卷取機控制技術

王福星等

摘 要：介紹恒張力控制的基本原理和卷取機的間接張力控制，著重對恒張力系統的組成及間接張力的實現進行了詳細論述。

關鍵詞：卷取機；恒張力控制；間接張力控制

1 前言

卷取機控制中最重要的環節就是張力控制，張力控制的效果直接影響到成品質量。張力控制的目的在于保證正常卷取時，卷取機上的帶鋼張力恒定在設定值，從而保證帶卷卷形良好，減小塔形。

河南某1850mm冷軋生產線卷取機電機數據：

卷取電動機：Z4-450-42 3臺同軸串聯1主2從

DC400V 1254A 453Kw 360/1200r/min

卷取變速箱高速檔速比 i2-1=2.173913043

卷取變速箱低速檔速比 i2-2==3.787878788

高速檔最大卷取速度 V2-1max=1057.837m/min

低速檔最大卷取速度 V2-1max=607.106m/min

配的裝置是我所自主研發的ZX2A系列整流裝置

ZX2A-1550/440-11-S/ ZX2A-1550/440-01-S；

裝置參數：單柜額定輸出（直流）電壓 440V

單柜額定輸出（直流）電流 1550A

裝置過載能力：單柜過載1.5倍，1650A，過載時間60S。

該型號的整流裝置，晶閘管采用西安電力電子研究所2500V/1650A，2英寸元件，用2只晶閘管元件和1套鋁型材風冷散熱器構成直接反并聯功率組件，采用強迫風冷。主卷取機配帶一塊T400卷取工藝板來實現卷取機的轉矩設定、卷徑計算、轉矩補償和恒張力控制，卷取從機采用轉矩控制。

2 卷取機基本控制過程

2.1 幾種工作下的控制說明

2.1.1 在基速下工作，電動機處于滿磁狀態，Φ=Φmax=常數。此時，只要保證I/D恒定，即按卷徑D的變化成比例地調節電樞電流，就可實現恒張力控制，且合理利用了電動機的功率。

2.1.2 在基速以上軋制時，由勵磁調節器控制電機電勢E為恒定值，

即E=CeΦn=常數，也就是要求Φ與n成反比。

只要調節電流I使其保持恒定就實現了帶材張力控制。

在不能直接檢測張力的情況下，為了準確控制卷取張力，必須準確控制卷取電機的轉矩。由速度控制轉為張力控制時卷取機速度給定附加一個飽和給定值，使其大于實際帶鋼的速度，此時速度調節器輸出飽和。張力給定值乘以卷徑再加上動態補償和空載補償及摩擦力矩補償彎曲力矩補償即轉矩給定，作為卷取機的轉矩/電流限幅。由于速度調節器的輸出達到飽和，控制轉矩限幅就可控制電機轉矩，從而保證張力恒定。原理框圖見圖1。

圖1 卷取機力矩計算原理框圖

2.2 轉矩計算

在卷取張力控制系統中，卷取機電動機轉矩的計算是該系統的關鍵環節。電動機轉矩由卷取張力力矩、慣性力矩補償、帶鋼彎曲力矩補償和摩擦轉矩補償等部分組成。張力力矩，慣性力矩補償計算中又均與卷徑變化有關，卷徑計算和各部分的力矩計算精度直接影響到卷取張力的控制效果。因此必須對這些成分進行補償，以達到對總轉矩的控制進而實現張力控制的目的。在加減速過程中算出動態電流，進行相應的空載轉矩補償，就保證了加減速過程中帶材張力的恒定。

根據電動機轉矩公式，可以計算出卷取電動機的電樞電流給定值為：

通常在卷取機控制系統中，除了基本傳動裝置外，還需要配置一套帶卷取軟件的工藝板（如西門子T400），來實現卷取機的轉矩設定計算、卷徑計算、轉矩補償計算和間接張力控制。

3 結束語

隨著卷取工藝軟件和可編程控制器硬件控制性能的不斷發展更新，用于間接張力控制的復雜運算得到了有效解決，大多數帶材卷取機的間接張力控制方式得以高效穩定的投入，且恒張力控制系統運行穩定，張力控制精度較高，在諸多生產線中得以廣泛運用，性能穩定。

參考文獻

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