微张力控制在高速线材轧制过程中的应用

黄海龙 边晓亮 付鹏 张翠端 高磊

摘 要：很多高速线材在轧制的过程当中由于线材粗细不同、温度不均匀等情况会造成高速线材和机架之间的速度不匀称，这就会导致某些高速线材出现拉钢、堆钢等情况。为了避免出现这一系列的情况，可以采用微张力控制系统来保证高速线材轧制过程当中的自动控制，本文作者主要探讨了微张力控制在高速线材轧制过程当中的应用。

关键词：微张力；控制；高速线材；应用

引言：微张力控制系统实际上是利用在工业上的控制系统，随后通过电子控制电流和速度的原理以及修改张力的相关参数来对高速线材轧制的转速和温度进行控制。微张力控制系统通过自动控制来实现设备转速的调节，实现张力的改变，在高速线材轧制的过程当中避免出现拉钢和堆钢的情况。

一、微张力控制系统的思想

微张力的控制原理实际上就是通过上游和下游两个机架之间电机的电流进行控制，并且通过电子计算机来对控制的电流进行存储，从而让计算机把电流自动化转化成主电机的动力，随后再通过设定一定的张力，让设定的张力和给定值具有一定的偏差，再对上游机架的速度进行调节，通过调节速度来保证两个机架之间的速度关系，这样便实现了微张力的控制。对于微张力的控制来讲，其关键是要精确计算出两个轧机之间的力度，当钢铁进入上游轧机之后，没有传送到下架的轧机时系统所计算出来的力度就是本轧机的力矩。当钢铁进入到下游轧机时，那么将会重新计算，得到新的力矩，这两者之间的差便是轧机的张力力矩。这个值如果是正数，那么表示机架之间堆钢；如果这个值为负值，那么就证明机架之间拉钢。只有让张力力矩保持在一定范围之内，才能保证不出现拉钢和堆钢的情况。微张力控制系统就是为了保证上游机架和下游机架之间的速度平衡来让轧机的张力控制在一定程度内来保证速度的均匀。同样的道理如果出现多个机架，其原理是一样的。除此之外，微张力控制系统有自主学习的过程，这个过程举例来说是如下情况：比如当钢铁进入到第一个轧机时，还没有进入第二个轧机，那么第一个轧机的状态为无张力状态。当钢铁进入到第二个轧机，那么在第二个轧机时，第一个轧机由于二者的力度不匹配而改变第一个轧机的速度力矩，这时候就需要改变第二个轧机的无张力矩值让第一个轧机恢复到之前的无张力矩值；同样的道理，当钢铁运送到第三个轧机时，第二个轧机也会由于和第三个轧机速度不匹配而改变，这时候调节第三个轧机来让第二个轧机速度回复，以此类推。当所有的机架轧机都学习之后，便能保证所有的轧机都在一定的速度，这就是微张力的自主学习系统，能让所有的机架轧机都保持在工艺要求的范围之内。

二、微张力控制硬件的组成

一般来说，微张力的控制系统采用工业以太网和现场总线控制的方式进行组成的，这其中主要包含三个部分，分别为操作部分、过程部分以及传动部分，这三个控制环节相互结合来保证整套系统的正常运行。为了更清晰地理解微张力控制系统的组成，本文作者以某高速线材厂进行简要介绍。某高速线材厂建于2008年，主要生产规格为5.5到10毫米的光面钢材和螺纹钢钢材，其设备需要的速度为110米/秒，最高的速度为125米/秒，该线材厂采购了30台轧机轧钢自动控制，其中粗轧机组6台，中闸机组6台以及其余的精轧机组。在这30台的轧机设备当中，其中前15台设备用于微张力的控制，后15台设备用于其它控制。操作部分主要是为了完成张力的自动控制和系统的监控，在这个部分操作台能够对张力控制中轧机组的状态进行选择，也就是通过画面来对轧机之间的张力进行控制。其中就包括了信号检测、入口速度检测、轧机出口速度检测以及张力的自动检测。而过程控制阶段此工厂采用的是S7-400P的设备，主要用于完成微张力的物件跟踪、逻辑时序联动、传动执行速度联动和微张力算法的计算等。而传动部门主要是为了完成微张力控制机的传动以及轧机的传动，在此工厂的系统运用中主要是通过6RB80设备直流调节速度来完成。

三、轧区微张力控制的详细介绍

1、粗轧区的控制

对于粗轧区域的微张力控制来讲，由于粗轧机属于传统性质，所以对于钢材来说，在出轧区上面运行的速度是比较慢的，这时候就需要系统去获取闸钢时的力度，通过这个力度，来对轧机的速度进行调节。举例说明：如果第一台机架和第二台机架是相邻的机架，那么在钢材进入到第一机架后将会测试第一机架的力度，在钢材没有进入到第二个机架之前，钢材在第一个机架上面的轧制为自由轧制，所以其对应的力矩就是无张力的轧制力矩；所以要以此力度为基准来调节第二个机架的力度，一旦钢材进入到第二个机架之后，这样第一个机架和第二个机架之间的关系就建立起来了，由此通过张力控制系统对第一台机架的速度进行调节，让第一臺机架的速度和第二台的速度处于稳定的状态，这样就保证了第一台机架的电流恢复到最初的基准值。

2、中轧区的控制

当钢材进入到中轧区之后，由于轧制的速度会明显加快，所以必须要采用双流轧制的方法来对钢材进行轧制，但是一旦采用双流轧制，那么很难达到无张力的要求，所以此时就不能采用粗轧区的调节方法来对中轧区进行调节，需要设定一个微张力的指标，比如中轧区的张力为1.5%，将指标设定之后，轧机的线速度就能够进行计算。而微张力的控制系统，就是用来调整线速度的。因为在实际的生产过程当中，轧辊是有一定的磨损的，也就是随着生产的时间，轧辊会变得越来越细，而且随着磨损的程度不同，速度也会随之变化，难免会导致机架之间的张力不能保持一致，这时候就需要微张力控制系统，根据实际轧辊的磨损程度和力度对线速度进行调节，始终让机架之间的张力保持在一个稳定的状态，这样便能够实现中轧区的微张力控制。

四、实际生产中微张力控制系统存在的问题

虽然微张力控制系统在高速线材轧制的过程当中有很多好处，但是在实际的生产过程当中也出现很多问题。在钢材从第一架轧机进入到第二架轧机之后，那么第一架轧机的转距会发生变化，两个机架之间自然而然就会存在推拉关系。同时由于轧机在钢材进入之前和之后的相关性仅在比较短的时间内有效，所以要尽量保证自由轧制的转距和实际转矩的取样时间靠近，如果二者之间不够靠近则会导致转矩中包含一些非张力形成的干扰信号，容易造成错误的调节。除此之外，由于每台机架之间的信号都是由速度调节装置经过高速的网络而传给中控台的，那么就必须要避免基于信号的干扰。在实际的应用过程当中光电管位置偏移或者灵敏度降低等原因都会造成张力控制系统不准确，同样微张力控制系统需要操作人员具有非常熟悉的熟练程度，如果操作人员对整套系统的流程不熟悉也会影响正常的压制。

五、结束语

微张力控制系统在高速线材轧制过程当中的应用是十分广泛的，其能够保证钢材在机架之间运行速度的平稳，能够发挥其最大的优点来保证钢材的轧制。微张力控制系统的出现大大提高了工厂生产线材的效率，能够避免由传统工人的经验来判断力度的失误，减少了相关设备对工人经验的依赖性。但是微张力控制系统仍然需要不断的优化、不断改进，从各方面进行提高，主要是其安全性和可靠性，进一步适应我国钢材轧制的生产流程，保障生产的效率和工厂的效益。

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