探討冷軋電氣張力控制技術

朱國慶 李銳 張鵬

摘? 要：在鋼鐵企業日常生產中，會應用到冷軋這一工藝，冷軋工藝在軋制環節能夠發揮重要作用。在電氣控制自動化程度不斷加深的背景下，鋼鐵企業越來越注重冷軋電氣張力控制工作開展。張力調節可對生產板材厚度和位置進行控制，由此獲得良好的生產效果?；诖?，本文首先分析電氣控制系統自動化設計需求，主要對冷軋電氣控制的張力控制意義進行分析，分析張力波動的影響因素，提出張力控制策略，以供參考。

關鍵詞：冷軋工藝;電氣控制;張力控制;鋼鐵企業

在冷軋生產線中，有較高張力控制精度要求的區域一般會設置張力計，通過張力計的檢測信號來實時反饋張力信息，通過張力控制方法調節帶鋼張力。直接張力控制屬于閉環控制，有較高的張力控制精度，能夠實現無靜態誤差，但是其也存在一定缺陷，例如張力控制精度對于張力檢測信號精度有依賴性。外部因素極易干擾張力檢測信號，從而為了提升張力的控制精度，需要去除干擾張力檢測信號，采取合理的張力控制技術，為板材鋼軋制提供良好的條件。

一、冷軋電氣控制系統自動化設計需求

當前冷軋工業生產朝著智能化以及自動化方向發展，主要是一種性能較高的板材加工工藝，其能夠滿足人們生產生活中對厚度不同、版形不同的板材需求，電氣控制實現自動化的發展，對于其功能實現具有決定性作用。在設計電氣自動化控制系統時，應該滿足功能性和非功能性等需求。而功能性需求主要指的是：（1）結合生產加工需求，設定冷軋生產參數，落實四輥冷軋工藝流程，對厚度不同的板材進行加工。冷軋生產流程中需要將人機交互完成，可以在三種情況下進行作業，主要是人工、半人工、無人[1]。（2）冷軋工藝中設定自動報警功能，并且實現自我診斷與保護。如果在冷軋過程中出現生產故障時，其可以及時發出警報，以停止作業的形式響應警，將廢料產出減少，避免對整個生產流程造成影響。而非功能性需求指的是：（1）系統應具備集成性，系統之中有獨立設備、信息元素和功能模塊，三者可形成有機統一整體，保證進行集中控制;（2）有著較為簡易的硬件構成和軟件設計，容易調試，有利于功能拓展;（3）可以保證系統運行的穩定性，使出錯率降低，生產效率也將隨之提升。

目前冷軋電氣控制自動化系統中廣泛應用PLC技術，其具有非常大優勢，屬于數學運算操作電子系統，能夠充分體現工業生產的智能化、自動化，與現階段先進通訊技術以及計算機技術相結合。PLC技術運用編輯存儲器進行數學運算，同時以模擬式以及數字式輸入、輸出，對各類機械以及生產過程進行控制。電氣控制自動化系統中PLC技術的應用具有明顯優勢，可滿足系統設計功能性以及非功能性需求。主要原因有以下幾點：（1）其應用單片機形式，有著較高集成度。也會將PLC機體積與重量減少，并且具有電路自我診斷和自我保護功能，可以保證運行的穩定性;（2）PLC技術有著較為簡單的編程語言，采用少量命令語句能夠編寫程序，因此拓展更具便捷性，可運用不同組合調整相應功能。（3）輸入以及輸出功能模塊較為完整，針對不同工業生產器件形成的信號，將指令完成。

二、冷軋電氣張力控制的意義

（一）降低設備負荷

應用冷軋工藝進行生產時，其張力變化對板材變形區應力狀態造成影響，使其出現一定的變化，降低板材鋼的縱向壓力，進而會降低板材鋼的軋制壓力以及變形抗力，由此大幅降低相關設備運轉能耗。前后張力會使軋制力矩產生變化，如果前張力比后張力大時，將會增大道次加工率，同時能夠降低主電機負荷。

（二）板材鋼厚度有效控制

彈跳方程指的是軋制壓力P或者是剛度系數K與軋輥輥縫S相加等于軋出厚度H，這意味著冷軋出板材鋼厚度會受到軋制壓力影響[2]。因此，對軋制壓力進行改變能夠控制軋出厚度，而通過張力控制就能夠改變軋制壓力，由此證明冷軋電氣張力控制能夠對板材鋼厚度進行有效控制。

（三）避免板材鋼跑偏

對板材鋼生產穩定性造成影響的因素比較多，主要體現在冷軋工藝及其流程的精密度、穩定性以及板材的均勻程度等方面。因為冷軋工藝會受到很多因素的影響產生各種各樣的問題，冷軋板材鋼跑偏是其中最常見的問題。對于板材鋼跑偏問題，現階段常用解決措施是偏導輥增加以及開卷對中等，但是這兩種措施具有較為明顯的局限性。實力調節張力值，能夠保證張力穩定性，調整冷軋跑偏問題，存在反應迅速和無時滯等優勢，屬于一種比較有效的調整方法。

（四）成品尺寸有效控制

板材鋼版形以及尺寸是衡量其質量的重要指標，產生的原因主要是板材鋼殘余應力超出拉應力，從而可通過對冷軋工藝進行張力控制，保證張力穩定，使沿板材鋼寬度向上的拉力比允許拉應力低，保持板材鋼版形以及尺寸。

三、引發張力波動的因素

如果板材鋼的厚度比較小，需要將軋制力降低，反之，如果板材鋼的厚度較大，需要將軋制力提升。在這樣情況下，胚料厚度如果出現變化，那么將改變軋制的帶材厚度，軋機速度將會改變其張力波動狀態。在軋制速度改變的情況下，會不斷調整工作輥與帶材之間的摩擦力，這將影響冷軋張力，使其出現波動異常情況，板材線速度以及卷料直徑更改，加上設備機械有損耗問題出現、機械傳動系統慣性改變，都會對冷軋電氣張力波動產生影響。

四、冷軋電力控制中張力控制策略

（一）張力偏差測量

張力計由一個電子裝置和兩個壓頭所構成，壓頭屬于焊接剛裝置，主要包括垂直類和水平類壓頭。板材鋼以相應包角通過測張輥時，板材鋼張力能夠形成兩個分量，分別是垂直方向分量和水平方向分量[3]。使用水平類壓頭以及垂直類壓頭，可以測量水平分力以及垂直分力。對輥以及板材鋼包角進行測量，可以計算出板材鋼張力。板材鋼總張力可以通過操作側結合驅動側的測頭壓力進行計算，計算板材鋼張力偏差的方法為：操作側板材鋼張力減去驅動側板材鋼張力、板材鋼實際寬度乘以其實際厚度這兩者相乘。

（二）動態補償法

應用間接張力控制法時，需要保證張力控制精準度。為將張力控制精確性提升，需要對冷軋過程中機械設備固有摩擦力和改變運轉速度時產生的轉動慣量影響轉矩狀況進行充分考慮。實際運行中，需要注重動態轉矩以及空載轉矩，為保證冷軋流程的卷繞張力恒定，應在幾方面開展科學控制電動機電流，指的是冷軋工藝中電動機的動態補償電流、空載補償電流以及張力電流。

（三）直接與間接張力控制

直接張力控制指的是對設備上安裝的摩擦輪壓力進行控制，同時控制設備上安裝磁粉制動器的線圈電流，由此產生設備需要的張力。應用這一模式的優勢是張力穩定性較強、投資金額低，但是同時具備調節精度差、操作較為復雜的缺陷。應用間接張力控制方法來控制張力，主要是對與張力有關的電氣量進行控制。

（四）自動調節張力偏差

為避免操作者進行多次調解和將偏差調節響應速度提升，需要工藝電氣技術人員在其中加入自動調節張力偏差的功能。為了保證該工程的便捷性，在人機接口假設操作按鈕，操作者即可根據現場實際狀態，對該功能是否投入運行做出合理抉擇。對輥縫傾斜進行自動調節的根據是張力計輥的傳動側、操作側存在的張應力偏差值，其中需選擇10個反饋信號，通過移位寄存方式求和后計算出平均值。短時間內計算，不會使控制過程有滯后問題出現，若張應力偏差范圍為-0.6～0.6MPa，無需進行傾斜調整，因此傾斜調整死區即為±0.6MPa。正常軋鋼時，若是兩側軋制力的偏差處于2300kN以上，將有警報發出[4]。

（五）系統智能控制

使用軋機液壓壓下系統的智能控制技術，其智能控制系統的核心就是高層組織級，其能夠解決環境過程組織、決策中存在的控制問題，控制分層次的信息交換以及運行狀態。在該智能控制系統中應用模糊控制系統，可以進行人類推理和經驗模擬，與軋制工藝下液壓壓下系統結合應用，同時使用分辨率高、精度高的位移傳感器。對模糊控制器進行設計和應用時，需要充分發揮出動態性能，只有模糊控制器的質量較高時，才能夠使被控系統實現目標，降低超調以及震蕩[5]。除此之外，應用智能控制技術時，能夠處理其中不確定的問題，對于數學解析式也很難描述的液壓伺服系統，能夠運用神經網絡技術來控制，以此達到相應目標。

結束語

在冷軋電氣控制中合理應用張力控制，不僅能夠節省勞動力，還能夠將冷軋工藝的穩定程度提升，冷軋過程中的高速斷帶情況明顯減少。未來發展中，應該科學運用自動化調偏技術，使其朝著更加智能化、先進化方向發展，確保冷軋背景下電力控制中張力控制有效性，由此提升冷軋工藝的綜合水平。

參考文獻：

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[2]宋軍.冷軋生產線中張力檢測信號的處理方法[J].冶金自動化，2018， 42（01）：54-57+61.

[3]徐鶴賢.冷軋鋼帶張力及其控制工藝探討[J].特鋼技術，2001（03）： 12-17.

[4]張潔露，章亞青，陳振國，甘曉琴.冷軋拉矯機電氣控制技術[J].中國冶金，2017，27（09）：67-69.

[5]吳樹清.濾棒成型機絲束恒張力控制系統的設計[J].煙草科技，2020， 53（09）：100-103.