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1、河北工业大学 硕士学位论文 连续式冷轧卷取张力控制系统的研究 姓名：崔丽敬 申请学位级别：硕士 专业：控制科学与工程 指导教师：安连祥 20091201 河北工业大学硕士学位论文 i 连续式冷轧卷取张力控制系统的研究连续式冷轧卷取张力控制系统的研究 摘摘 要要 在连续式冷轧生产线上，卷取机的工作状态直接影响着轧机，特别是连轧机生产力的 发挥，以及带钢的产品质量。因此，对冷轧带钢卷取过程中张力控制系统的研究是非常必 要的，良好的张力控制可以保证冷轧产品的尺寸精度与板形质量，提高生产率。 本课题以“江阴宗承钢铁集团” 1450 八辊五连轧项目的设计和调试过程为依托，结 合具体工程项目，设计冷轧线控
2、制系统的全线自动化控制方案，重点对冷连轧机组中卷取 控制系统作了分析研究，采用 6RA70 全数字直流传动装置配以西门子带卷绕软件的 T400 张力控制板的传动控制方式，既减少了外部 PLC 的用量，又充分开发利用传动控制资源， 降低总体费用。从实测数据监控图表的显示，证实了本文提出的钢卷直径验证的准确性和 可行性，改进了卷径的精确度。利用 T400 张力控制板实现张力设定基础上的摩擦转矩补 偿及动态转矩补偿，达到了对电机速度与输出转矩(对应张力)的精确控制，克服了张力波 动过大时出现的松卷、绷卷现象，以及状态严重时出现的断带现象，确保生产正常有序的 进行及最终产品的质量。实现了系统的控制精度
3、高，抗干扰性强，故障率低的良好效果， 验证了该设计的正确性。 关键词：关键词：卷取机，恒张力控制，转矩补偿，T400 连续式冷轧卷取张力控制系统的研究 ii STUDY ON TANDEM COLD MILL COILER TENSION CONTROL SYSTEM ABSTRACT In the production line of tandem cold mill, The functional states of coiler directly influence the productive power of the rolling mills, particularly of th
4、e tandem mills, and the product quality of strip. Therefore, research on coiler tension control system during the coiling is extraordinary necessary.Good tension control will level up product size precision and shape quality and improve productivity. On the basis of design and debug process of “Jian
5、gyin Zongcheng steel corporation”1450 eight roller five tandem rolling mill, integrate specific engineering item, design tandem cold mill control systemic general automation control scheme,mostly analyse and research on coiler control system, drive control scheme introducing 6RA70 all-digital DC dri
6、ve unit accompanied siemens T400 process sheet with winding software,reduce exterior PLC scalar, as well as full develop and utilize of drive control resources, cut down collectivity cost. From the display of the measured data monitoring chart, attest to the accuracy and feasibility verifying the co
7、il diameter in this paper, improve definition of steel diameter. Making use of T400 process sheet, achieve friction torque and dynamic torque compensation at the base of tension enaction. Reaching to the precise control of the motor speed and output torque (corresponding to tension), Overcome the te
8、nsion fluctuation is too large when the metal strip come loose or tight especially break off on serious state, make sure orderly production and final product quality.To arrive at good results of high system control precision, strong anti-interference, low failure rate,verify the correctness of the d
9、esign. KEY WORDS: coiler，permanent tension control，torque compensate，T400 河北工业大学硕士学位论文 1 第一章第一章 绪论绪论 1-1 关于冷连轧张力控制系统的介绍 1-1 关于冷连轧张力控制系统的介绍 1-1-1 带钢冷连轧机张力控制系统的控制思想带钢冷连轧机张力控制系统的控制思想 冷连轧机的自动控制是一种复杂的机电液的综合控制系统，变量较多，参数变化快，并且彼此 相互影响，相互制约。为了保证各机架参数实时地相互联系起来，从而能够获得高质量的成品带钢 (厚 度偏差5 m)，必须设有响应快的自动控制系统保证生产的高效率、
10、高效益、高质量和低功耗。这一系 列的自动控制系统包括：带钢张力自动控制系统()，主传动的速度自动控制系统(ATCASC)，带钢厚度 自动控制系统(AGC)等等。 通过这些基本的控制系统就可以提高产量和产品的质量， 改善系统的过程稳 定性，减少意外事故的发生等。与此同时，随着工业生产的发展，上述的基本控制系统也将不断更新、 发展和完善。 为了适应现代轧钢工业的发展， 我国轧机在近期都进行了大规模电气自动化系统的技术更 新改造，充分提高完善张力控制系统，提高自动控制性能，与国际先进轧制技术接轨。所谓张力控制， 是指在一般的造纸、冶金等卷材控制及生产设备中，在生产时对材料的张紧度进行控制。张力是联系
11、各 个机架参数的桥梁和纽带，在较大的张力条件下进行轧制是带钢冷连轧生产的一个重要特点1,2，因此， 可以这样说，没有张力，也就不存在进一步轧制薄带钢或极薄带钢。所以，张力轧制己经成为现代冷轧 带钢生产中一个重要的工艺参数。 采用张力轧制可以起到以下作用: (1)轧制过程更加稳定; (2)使所轧制的带钢厚度均匀、表面无折纹、板形良好; (3)降低轧制压力，减少能量消耗，从而有助于获得较大的压下量; (4)使带钢能准确地进入轧辊和卷取机，并卷取均匀，保证带钢的平直度; (5)调节带钢厚度(当带钢厚度公差不太大时起到微调作用); (6)允许高速轧制，有利于提高轧机生产率，提高轧机工作的可靠性。 通过
12、改变带钢张力来改变轧机变形抗力即塑性曲线的斜率可以实现厚度控制， 并且响应快、 控制精 度高；张力可使轧制压力保持不变，保持带钢的横向厚度分布不变，获得良好的板形；如欲使厚度变化 ，张力则须波动10%，因此，在带钢厚度变化较大时，需采用调节压下与张力相互配合；采用大张 力轧制，可以防止带钢在轧制过程中跑偏，改善板形；降低金属的变形抗力和轧制压力等；通过机架间 带钢的张力将整个机组联成一个整体，起着在机架间传递能量的作用 1% 3。 冷连轧机系统是复杂的多变量耦合控制系统，当连轧生产时，设备通过带钢、张力相互联系起来， 将整个机组连成一个整体， 带钢张力的控制精度对带钢冷连轧机的轧制稳定性和成品
13、带钢的质量有着极 大影响，因此，必须协调好张力与其它量的关系。 1-1-2 卷取张力控制设备的国内外研究现状和发展趋势卷取张力控制设备的国内外研究现状和发展趋势 自从二十世纪二十年代第一卷热轧钢卷在Armco Butler热轧厂生产出来，金属带材的生产出现了新 连续式冷轧卷取张力控制系统的研究 2 的领域。令人吃惊的是，人们对卷取技术似乎一直不太关注。直到客户对钢材的外观质量与表面质量提 出要求时，卷取技术才纳入工程师们的研究范围。这是因为，卷取技术作为生产工艺中的最后一道工序 直接影响产品的质量。 可是要做到带材边缘对齐并均匀卷紧并不容易。 在历史上， 由于卷取技术的原因， 曾出现过高达 1
14、0%次品率，严重影响了企业的利润。为了解决卷取技术中的难题，各个国家都花费了 大量的物力、财力进行技术研究及技术改造4,5。然而，卷取过程中造成次品的原因一般都不能很好的 解释(人工操作的随机性与次品率有相关性)，由于缺少直接检测和分析的手段，人们唯一能做的就是对 卷取过程中的张力进行分析。经过几十年的知识积累，人们已总结了最优的卷取策略，核心技术就是带 材的恒张力控制。 我们知道，一条纸带如果没有绷紧，是没有办法卷紧的。如果张力过小，纸卷的边缘将不齐，纸卷 有的紧，有的松散。张力过大，纸张则容易拉断。在冶金行业中，对薄钢板的卷取，也有相同的问题， 并且有其特殊性6。如果张力过小，钢卷会在自身
15、重量下松散，钢卷在散开过程中由于相对滑动，会在 钢板表面产生划痕，影响钢材的表面质量，或者由于钢卷的内层松散突出，无法包装;如果张力过大， 在钢材卷取过程中，会使钢卷内卷产生滑动，由于滑动造成表面划痕，影响了钢材的表面质量;更重要 的是，由于张力过大，会造成钢卷内部应力过大，致使钢卷的内孔内陷或者整个内层卷突出(塔形)，一 旦发生这种情况，就会降低钢卷的等级。为了防止层间滑动，层间的径向作用力乘以摩擦系数的值应大 于张力转矩除以半径所得值，在实际生产中，滑差率(不产生相对滑动的最大张力转矩与实际转矩之比) 必须大于 1.0。为了提高钢卷的成材率，应根据不同的加工工艺(连轧、平整、酸洗、涂层等)
16、及被卷取 的物料的特性设置相应的张力，然后，在卷取过程中，保持此张力值恒定。综上所述，在卷取技术中恒 张力控制是关键。 在上世纪八十年代以前，卷取张力控制系统一般以模拟器件为主，控制方法以电流电势复合控制 为主。这种系统的可靠性差、系统复杂、控制精度一直不高、系统调试难度很大，不能满足客户对产品 质量日益苛刻的要求。进入九十年代后，随着机电制造技术、电力电子技术、计算机技术、检测技术的 发展，专用张力控制设备(器件)有了飞速的发展。从收集的资料来看，张力控制设备从两方面发展，一 是以磁粉(永磁)离合器(制动器)为基础的张力控制设备。 其主要特点是磁粉离合器(制动器)的激磁电流和 输出转矩有较好的线性关系，通过相应的检测元件的信号来控制和调节磁粉离合器的激磁电流的大小， 控制其输出转矩，从而控制卷取张力7。该系统由于受到磁粉离合器输出转矩大小的限制，主要应用领
