探讨冷轧电气张力控制技术

朱国庆 李锐 张鹏

摘  要：在钢铁企业日常生产中，会应用到冷轧这一工艺，冷轧工艺在轧制环节能够发挥重要作用。在电气控制自动化程度不断加深的背景下，钢铁企业越来越注重冷轧电气张力控制工作开展。张力调节可对生产板材厚度和位置进行控制，由此获得良好的生产效果。基于此，本文首先分析电气控制系统自动化设计需求，主要对冷轧电气控制的张力控制意义进行分析，分析张力波动的影响因素，提出张力控制策略，以供参考。

关键词：冷轧工艺;电气控制;张力控制;钢铁企业

在冷轧生产线中，有较高张力控制精度要求的区域一般会设置张力计，通过张力计的检测信号来实时反馈张力信息，通过张力控制方法调节带钢张力。直接张力控制属于闭环控制，有较高的张力控制精度，能够实现无静态误差，但是其也存在一定缺陷，例如张力控制精度对于张力检测信号精度有依赖性。外部因素极易干扰张力检测信号，从而为了提升张力的控制精度，需要去除干扰张力检测信号，采取合理的张力控制技术，为板材钢轧制提供良好的条件。

一、冷轧电气控制系统自动化设计需求

当前冷轧工业生产朝着智能化以及自动化方向发展，主要是一种性能较高的板材加工工艺，其能够满足人们生产生活中对厚度不同、版形不同的板材需求，电气控制实现自动化的发展，对于其功能实现具有决定性作用。在设计电气自动化控制系统时，应该满足功能性和非功能性等需求。而功能性需求主要指的是：（1）结合生产加工需求，设定冷轧生产参数，落实四辊冷轧工艺流程，对厚度不同的板材进行加工。冷轧生产流程中需要将人机交互完成，可以在三种情况下进行作业，主要是人工、半人工、无人[1]。（2）冷轧工艺中设定自动报警功能，并且实现自我诊断与保护。如果在冷轧过程中出现生产故障时，其可以及时发出警报，以停止作业的形式响应警，将废料产出减少，避免对整个生产流程造成影响。而非功能性需求指的是：（1）系统应具备集成性，系统之中有独立设备、信息元素和功能模块，三者可形成有机统一整体，保证进行集中控制;（2）有着较为简易的硬件构成和软件设计，容易调试，有利于功能拓展;（3）可以保证系统运行的稳定性，使出错率降低，生产效率也将随之提升。

目前冷轧电气控制自动化系统中广泛应用PLC技术，其具有非常大优势，属于数学运算操作电子系统，能够充分体现工业生产的智能化、自动化，与现阶段先进通讯技术以及计算机技术相结合。PLC技术运用编辑存储器进行数学运算，同时以模拟式以及数字式输入、输出，对各类机械以及生产过程进行控制。电气控制自动化系统中PLC技术的应用具有明显优势，可满足系统设计功能性以及非功能性需求。主要原因有以下几点：（1）其应用单片机形式，有着较高集成度。也会将PLC机体积与重量减少，并且具有电路自我诊断和自我保护功能，可以保证运行的稳定性;（2）PLC技术有着较为简单的编程语言，采用少量命令语句能够编写程序，因此拓展更具便捷性，可运用不同组合调整相应功能。（3）输入以及输出功能模块较为完整，针对不同工业生产器件形成的信號，将指令完成。

二、冷轧电气张力控制的意义

（一）降低设备负荷

应用冷轧工艺进行生产时，其张力变化对板材变形区应力状态造成影响，使其出现一定的变化，降低板材钢的纵向压力，进而会降低板材钢的轧制压力以及变形抗力，由此大幅降低相关设备运转能耗。前后张力会使轧制力矩产生变化，如果前张力比后张力大时，将会增大道次加工率，同时能够降低主电机负荷。

（二）板材钢厚度有效控制

弹跳方程指的是轧制压力P或者是刚度系数K与轧辊辊缝S相加等于轧出厚度H，这意味着冷轧出板材钢厚度会受到轧制压力影响[2]。因此，对轧制压力进行改变能够控制轧出厚度，而通过张力控制就能够改变轧制压力，由此证明冷轧电气张力控制能够对板材钢厚度进行有效控制。

（三）避免板材钢跑偏

对板材钢生产稳定性造成影响的因素比较多，主要体现在冷轧工艺及其流程的精密度、稳定性以及板材的均匀程度等方面。因为冷轧工艺会受到很多因素的影响产生各种各样的问题，冷轧板材钢跑偏是其中最常见的问题。对于板材钢跑偏问题，现阶段常用解决措施是偏导辊增加以及开卷对中等，但是这两种措施具有较为明显的局限性。实力调节张力值，能够保证张力稳定性，调整冷轧跑偏问题，存在反应迅速和无时滞等优势，属于一种比较有效的调整方法。

（四）成品尺寸有效控制

板材钢版形以及尺寸是衡量其质量的重要指标，产生的原因主要是板材钢残余应力超出拉应力，从而可通过对冷轧工艺进行张力控制，保证张力稳定，使沿板材钢宽度向上的拉力比允许拉应力低，保持板材钢版形以及尺寸。

三、引发张力波动的因素

如果板材钢的厚度比较小，需要将轧制力降低，反之，如果板材钢的厚度较大，需要将轧制力提升。在这样情况下，胚料厚度如果出现变化，那么将改变轧制的带材厚度，轧机速度将会改变其张力波动状态。在轧制速度改变的情况下，会不断调整工作辊与带材之间的摩擦力，这将影响冷轧张力，使其出现波动异常情况，板材线速度以及卷料直径更改，加上设备机械有损耗问题出现、机械传动系统惯性改变，都会对冷轧电气张力波动产生影响。

四、冷轧电力控制中张力控制策略

（一）张力偏差测量

张力计由一个电子装置和两个压头所构成，压头属于焊接刚装置，主要包括垂直类和水平类压头。板材钢以相应包角通过测张辊时，板材钢张力能够形成两个分量，分别是垂直方向分量和水平方向分量[3]。使用水平类压头以及垂直类压头，可以测量水平分力以及垂直分力。对辊以及板材钢包角进行测量，可以计算出板材钢张力。板材钢总张力可以通过操作侧结合驱动侧的测头压力进行计算，计算板材钢张力偏差的方法为：操作侧板材钢张力减去驱动侧板材钢张力、板材钢实际宽度乘以其实际厚度这两者相乘。

（二）动态补偿法

应用间接张力控制法时，需要保证张力控制精准度。为将张力控制精确性提升，需要对冷轧过程中机械设备固有摩擦力和改变运转速度时产生的转动惯量影响转矩状况进行充分考虑。实际运行中，需要注重动态转矩以及空载转矩，为保证冷轧流程的卷绕张力恒定，应在几方面开展科学控制电动机电流，指的是冷轧工艺中电动机的动态补偿电流、空载补偿电流以及张力电流。

（三）直接与间接张力控制

直接张力控制指的是对设备上安装的摩擦輪压力进行控制，同时控制设备上安装磁粉制动器的线圈电流，由此产生设备需要的张力。应用这一模式的优势是张力稳定性较强、投资金额低，但是同时具备调节精度差、操作较为复杂的缺陷。应用间接张力控制方法来控制张力，主要是对与张力有关的电气量进行控制。

（四）自动调节张力偏差

为避免操作者进行多次调解和将偏差调节响应速度提升，需要工艺电气技术人员在其中加入自动调节张力偏差的功能。为了保证该工程的便捷性，在人机接口假设操作按钮，操作者即可根据现场实际状态，对该功能是否投入运行做出合理抉择。对辊缝倾斜进行自动调节的根据是张力计辊的传动侧、操作侧存在的张应力偏差值，其中需选择10个反馈信号，通过移位寄存方式求和后计算出平均值。短时间内计算，不会使控制过程有滞后问题出现，若张应力偏差范围为-0.6～0.6MPa，无需进行倾斜调整，因此倾斜调整死区即为±0.6MPa。正常轧钢时，若是两侧轧制力的偏差处于2300kN以上，将有警报发出[4]。

（五）系统智能控制

使用轧机液压压下系统的智能控制技术，其智能控制系统的核心就是高层组织级，其能够解决环境过程组织、决策中存在的控制问题，控制分层次的信息交换以及运行状态。在该智能控制系统中应用模糊控制系统，可以进行人类推理和经验模拟，与轧制工艺下液压压下系统结合应用，同时使用分辨率高、精度高的位移传感器。对模糊控制器进行设计和应用时，需要充分发挥出动态性能，只有模糊控制器的质量较高时，才能够使被控系统实现目标，降低超调以及震荡[5]。除此之外，应用智能控制技术时，能够处理其中不确定的问题，对于数学解析式也很难描述的液压伺服系统，能够运用神经网络技术来控制，以此达到相应目标。

结束语

在冷轧电气控制中合理应用张力控制，不仅能够节省劳动力，还能够将冷轧工艺的稳定程度提升，冷轧过程中的高速断带情况明显减少。未来发展中，应该科学运用自动化调偏技术，使其朝着更加智能化、先进化方向发展，确保冷轧背景下电力控制中张力控制有效性，由此提升冷轧工艺的综合水平。

参考文献：

[1]李强.关于冷轧薄板生产张力控制研究[J].电气传动自动化，2020， 42（04）：24-26.

[2]宋军.冷轧生产线中张力检测信号的处理方法[J].冶金自动化，2018， 42（01）：54-57+61.

[3]徐鹤贤.冷轧钢带张力及其控制工艺探讨[J].特钢技术，2001（03）： 12-17.

[4]张洁露，章亚青，陈振国，甘晓琴.冷轧拉矫机电气控制技术[J].中国冶金，2017，27（09）：67-69.

[5]吴树清.滤棒成型机丝束恒张力控制系统的设计[J].烟草科技，2020， 53（09）：100-103.