連退線檢查活套張力控制實例分析

鄔 瓊，武增東

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司，河北唐山 063200）

0 引言

連退線在平整機與出口之間設置了一個檢查活套，可以保證出口停車檢查帶鋼質(zhì)量時，平整機仍保持一個較低速度運行。檢查活套入口側(cè)為8#張力輥，出口側(cè)為9#張力輥。出口卷取機硬芯卷取過程中，卷取機張力值在逐步減小，在減小的過程中，檢查活套出現(xiàn)張力比設定值偏低的現(xiàn)象，出現(xiàn)了掉張停車故障。分析曲線如圖1 所示，檢查活套結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1 檢查活套掉張原因分析

1.1 TCON2 張力控制

檢查活套張力控制屬于TCON2 張力控制，其控制原理為通過附加速度來控制張力。如圖3 所示。

圖1 檢查活套張力變化曲線

圖2 檢查活套結(jié)構(gòu)圖

規(guī)定卷揚提升方向為速度正方向的前提下，若檢查活套張力減小，則需要增加活套卷揚的速度；若檢查活套的張力增大，則需要減小活套卷揚的的速度，所以調(diào)整檢查活套卷揚的速度即可調(diào)節(jié)張力，此即為TCON2張力控制的原理。

圖3 TCON2 張力控制原理

1.2 TCON2 張力控制實現(xiàn)方式

TCON2 張力控制需要改變速度來調(diào)節(jié)張力。速度改變是通過在主速度基礎上附加一個速度來實現(xiàn)的，該附加速度是通過張力設定值與張力實際值的PI 控制器實現(xiàn)的，如圖4 所示：

圖4 中，T_SETLOOP為活套張力設定值;T_ACTLOOP為活套張力實際值；VL_TECHLOOP為活套張力控制附加速度。

圖4 變頻器速度控制原理

1.3 此次檢查活套掉張原因分析

從圖5 曲線上查看，此次檢查活套掉張原因為，檢查活套張力控制器產(chǎn)生的附加速度已經(jīng)達到限幅值（0.15 m/s），無法繼續(xù)調(diào)節(jié)張力，因此張力實際值下降。

2 張力附加速度到限幅原因分析

2.1 力的平衡原理

圖5 檢查活套張力下降曲線

圖6 力的平衡原理

物體要想在靜止狀態(tài)或者勻速狀態(tài)下運行，則合力必須為0（圖6）。因此在正常勻速運行狀態(tài)下，TA=TB+TC。應用到該故障分析，檢查活套的張力=卷取機張力+9#和10#張力輥對帶鋼出的力。

2.2 張力輥負載平衡原理

主從負載平衡控制，是張緊輥等多輥協(xié)力合作的最基本控制方式。其控制原理為：將主輥PI 控制的I 分量直接輸出給從輥，可以保證從輥輸出轉(zhuǎn)矩與主輥輸出轉(zhuǎn)矩百分數(shù)基本相同，且從輥的P 分量可以調(diào)節(jié)由輥徑誤差導致的速度誤差，確保主從輥速度基本一致。簡化結(jié)構(gòu)圖如圖7 所示。

圖7 主從負載平衡控制原理

2.3 從力的角度分析速度變化

硬芯卷取：卷取機在卷取帶鋼時需要有一定的卷取張力，張力的選用應十分慎重，特別是較薄規(guī)格的鍍錫產(chǎn)品，張力太大或太小都會造成帶鋼跑偏或塌卷現(xiàn)象的發(fā)生，影響產(chǎn)品的外觀。現(xiàn)有技術中，一般采用斜坡張力控制方法，即在剛開始卷取時，卷取的張力要比設定張力大，當鋼卷卷到規(guī)定卷徑時，才進入設定的卷取張力進行卷取。

在生產(chǎn)中，由于硬芯卷取，卷取機的張力越來越小，檢查活套張力保持不變，則需要9#和10#張力輥的轉(zhuǎn)矩越來越大。但是通過曲線可以看到10#和1#張力輥（主輥）已經(jīng)有明顯的打滑現(xiàn)象，其轉(zhuǎn)矩為下降的，而9#張力輥轉(zhuǎn)矩為上升的。也就是主輥轉(zhuǎn)矩下降，從輥轉(zhuǎn)矩上升，且總轉(zhuǎn)矩上升。

圖8 9#和10#張力輥轉(zhuǎn)矩變化曲線

10#張力輥作為主輥，他雖然打滑但仍是精確的速度控制。但9#張力輥為從輥它并沒有打滑，其實際速度仍與帶鋼速度同步，其轉(zhuǎn)矩I 分量采用主輥的I 分量是變小的，但是要想讓總轉(zhuǎn)矩上升，只能轉(zhuǎn)矩P 分量上升，即速度設定值要上升。9#張力輥和10#張力輥速度給定值是一樣的，因此總體速度給定值是上升的（圖8）。

2.4 從程序設置分析速度的變化

9#和10#張力輥速度設定值是上升的，從程序角度考慮，由于張力控制器附加速度上升，因此活套位置會上升。但活套有位置控制功能，該位置控制作用就是保持活套在某一個設定位置。其控制原理是位置設定值與位置實際值經(jīng)過PI 控制器產(chǎn)生附加速度，給9#和10#張力輥。也就是為了保持位置，活套張力控制產(chǎn)生的附加速度，通過活套位置控制，完美復制到9#和10#張力輥，也可以理解為間接地通過9#和10#張力輥加速來調(diào)節(jié)檢查活套張力。PI 控制器控制原理如圖9 所示。

圖9 PI 控制器控制原理

2.5 張力附加速度到限幅原因分析

總體分析就是卷取機張力越來越小，檢查活套張力保持不變，根據(jù)力的平衡原理，9#和10#張力輥轉(zhuǎn)矩要上升。由于10#張力輥打滑了，9#張力輥的轉(zhuǎn)矩要上升的更多。9#張力輥轉(zhuǎn)矩是由設定速度決定的，而設定速度通過活套位置控制原理間接由活套張力控制附加速度決定的。也就是張力控制附加速度越大。9#張力輥的轉(zhuǎn)矩會越大。隨著卷取機張力減小，需要的9#張力輥轉(zhuǎn)矩會增大，張力控制附加速度會增大，直到限幅值不再增加。此時9#張力輥轉(zhuǎn)矩就不會再增大。檢查活套只能掉張了。

因此，此次故障原因：①卷取機張力逐步變小，這是硬芯功能特有的，無法改變；②10#張力輥打滑。

2.6 故障處理措施

（1）增加卷取機張力或者減小檢查活套張力。

（2）檢查10#張力輥粗糙度，必要時更換。

3 結(jié)語

活套速度控制的穩(wěn)定性是后處理產(chǎn)線穩(wěn)定運行的一個很重要的因數(shù)，闡述的活套速度控制、活套張力控制、張力輥負載平衡、PI 控制器、硬芯卷取等控制原理對處理后處理線各類生產(chǎn)設備故障有重要的指導意義。