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1、冷轧后带钢处理线卷取张力控制杨光(迁安市思文科德薄板科技有限公司，河北 064400)内容摘要：主要介绍了在冷轧后带钢处理线卷取作业中张力控制系统 的原理及应用，适用于脱脂、连续退火线、重卷、镀锌、镀 锡等机组。关键字：张力控制、带钢处理线Coiling tension control of strip steel after cold rollingYang guang(Qianan City SWKD Co. Ltd. cod sheet,hebei 064400,China)Content summary: mainly introduces the principle and appl
2、ication of tension control system in coiling process of cold rolled strip,Apply to degreasing, continuous annealing line, heavy coil, zinc plating, tin plating and other units.Keywords: tension control, strip processing line引言：目前就轧后带钢处理线卷取方式多采用张力控制，较之速度控 制系统，张力控制系统能保证产品质量及工艺的连贯性，所以张力控制系统开发的是否完善，不仅会影
3、响到机组工艺的连贯性，还会导致产线产品质量出现问题，因此张力控制系 统是否完善也成为了机组自动化开发维护人员值得研究的 课题。我公司现阶段除已建成一条80 万吨酸连轧机组外，还有电解脱 脂、罩式退火炉、平整机组及电镀锡机组，近期的产品升级 改造项目连续热镀铝锌项目也将于年底投入生产，这其 中除了罩式退火炉外，其他机组卷取均采用间接张力控制系 统。而对于因卷取张力控制不完善造成的问题也是本文研究 的主要课题。一、张力控制系统概述张力控制系统在控制方式上分为直接张力控制和间接张力控制， 在工艺控制上分为恒张力控制和非恒张力控制。直接张力控制利用张力计测量张力，然后传递给电气传动系统， 由传动系统控
4、制卷取机完成张力控制。而间接张力控制是利用变频器 将励磁电流与力矩电流分离，通过改变力矩电流完成张力控制。若忽 略电机和机械系统的空载损耗，张力力矩Tf与电机的电磁转矩Tm之 间有如下关系：Tm=TF/iTm=CT 1其中：tf张力力矩Tm电机的电磁转矩i机械系统的减速比CT电机转矩常数电机磁通I电机电流电机的电磁转矩Tm与带钢张力F之间有如下关系：T =FD/2im其中：F带钢张力Tm电机的电磁转矩i机械系统的减速比D速度基准辊的直径（一般为张力辊）由此得出带钢张力计算公式：F=2iCTl /D如需要更为精准的间接张力控制，则需要利用更为复杂的参数变 量和算法对转矩进行补偿，如静摩擦转矩、滑
5、动摩擦转矩、减速惯性 量等，都是为了对间接张力控制进行动态补偿，从而得到更为精准的 张力控制系统。二、张力控制系统在带钢卷取作业中的应用我公司多条机组卷取系统均采用间接张力控制，前期利用西门子S120 变频器，采用张紧机和卷取机带测速编码器反馈的闭环矢量控制在线速度同步的情况下，完成恒张力控制。但在实际生产中发现，卷取机按照工艺要求张力进行恒张力卷取 作业时，偶尔出现卷心“塔形”及卷心松动问题，一直困扰着生产和 技术人员。为了能解决上述问题，提高机组作业效率，技术人员在查阅多方 资料并对其进行论证后，最终确定采用非恒定张力控制，也称为动态 张力控制，在带钢卷取初期，增加卷曲段张力，随着卷取卷径
6、的增加， 张力延设定斜坡逐渐稳定在工艺设定张力范围。此方案可以在带头卷 取时加大卷取段张力，从而有效解决卷心“塔形”及卷心松动的问题。卷曲段工艺张力设定张力动态计算张力斜坡控制非恒定张力控制流程图我公司电解脱脂机组、电镀锡机组通过动态张力控制改造，不仅 解决了卷心“塔形”及卷心松动的问题，同时还消除了因卷心松动引 起的带钢溢出边问题，提高了机组作业率。其次，关于机组在启动、匀速运行、停车、加减速过程中的张力 控制也是值得关注的问题。张力波动对轧后带钢生产过程中的影响是 我们不可忽略的，轻者造成卷取溢出，严重就会造成断带，特别是0. 38mm 以下规格，突然的张力波动极容易造成高速失张断带，而一
7、次 高速失张断带会造成数小时的停机时间并产生大量“废次降”的同时 还会对机组设备造成损坏，使得事故扩大化，给公司造成更大的经济 损失。冷轧后带钢处理线按照一般设计要求，机组张力波动需要控制在 5%以下，而运行带钢的规格越薄，机组张力波动控制要求的精度越 高，我公司带钢脱脂生产线匀速生产时张力波动控制在 2%以下。机 组生产时，卷取机卷径逐渐增大，因此卷取张力控制需要考虑瞬时卷 径，而实时卷径的计算方法通常为递归算法和体积算法。在间接张力 控制下，卷取机带钢张力控制通过设定工艺张力、电机张力力矩及电 机电磁力矩计算得出。但考虑到机组运行时的各种状态，建张、启动、 爬行、加减速、停车等，为了使机组
8、生产时张力更加稳定，设计人员 还需要考虑静态摩擦率、滑动摩擦率、机械传动损耗、减速惯性量、 力矩补偿、微调系数等，甚至要考虑卷取机在失张或高速断带后可能 造成的“飞车”问题，所以对卷取机速度限幅和力矩限幅的正确设定 也是非常有必要的。动态张力控制已经是当下冷轧后带钢处理线运行的主要控制方 式，采用外速度环及内力矩环同时控制机组张力，并入动态张力补偿 后得出张力计算结果，由控制器传输至逆变器控制电机速度及转矩， 完成机组的工艺控制要求。当今经济社会，客户对产品质量要求的提高，也促使生产企业不 断的创新改善产品的生产工艺及设备控制精度，来满足社会日益发展 的需求。而在冷轧后带钢处理线生产过程中，做为设备控制精度中的 重中之重机组带钢张力控制，特别是卷取段带钢张力控制，将作 为电气传动自动化技术人员深入研究的课题。参考文献：1 马美娜 SIMOVERT 卷取机张力控制系统 控制工程 2005年 3 月第 12 卷第 2 期 1671-7848（ 2005 ） 02-0125-04
