1 張力控制的基本原理

為了保證熱連軋的正常連續(xù)軋制，必須遵循的基本原則是：機架間金屬秒流量相等。即

An×Vn=An-1×Vn-1 (1)

式中 An——第n架的軋件截面面積

Vn——第n架的軋件出口速度

可以看出，決定金屬秒流量大小的因素，一是軋件截面面積，另一個就是軋制速度。而第一個因素決定于工藝參數(shù)，如孔型道次、輥縫壓下量、鋼溫等，一旦調(diào)整好就固定不變，所以只能通過選擇和調(diào)整不同的軋制速度來滿足這一基本條件。從式(1)可以推出對于相鄰機架間的速度關(guān)系應(yīng)當(dāng)滿足公式

Rn=Vn/Vn-1=An-1/An (2)

式中心——金屬延伸率(或減徑因子)，其物理意義可模擬成進(jìn)入機架n-1與機架n的軋件截面之比。

然而，在實際應(yīng)用中，由于軋件受鋼溫、材質(zhì)、坯料形狀、孔型磨損等擾動因素的影響，無法保證精確的截面值。這樣，為了達(dá)到式(2)新的平衡關(guān)系，在粗、中軋機組中引入了張力控制的功能(在精軋機組中用活套功能來實現(xiàn))，得到式

Vn=Vn-1×Rn(1+Km+Kt) (3)

式中 Vn、Vn-1-機架n與n-1的出口線速度

Rn——軋件通過n機架的延伸系數(shù)

Km——手動干預(yù)時對n一1機架的速度調(diào)整系數(shù)

Kt——張力作用反映到n--1機架的速度調(diào)整系數(shù)

同時，根據(jù)張力自動調(diào)節(jié)理論，張力變化與速度變化還具有以下傳遞函數(shù)關(guān)系

δF/A=士Kt/(1+Tts)×δV (4)

式中 δF/A——軋件上單位面積的張力增量

Kt/(1+Tts)——放大倍數(shù)為Kt，時間常數(shù)為Tt的一階慣性環(huán)節(jié)

δV——軋機速度增量

這樣，調(diào)整張力，就可以協(xié)調(diào)機架間的速度，從而達(dá)到保證機架問金屬秒流量相等的目的。

在自動控制算法中，機架n與n-1間的張力是通過測量機架n-1電機的電磁轉(zhuǎn)矩變化量來實現(xiàn)的。因為在軋制過程中.軋制轉(zhuǎn)矩可用下式來

Tm=TT+Tt+Ta+Tf (5)

式中 Tm——總的軋制力矩

TT——軋件金屬壓下量所需的軋制力矩

Tt——張力所產(chǎn)生的力矩

Ta——加速力矩

Tf——機械摩擦等所產(chǎn)生的附加力矩

在穩(wěn)定軋制狀態(tài)下，Ta=0，若進(jìn)一步忽略Tf，則

Tm=TT+Tt (6)

其中Tt與工藝參數(shù)有關(guān).如孔型道次、軋制壓下量、鋼溫、材質(zhì)等，一旦確定，應(yīng)為常數(shù)，則

δTm=δTt=(D/2)×δF=i×η×δTm1即

δF=(2/D)×i×η×δTm1 (7)

式中δF——機架間張力變化量

D——機架有效輥徑1

i——減速箱速比

η——機械傳動系統(tǒng)效率

δTm1——主電機上軸輸出轉(zhuǎn)矩

由式(7)可見，在一定的條件下，從電機的輸出轉(zhuǎn)矩變化量上就可以推算出該機架所受的張力變化。(注意：對于式(7)中機架n與n-1間的張力變化，所有參數(shù)總是以機架n-1為研究對象)。

同時，在自動控制算法中，粗中軋軋件頭部微張力控制是以下列概念為基礎(chǔ)的。

(1)后張力變化對傳動轉(zhuǎn)矩的影響比前張力小2～4倍。即后張力對轉(zhuǎn)矩作用較小，這就意味著：對于變化的速度關(guān)系，下游軋機比上游軋機的轉(zhuǎn)矩變化來得小。這一結(jié)論也就說明在大多數(shù)情況下，即使控制系統(tǒng)已記憶了下游軋機壓下量所需的轉(zhuǎn)矩，該控制系統(tǒng)仍能繼續(xù)進(jìn)行速度關(guān)系的校正，也就是說當(dāng)軋件被咬人n+1機架前，n機架與n-1機架問的速度校整不會影響到該機架電流檢測的準(zhǔn)確性。

(2)軋件進(jìn)入下游軋機前，上游軋機轉(zhuǎn)矩相當(dāng)于該機架輥縫壓下量所需的轉(zhuǎn)矩，未受其它臨時性力矩的干擾影響，即式(5)中假定Ta和Tf為零。

(3)軋件一旦進(jìn)入下游輥縫，上游軋機轉(zhuǎn)矩的一切變化，均是因不恰當(dāng)?shù)乃俣汝P(guān)系產(chǎn)生的推力或拉力所引起的。這一假定是基于溫度、摩擦力和壓下量情況不影響軋制轉(zhuǎn)矩的變化為前提。其實，材料的頭部微張力控制只是在進(jìn)入下游機架避開

出口導(dǎo)衛(wèi)摩擦的影響后，僅在短時間內(nèi)起作用(典型值為4 s)。關(guān)鍵的是無臨時性轉(zhuǎn)矩干擾，或者干擾可以被包括在表示壓下量的轉(zhuǎn)矩之內(nèi)。否則，當(dāng)這些臨時性干擾消逝時，控制系統(tǒng)就認(rèn)為是機架間產(chǎn)生了拉力或張力。

2 微張力控制系統(tǒng)控制邏輯分析及調(diào)試時有關(guān)用戶參數(shù)的設(shè)定

自動控制系統(tǒng)中，以西門子6RA70為例，其微張力控制邏輯圖.

根據(jù)圖1，有關(guān)控制邏輯分析和參數(shù)設(shè)定解釋如下。

2.1 LDTRQ(kN·m)

此值為上游機架n-1電機的電磁轉(zhuǎn)矩，由MP200 PLC可編程控制計算機的

(PC王WCC工控機—DP)通信執(zhí)行元素通過(控制總線)Master Bus IM153通信線向DC6ra70直流電機數(shù)字控制系統(tǒng)直接讀取。

2.2 TORQFILT(kN·m)

此值為3.1項的力矩LDTRQ經(jīng)過濾波后的力矩值，濾波時間常數(shù)為TRQFILT(s)，由用戶設(shè)定，一般為0.5s。因為PLC計算機中，程序執(zhí)行周期為200 ms，故400 ms以下的濾波時間將不會使濾波器起作用。此濾波器對于消除由短暫加速力矩或臨時性干擾力矩所產(chǎn)生的高頻噪聲是有幫助的。

2.3 TCC(N/ram2)

TCC= TORQFILTXTCONST

式中，張力常數(shù)TCONST=i X 2×1000000/(D×A)

其中i一軋機減速箱速比

D——軋機有效輥徑，mm

A——軋件平均橫截面積，mm2

對照式(7)，此值應(yīng)為軋件單位面積上的張力值，然而t當(dāng)軋件頭部咬入n機架前，這個機架n-1與機架n之間的張力如何理解呢?其實.此時刻前這個經(jīng)由電機電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化后的(技術(shù))TCC值，并不代表機架間軋件的實際張力，只不過是軋件經(jīng)過n-1機架時，為了保證此軋件得到所規(guī)定的壓下量所需要的轉(zhuǎn)矩值，即式(5)中的Tt。

2.4 TMEM(N/mm2)

此值為記憶轉(zhuǎn)矩的存儲值，是出現(xiàn)在軋件頭部進(jìn)人下游n機架輥縫前的固定且較短時間的報警距離的力矩值。報警距離WL3由用戶設(shè)定，原則是避開由進(jìn)口導(dǎo)衛(wèi)等所產(chǎn)生的臨時性干擾的情況下，離下游機架n軋機盡量靠近.這樣所記憶的TMEM值更能反映出坯料余下部分所需的力矩值。