张力调节（共3篇）
张力调节 篇1
0 引言
冷轧处理线中,冷轧钢卷工艺流程一般是开卷、工艺段处理,最后再卷成钢卷。在整个过程中,带钢从机组一处运行到另一处时需保持一定的稳定张力才能顺利通过生产线。
实现张力控制的方法可分为转矩变量调节和速度变量调节。前者通过控制电机的输出转矩来间接控制负载的张力。后者通过把附加速度强加于两个通过带钢相连的传动点(组)中的一个,使之产生速度给定偏差,即让一个传动点的速度给定大于另一个,由于速度给定不同,因此运行时相应传动点的速度调节器就会按照各自给定的速度值进行调节,两点间的带钢就有互相拉拽的趋势,产生两点间的带钢张力。本文所描述的张力控制就是通过速度变量调节实现的。
1 通过速度变量调节张力的张力控制分析
通过速度变量调节张力的张力控制图如图1所示。张力控制的核心是张力调节器,它输出技术速度VTech。同时,张力控制产生技术张力TTech,它等于张力设定值减去相邻张力段的张力设定值。TTech通过计算转换成TQADD,PRE,然后加上摩擦补偿和转动惯量补偿叠加到传动装置的速度调节器之后。这种控制方法可平稳地渡过控制的过渡阶段。
1.1 控制的优点
通过速度变量调节张力的张力控制有以下优点。
(1)在无法精确地获得包角损失和摩擦转矩的情况下,张力测量装置可通过补偿消除这些不利因素的影响。
(2)通过调节器产生VTech,可很好地消除相邻段张力的影响,而通过转矩变量调节张力的效果较差。
(3)带有张力检测元件的直接张力控制可获得非常高的控制精度。
1.2 控制的缺点
通过速度变量调节张力的张力控制有以下缺点。
(1)该张力控制需要张力检测元件,故比不需要张力检测元件的通过转矩变量调节张力的张力控制工程成本高。
(2)由于该张力控制需要张力检测元件参与控制,因此为了保证检测元件测量精确,需要经常对张力检测元件进行校准(标定)。
(3)如果张力检测元件出现故障,且在张力控制的软件中又没有张力检测值的切换处理(通常可切换到通过电机电流计算出的张力或第二个张力检测元件检测值),那么机组的正常生产将受到严重影响。
(4)在本张力控制的张力段中,只有张力检测元件处的张力是准确可控的,在其它地方,张力会随着摩擦力和包角导致的张力损失而不同。这在工程实践中需充分考虑和进行适当的处理。
1.3 原理分析
胡克定律:
σ=ε×E
式中,σ为屈服力,N/m2;ε为变形量,%;E为杨氏模量,N/m2,钢(20℃)为2×1011 N/m2,钢(800℃)为7×1010 N/m2,铝(20℃)为7×1010 N/m2。
在极限情况下,有:
σRE=εLIM×E
式中,σRE为临界屈服力,N/m2,多数钢种的临界屈服力为150～450N/mm2;εLIM为在不产生永久变形情况下的变形量,%。
带钢张力与形变曲线如图2所示。只要带钢的张力小于带钢的临界屈服力,带钢张力和变形量便呈线性关系。其关系可表达为:
或
从物理学可知带钢的变形量(延伸率)也可表达为:
式中,VTcch为技术速度;VL为线速度。
通过式(1)、式(2)可得:
即:
由式(3)可知,技术速度和张力设定值呈线性关系。
通过以上分析可知技术速度可以实现控制,但实际计算得到的技术速度值很小。如:TSET为30kN,截面积为1 000mm2,VL为4m/s,E为200.000N/mm2时,计算得技术速度为0.000 6m/s。
1.4 控制功能描述
1.4.1 数据传送
处理线的基础自动化控制系统一般由PLC和HMI构成。由于处理线工艺复杂导致PLC程序架构较庞大,因此为了减轻PLC的单个CPU负荷,一般把程序按功能分配到多个CPU中去完成。实现带钢传送的程序一般分为线协调(LCO)和速度斜坡发生器(MRG)两部分,而张力控制(TCON)属于速度斜坡发生器部分,因此张力控制和线协调有大量数据要交换。通常,线协调发给张力控制的数据是与张力相关的控制字和张力设定值,而张力控制接收到数据后便进行相应的张力调节,并将相关的状态字和结果值发回线协调。
1.4.2 张力设定
从线协调传来的张力设定有绝对张力和相对张力两种,由控制字的一位信号来区分。
若为相对张力,则张力控制的设定值为:
若为绝对张力,则张力控制的设定值为:
张力控制的设定值设定逻辑如图3所示。
1.4.3 张力给定斜坡发生器
为保证调节过程的平滑性,在张力投入时要求张力按一定的斜坡递增,而在撤掉或减小张力时则要求张力按一定的斜坡递减。这个过程由张力给定斜坡发生器实现,同时为了保证生产安全,该发生器还需具有最大值、最小值限幅功能。张力给定斜坡发生器工作原理如图4所示。
1.4.4 张力实际值采集
张力控制过程中,张力实际值既可直接来自张力检测元件,也可通过执行电机的电流计算得到。该张力控制设计了4种张力实际值采集源,也预留了仿真通道。所有采集到的张力实际值都要经过一个一阶滤波器环节。张力实际值采集控制框图(部分)如图5所示。
1.4.5 相邻区域张力设定处理
理想情况下,张力段和张力段间的张力是互不影响的,但工程实践中却往往互相影响。如,碳钢连退机组工业中,工业炉分为多个张力段,而各张力段间又没有有效的设备将其隔开,因此导致各段张力间互相影响。为此,提出了相邻区域张力设定处理方法,即将本张力段张力设定值减去相邻段的张力设定值得到的差值通过适配处理产生TQTech,再加上摩擦和转动惯量的补偿附加到传动的速度调节器之后形成预控,同时进行张力级联。
张力级联是将多个互相影响的张力段的张力调节器输出叠加到本张力调节器的输出,因此,通常将需叠加的张力调节器的输出进行系数化,即给输出乘上一个系数。张力级联的叠加控制框图如图6所示。
1.4.6 张力初始投入
带钢从无张力状态到有张力控制状态时,一般要求张力不能变化太快,而是渐进地增加的。虽然在张力给定后有斜坡发生器来缓解张力的梯度变化,但张力的变化有时仍不能满足要求。为此通过速度变量调节张力的张力控制设置了一个张力控制的启动环节:张力投入最初时刻,设置一个VTech,Start值,一旦带钢绷紧便取消该值,投入正常张力设定值进行正常的张力控制。张力初始值投入的控制图如图7所示。
1.4.7 张力调节器
一旦张力控制投入,张力调节器便被激活,使张力实际值在张力设定值附近小幅波动,直至设定值。张力调节器的核心是一个PI调节器,为了使调节更加精确,设置了比例常数KP、积分常数Tn可随某变量作线性调整的通道。当比例常数KP、积分常数Tn与某变量存在一定线性关系时可切换到该通道,否则可不用切换便直接设置比例常数和积分常数。张力调节器的最大值限幅(HiLim)和有最小值限幅(LoLim)输出的设置仍采用类似设置比例常数KP和积分常数T1可调整通道的方法。本张力调节器核心虽然是一个PI调节器,但它也可通过Enabe_P_Action(激活P调节)和Enabe_I_Action(激活I调节)参数设置变成一个单纯的P调节器或I调节器。张力调节器的控制框图如图8所示。
2 速度变量调节张力的张力控制应用范围
通过速度变量调节张力的张力控制有以下应用范围。
(1)工业炉段的张力一般分为多段,且每段的张力互相影响,同时控制精度要求较高,因此工业炉段的张力控制使用该张力控制较合适。
(2)很难通过计算获得张力实际值的(如处理线的活套,由于转动惯量、摩擦、包角导致的张力损失难以计算,因此很难算出张力实际值)适合采用该张力调节。
3 结束语
在冷轧处理线中,通过速度变量调节张力的张力控制已应用于武钢三冷轧碳钢连退机组和热镀锌机组,取得满意的效果。
参考文献
[1]周国盈.带钢卷取设备[M].北京:冶金工业出版社,1982
[2]孙一康.带钢冷连轧计算机控制[M].北京:冶金工业出版社,2002
张力调节 篇2
随着市场竞争越来越激烈, 各地宽带项目产能的进一步释放, 窄带所面临的竞争越来越大, 为了适应市场的要求, 必须提高产品质量和加大产品开发力度, 增大活套容量, 加强对带钢板型的控制, 减少堆钢、减少轧辊压力, 有利于厚度控制, 同时可以拓宽产品规格, 轧制薄规格产品。为增加效益, 开发完善各项技术功能, 减少废品, 提高产量、成材率以及减少故障停机时间, 故必须对活套控制系统进行改造。
1 技术方案的确定与研究
1.1 总体技术思路
活套电机型号为ZZJH-806, 电机功率22.4kW, 转速650/1950rpm, 额定电压220V, 额定电流118A。电机要求长时间储运堵转状态, 电机旋转只有一周半, 根据工艺要求部分薄规格产品轧制电机堵转电流要维持在120A, 在开发新品种轧制薄规格时要求增大堵转电流到200A, 而原控制系统为Mentor IIM105R, 系统额定电流为105A, 再轧制极限规格时装置只能超负荷运行, 因此原控制系统不能适应产品规格扩展的要求, 且今后还要扩展产品规格, 轧制薄规格的产品的比例不断增大, 控制系统将会迅速老化、损坏。为此要求更换活套控制系统, 且考虑今后扩展的要求, 选定用西门子6RA7078-6DV62直流调速装置, 其额定电流为280A, 满足扩展要求。选用西门子系列的调速装置有两大好处:
一是采用的是西门子S7-400型PLC、6RA70系列调速装置与具有强大通讯功能的PLC, 可以实现故障信息的再现检测, 并可以把活套电机的电枢电压、电枢电流等信号通过网络实施采集到PLC中, 用于检控电机的实际运转状态, 同时同主机电流放在一个画面里比较, 就可判断活套起、落套是否准确, 为判断活套是否早套或者不落套提供技术依据。如下图1所示, 红色和绿色波形为F1、F2主机电流, 黄色为H1活套电流, 可以明显看出在F2主机负荷建立后瞬间H1活套起套动作, 然后再F1主机电流消失后, F2主机电流消失前H1自动落套, 证明整个系统监控正常, 且设备运行正常。
二是西门子系列直流调速装置动态响应迅速, 且分辨率高, 其分辨率为0.00~650.00s, 活套起落套控制, 采用根据主机咬钢负荷信号自动进行控制的形式。实际生产过程中, 轧制速度有时常变化, 控制活套起落套的时间点难恰到好处, 若连轧过程中套量过大, 容易产生迭轧堆尾或甩尾拍击轧辊等的情况。在实际应用以后活套起、落套时间控制明显较前控制系统准确, 动态迟滞时间在620m/s以内, 较原系统有较大改善。
1.2 技术方案
1) 电机主回路及控制回路原理
活套张力控制主要依靠电机电流, 必须保证电机输出电流稳定, 才能保证活套张力维持在恒定的水平, 活套控制系统必须使用电流环控制, 所以控制需要增加一个输入信号控制活套张力的投入, 给定信号必须要有起套、落套、张力投入三个。改用西门子6RA70调速装置后通过系统内部调整, 可以通过直接把给定加在电流环直接作用于输出, 就可减少张力投入这一输入信号, 为PLC节约一个输出点, 同时简化PLC的内部程序。
2) 安全连锁控制
由于活套控制系统安装于主电室三楼, 而电牌的停送的登记工作在主电室一楼进行。为了保证安全不允许电话预约停送电, 所以停送电工作必须在一楼登记后, 然后值班人员跑到三楼进行停送电作业, 这样操作非常浪费时间和增加工人作业强度, 特别是在紧急抢修中, 有时一共用5min就能完成的操作, 光停送电就需要10min, 大大降低了工作效率。为解决这一问题, 设置了活套交流接触器控制两地操作, 在主电室一楼原主机的直流操作屏上, 利用备用按钮和指示灯设置交流分、合闸按钮, 分闸按钮与三楼的分闸按钮串联, 合闸按钮与三楼的合闸按钮并联, 并利用接触器的辅助开关在一楼和三楼分别带分合闸指示灯。为了提高系统的安全性, 保证停送电牌位置控制的优先性, 在控制电源侧加装转换开关HK放置在一楼, 只要在一楼拿取电牌后分断转换开关HK, 三楼就不能进行送电操作, 确保的停送电的安全高效。 (原理如图2所示)
2 技术创新点
采用西门子系列直流调速装置, 动态响应迅速、且分辨率高, 克服了原直流调速装置使用至今已十余年、备件老化严重、动态响应能力不足的缺点, 优化了系统的控制结构, 节约了备件费用, 拓展了系统扩展空间;S7-400型PLC, 6RA70系列调速装置与PLC的通讯功能强大, 可以实现故障信息的再现检测。设置了活套交流接触器控制两地操作, 在主电室一楼直流操作屏上, 设置交流分、合闸按钮, 分闸按钮与三楼的分闸按钮串联, 合闸按钮与三楼的合闸按钮并联, 并利用接触器的辅助开关在一楼和三楼分别带分合闸指示灯。这样分、合闸在一楼和三楼都可操作, 且有明确指示。
为提高系统的安全性, 保证停送电牌位置控制的优先性, 在控制电源侧加装转换开关HK放置在一楼, 这样只要在一楼拿取电牌后分断转换开关HK, 三楼就不能进行送电操作, 确保停送电的安全高效。
3 结论
620mm带钢活套张力动态响应调节与优化项目在增加投资很小的前提下, 采用两地操作控制确保的停送电的安全高效, 实现了提高安全系数和增加工作效率的双赢。
通过系统改造, 提高了活套控制系统的动态响应速度, 优化了系统的控制结构, 节约了备件费用, 拓展了系统扩展空间。通过对系统的实际测试显示, 系统运行稳定可靠, 操作简单方便, 控制精度高, 主副传动响应速度快, 故障率低, 维护方便快捷, 改善了活套控制功能, 对提高带钢材产量质量起到了积极作用及取得了可观的经济效益。
参考文献
[1]6RA70系列全数字直流调速装置使用说明书[S].
张力调节 篇3
中国石油股份有限公司大庆石化分公司腈纶厂成品车间QD-1A型切断机是安达乾翰机械厂生产的设备, 2000年投产使用。原切断机组由捕结器、曳引机、张力机、切断机组成, 机组工艺流程如图1所示。
张力机的主要作用是使要切断的丝束产生一定的张力, 此张力是通过导丝辊的自重和配重产生, 当张力过大时可以向另侧增加配重, 当张力小时可以减少配重。此张力架升降辊沿着滑道上下带动链轮, 链轮带动变阻器转动改变阻值来控制曳引机的速度保证张力恒定不变 (图2) 。
2. 存在问题
张力机原调速系统中的滑动变阻器的炭刷经常脱落、接触不良, 造成回馈信号电压波动, 使曳引机、切断机的速度不稳定, 速度忽高忽低, 从而经常造成丝束缠辊。由于滑动电阻器中的炭刷与电阻本体采取机械接触, 炭刷的磨损较大, 刷窝的弹簧弹性变小, 严重时炭刷与电阻接触不上, 调速信号中断, 造成切断机速度过大, 失去控制, 将张力辊的机械连杆损坏, 张力辊出轨, 滑轮损坏, 导致曳引机与切断机的速度不匹配, 使曳引机和张力架不能同时使用, 影响了短纤质量, 超倍长增加, 故对其进行更新改造。
3. 改造措施
张力机改造采用日本三菱公司生产的压力传感器代替原装置中的滑动变阻器。压力传感器测定丝束的张力, 当张力偏大或偏小时把张力数据变成信号传给张力控制器, 从而自动调整曳引机的速度来控制丝束的张力达到要求 (图3) 。
原张力调节部件主要由机架、升降辊、立柱、重锤、链轮变阻器构成, 此次改造全部拆除。更新后的张力调节部件主要由机架、导丝辊、张力检测器 (压力传感器) 构成。
压力传感器技术的应用提高了调节辊张力控制的精度, 张力信号在±3N范围内波动, 克服了原装置中存在的问题。改造前后的张力机对比见表1。
4. 效益
改造前每年消耗的张力辊连杆、张力辊滑轮、链条、链节、轴承、变阻器炭刷等备件费用共计1.63万元, 改造后张力系统只有轴承为易损件, 平均每年消耗备件费用仅0.18万元, 故改造后节省的备件维修费用为1.63-0.18=1.45万元。根据2006年统计因张力不稳定平均每月有2包超、倍长短纤, 每包重350kg, 每吨超、倍长短纤出售损失按3000元计算, 每年损失的费用为3000×350×2×12÷1000=2.52万元, 经济效益合计1.45+2.52=3.97万元。
5. 结论