卷取机控制技术

王福星等

摘 要：介绍恒张力控制的基本原理和卷取机的间接张力控制，着重对恒张力系统的组成及间接张力的实现进行了详细论述。

关键词：卷取机；恒张力控制；间接张力控制

1 前言

卷取机控制中最重要的环节就是张力控制，张力控制的效果直接影响到成品质量。张力控制的目的在于保证正常卷取时，卷取机上的带钢张力恒定在设定值，从而保证带卷卷形良好，减小塔形。

河南某1850mm冷轧生产线卷取机电机数据：

卷取电动机：Z4-450-42 3台同轴串联1主2从

DC400V 1254A 453Kw 360/1200r/min

卷取变速箱高速档速比 i2-1=2.173913043

卷取变速箱低速档速比 i2-2==3.787878788

高速档最大卷取速度 V2-1max=1057.837m/min

低速档最大卷取速度 V2-1max=607.106m/min

配的装置是我所自主研发的ZX2A系列整流装置

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

装置参数：单柜额定输出（直流）电压 440V

单柜额定输出（直流）电流 1550A

装置过载能力：单柜过载1.5倍，1650A，过载时间60S。

该型号的整流装置，晶闸管采用西安電力电子研究所2500V/1650A，2英寸元件，用2只晶闸管元件和1套铝型材风冷散热器构成直接反并联功率组件，采用强迫风冷。主卷取机配带一块T400卷取工艺板来实现卷取机的转矩设定、卷径计算、转矩补偿和恒张力控制，卷取从机采用转矩控制。

2 卷取机基本控制过程

2.1 几种工作下的控制说明

2.1.1 在基速下工作，电动机处于满磁状态，Φ=Φmax=常数。此时，只要保证I/D恒定，即按卷径D的变化成比例地调节电枢电流，就可实现恒张力控制，且合理利用了电动机的功率。

2.1.2 在基速以上轧制时，由励磁调节器控制电机电势E为恒定值，

即E=CeΦn=常数，也就是要求Φ与n成反比。

只要调节电流I使其保持恒定就实现了带材张力控制。

在不能直接检测张力的情况下，为了准确控制卷取张力，必须准确控制卷取电机的转矩。由速度控制转为张力控制时卷取机速度给定附加一个饱和给定值，使其大于实际带钢的速度，此时速度调节器输出饱和。张力给定值乘以卷径再加上动态补偿和空载补偿及摩擦力矩补偿弯曲力矩补偿即转矩给定，作为卷取机的转矩/电流限幅。由于速度调节器的输出达到饱和，控制转矩限幅就可控制电机转矩，从而保证张力恒定。原理框图见图1。

图1 卷取机力矩计算原理框图

2.2 转矩计算

在卷取张力控制系统中，卷取机电动机转矩的计算是该系统的关键环节。电动机转矩由卷取张力力矩、惯性力矩补偿、带钢弯曲力矩补偿和摩擦转矩补偿等部分组成。张力力矩，惯性力矩补偿计算中又均与卷径变化有关，卷径计算和各部分的力矩计算精度直接影响到卷取张力的控制效果。因此必须对这些成分进行补偿，以达到对总转矩的控制进而实现张力控制的目的。在加减速过程中算出动态电流，进行相应的空载转矩补偿，就保证了加减速过程中带材张力的恒定。

根据电动机转矩公式，可以计算出卷取电动机的电枢电流给定值为：

通常在卷取机控制系统中，除了基本传动装置外，还需要配置一套带卷取软件的工艺板（如西门子T400），来实现卷取机的转矩设定计算、卷径计算、转矩补偿计算和间接张力控制。

3 结束语

随着卷取工艺软件和可编程控制器硬件控制性能的不断发展更新，用于间接张力控制的复杂运算得到了有效解决，大多数带材卷取机的间接张力控制方式得以高效稳定的投入，且恒张力控制系统运行稳定，张力控制精度较高，在诸多生产线中得以广泛运用，性能稳定。

参考文献

[1]马小亮.高性能变频调速及其典型控制系统，北京：机械工业出版社，2010，4.

[2]天津电气传动设计研究所.电气传动自动化技术手册.北京：机械工业出版社，2005，6.

[3]赵元国.轧钢生产机械设备操作与自动化控制技术实用手册.中国科技文化出版社，2005，3.