高了产线运行稳定性。设备故障维护时间和产品带出品率减少，年产量增加约四千吨，每年增加经济效益一百七十万元。恒张力控制技术的应用必须以开卷机张力情况分析为依据，本次改进前笔者参与了镀锡入口掉张的故障的综合分析，通过生产流程分析以及对应的设备参数情况综合研究，发现张力不稳定的主要原因就是占位信号丢失，而这一问题的直接原因则是无卷信号系统触发了Unwinding装置，因此导致张力不稳定。而这一问题的根本原因就是生产中带尾信号异常，在开卷机生产中PLC系统有效扫描周期通常为九十五毫秒，而出现问题的时间主要处于带尾信号重新触发以及进行扫描周期转换之间的时间差中，因此必须采取相应的改进措施。

结束语：总之开卷机是冷轧生产线重要设备，而开卷机保持恒定的张力控制是镀锡工艺流程的关键，因此上文主要针对开卷机直接张力控制，间接张力控制和复合张力控制三种控制方法进行了比较细致的分析论述，同时围绕变频器转矩限幅在间接张力控制中的应用展开了一系列研究探讨，希望能对相关企业提供一些参考资料。

参考文献：

[1]赵瑞林，王宗哲.基于转矩控制模式卷纸机收卷恒张力控制系统设计[J].电子设计工程，2017，25（12）：81-84.

[2]陈宏博，杜向党，汪旭海.基于恒张力控制的小型波浪补偿装置的设计与实现[J].机械与电子，2020，38（03）：35-38.

[3]廖黎莉，芮晓光，王传洋，李亚琴.基于智能算法的高速喷气织机恒张力控制技术的研究[J].工业控制计算机，2020，33（05）：115-118.

[4]王永鼎，潘海.基于PDF控制的恒张力绞车控制系统设计与仿真[J].测控技术，2014，33（04）：66-69+74.

[5]郭再泉，黄麟，吴勇.两种恒张力卷绕控制系统的实现方式[J].无锡职业技术学院学报，2008（04）：59-61.

[6]陈涛，马李蕾.恒张力技术在电容器薄膜分切设备中的应用[J].电力电容器与无功补偿，2011，32（05）：56-60.