全数字张力控制系统的研究-机械制造论文 全数字张力控制系统的研究 陈杰金霍览宇 （湖南机电职业技术学院电气工程系，湖南长沙410151） 【摘要】本文研究了国内外张力控制系统的数字化发展趋势，并分析对比目前市面上各种张力控制系统的特点和不足，提出了基于通用PLC控制器和变频器为核心的全数字张力控制系统设计方案。 关键词数字化；张力控制系统；PLC；变频器 ※基金项目：湖南省2013年度教育厅科学研究项目（13C254）。 作者简介：陈杰金（1979.02—），女，吉林松原人，湖南机电职业技术学院电气系，讲师。 1 问题的提出 很多行业涉及到张力的控制，张力控制系统是以卷材为材料的生产机械上最重要的控制系统，在冶金、纺织、造纸、印染等许多行业应用广泛，各种产品如钢板、铝箔、布料、塑料薄膜、纸张等卷材，这些材料在加工过程中需要卷曲或者开卷等工序，如铝箔张力控制系统，铝带经过粗轧、精轧等多个工序，变为铝箔之后卷曲成一卷成品。这个过程中张力的控制非常重要，张力过大、过小都会造成卷材质量问题，导致成品率低，比如在放卷、收卷以及过程中，都要保持一定的张力（或者称之为拉伸力），过大的张力会导致材料变形、甚至断裂，而过小的张力又会松弛，导致褶皱，张力控制不稳也会造成不匀、切断长度不稳定等现象，所以必须对张力进行控制，保持张力恒定。由于张力会随着卷径而变化，而张力的变化对卷取效果会有很大影响。因此说恒张力控制是高精度卷取控制的关
键环节。 在某些某冶金企业中仍有为数不少的卷取张力控制设备，其张力控制系统仍采用传统的模拟电子插板式控制系统，以分立的电子器件控制，设备老化，故障频发，急需进行控制系统的升级改造。本文主要是针对这个问题，提出了基于PLC 和变频器为核心的恒张力的控制方案，以较低的成本和较好的控制效果，实现设备的价值再现。 2 国内外研究现状综述 目前高精度的张力控制均能采取闭环控制，通常根据控制方式可分为直接张力控制、间接张力控制和复合张力控制三种方式。直接张力控制，是构建张力闭环控制系统，利用张力检测元件的检测信号与给定张力值比较，通过张力调节器，驱动执行机构，调节张力辊的位移，进而达到控制张力的目的；间接张力控制则是对卷取张力建模，通过对卷取机构的转矩方程进行静态、动态分析，确定影响张力的相关因素（如电流、卷径等），进而对这些因素进行反馈控制（如电流反馈、反电势反馈、卷径反馈控制等），从而达到恒张力控制的目的。复合恒张力控制则是两者的结合。在间接张力控制方式的基础上，增加一个张力闭环，形成三环控制系统。近年来，国内外卷取张力控制现状主要有以下两个方面：（１）利用制动器（磁粉离合器）的励磁电流与输出力矩的线性关系，通过控制和调节磁粉离合器的励磁电流进而控制输出力矩，实现张力控制。这种方式主要应用在轻工业如纺织、印刷行业等，代表产品有三菱张力控制器、华纳张力控制器等等，市场上产品丰富。 （2）通过标准工艺张力控制板及附带的控制软件，通过交直流传动装置，完成张力控制中的动态力矩补偿、卷径计算、恒张力控制等功能，进而实现恒张力
论述冷轧平整机延伸率控制系统应用 延伸率是平整工艺的一个重要参数。延伸率的大小和均匀程度直接影响带钢板材的质量和深加工性能，同一材质的钢卷轧制时，要求带钢的延伸率是恒定的。延伸率的控制是平整机的其中一个核心控制参数，延伸率的影响因素主要有张力、轧制力，也与带钢的材料及厚度有关。能够对延伸率进行精准的控制是平整机控制系统的基本要求。 标签：平整机;延伸率;控制 【Abstract】the elongation is an important parameter of leveling process. The size and uniformity of the elongation directly affect the quality and deep processing performance of the strip steel. When the same material coil is rolled，the elongation of the strip steel is required to be constant. The control of elongation is one of the core control parameters of the temper mill. The main factors affecting the elongation are tension and rolling force，which are also related to the material and thickness of the strip. It is the basic requirement of the control system of the temper mill to control the elongation accurately. 【Keywords】temper mill; elongation; control 广西钢铁集团冷轧厂连退机组冷硬卷带钢经连续退火炉通过退火工艺再结晶降低带钢硬度、消除冷加工硬化、改善带钢的性能、恢复带钢的塑性变形能力其表面质量和内部组织结构都发生了变化成软质状态，因此带钢不能直接供给用户使用，必须经过平整机处理（用较小的压下量对退火后的带钢进行再冷轧。带钢表面质量的改善程度与平整轧制力的大小有关）改善带钢的板型消除屈服平台加工带钢表面要求的粗糙度。由于平整机组的压下量很小，难以测量测带钢的厚度偏差。所以用延伸率的指标作为平整带钢厚度变化的等效值。 1延伸率控制 延伸率是指平整轧制前后带钢长度的变化率，其表示式为： 式中，μ为延伸率，%;L0为平整前带钢长度;L1为轧制后带钢长度 实际使用中通过测量平整入口、出口带钢速度来计算延伸率，所以采用表達式为： 式中，μ为延伸率%;V0为平整入口带钢速度;V1平整出口带钢速度 延伸率测量的准确性、精度和稳定性对平整的延伸率控制至关重要，采用激光测速仪可以提高测量带钢速度的精度。
造纸机械的张力控制系统研究 摘要：造纸机械多电机变频传动控制系统中，张力控制是一大研究热点。本文采用张力检测装置，采集张力值，经plc接收和判定，组成直接张力控制系统，保持张力恒定。在matlab软件环境下，采用simulink工具箱，对张力控制进行了模拟，分析仿真运行结果，验证了控制方案的可行性。 abstract： in the paper machine of multi-motor frequency conversion control system， tension control is a hot research topic. this paper uses the tension detection device，acquisition tension values， receives and judgement by the plc，constitute direct tension control system， maintain a constant tension. by the environment of matlab software，using simulink toolbox， simulation of tension control system， analysis of simulation results， verify the feasibility of control schem. 关键词：造纸机械；变频；张力控制；matlab key words： paper machine；frequency；tension control；matlab 中图分类号：th6 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）11-0014-02 0 引言 造纸业是国民经济中的重要产业。我国传统的造纸设备大多采用
第一章设计说明 课题简介 设计一个恒张力收盘控制系统，就是要控制卷取物体时保持物体相互拉长或者绷紧的力。张力应用于最广泛的造纸、纤维、塑料薄膜、电线、印刷品、磁带等轻工业中，带材或线材的收放卷张力对产品的质量起着至关重要的作用。在收卷和放卷的过程中，为保证生产的质量及效率，保持恒定的张力是很重要的。本系统采用人及交互式的控制方法，由使用者输入设定张力值，通过磁粉制动器、传感器、转换芯片与单片机组成一个闭环系统，使张力恒定在设定值，达到恒张力控制的效果。 设计目的 通过本次课题设计，应用《单片机原理及应用》等所学相关知识及查阅资料，完成恒张力收盘控制系统的设计，以达到理论与实践更好的结合、进一步提高综合运用所学知识和设计的能力的目的。通过本次设计的训练，可以使我在基本思路和基本方法上对基于MCS-51单片机的嵌入式系统设计有一个比较感性的认识，并具备一定程度的设计能力。 设计任务 在本次课程设计中，主要完成如下方面的设计任务： 1、设计单片机系统原理图（A0，PROTEL/CAD或手画）； 2、编写系统程序（主程序+子程序）； 3、写设计说明书；（设计说明，程序流程图，程序）； 4、答辩（十九周周四下午两点）； 设计方法 由按键驱动单片机中断，进入按键及显示程序，通过使用者输入数据并通知在LED上显示，输入数据储存在相关区域内备之后使用，返回到主程序后单片机接受由力传感器产生的经AD转换芯片转换后的数字力信号，通过与之前设定值的比较计算，得出控制信号，经DA 转换芯片变为模拟电压信号输入磁粉制动器控制端。若没有键盘中断，则如此往复运行信号检测、运算、输出程序达到动态平衡。
浅析分切机张力控制系 An Analysis on Tension Control System of Cutter Zhang Y uncai ,Qi xingguang,Zhanghaili 摘要： 分切机的张力控制是分切机控制的核心。本文介绍了分切机张力的形成、影响张力稳定的主 要因素、张力控制的实现形式以及张力控制系统应用性能分析。 关键词： 分切机 张力 张力控制 1.引言 分切机主要是用来完成中低定量纸张（如卷烟纸、铝箔纸、玻璃纸、电容器纸等）和薄膜（如BOPP 、PVC 等）及类似薄型材料的纵向分切和复卷。一般情况下，车速比较快，控制精度要求比较高，其中张力控制是其控制的核心。张力控制是指能够持久地控制原料在设备上输送时的张力的能力。这种控制对机器的任何运行速度都必须保持有效，包括机器的加速、减速和匀速。即使在紧急停车情况下，也应有能力保证被分切物不破损。张力控制的稳定与否直接关系到分切产品的质量。若张力不足,原料在运行中产生漂移,会出现分切复卷后成品纸起皱现象;若张力过大,原料又易被拉断,使分切复卷后成品纸断头增多[1]。 2．张力的形成 张力的形成有多种实现形式，但其基本原理都是一致的。如简图1所示， 设张力为F ,收料卷运行线速度为V 1 , 放料卷运行线速度为V 2 ,根据胡克定律可得张力F: dt V V L F t o ? -=)(21εσ, 式中:ε为原料的弹性模量;σ为原来的横截面积;L 为原料牵引长度;t 为原料传送时间，t=L/ V 1 。由此可见,张力的形成是一个积分环节。在启动过程中,V 1>V 2,以使收卷辊内产生一 定的张力,当收卷达到我们所要求的合适张力后,及时调节动力机构使V 1、V 2稳定,这样,原料就在此张力 下稳定运行。张力控制系统就是要满足整机的张力稳定[2]。 2． 影响张力稳定的因素 张力产生波动和变化的因素往往比较复杂，其主要影响因素大致有以下几个方面： (1) 机器的升降速变化必然会引起整机张力的变化。 (2) 分切机在收、放卷过程中，收卷和放卷直径是不断变化的，直径的变化必然会引起原料张力的变化。放卷在制动力矩不变的情况下，直径减少，张力将随之增大。而收卷则相反，如果收卷力矩不变时，随着收卷直径增大，张力将减少。这是在运行中引起原料张力变化的主要因素。 (3) 原材料卷的松紧度变化同时会引起整机张力的变化。
张力控制系统MAGPOWR （美塞斯MC01/400/830/1898）往往是张力传感器和张力控制器的一种系统集成，目前主要应用于冶金，造纸，薄膜，染整，织布，塑胶，线材等设备上，是一种实现恒张力或者锥度张力控制的自动控制系统，其作用主要是实现辊间的同步，收卷和放卷的均匀控制。 工作原理 这种控制对机器的任何运行速度都必须保持有效，包括机器的加速、减速和匀速。即使在紧急停车情况下，也应有能力保证被分切物不破损。张力控制的稳定与否直接关系到分切产品的质量。若张力不足,原料在运行中产生漂移,会出现分切复卷后成品纸起皱现象;若张力过大,原料又易被拉断,使分切复卷后成品纸断头增多。 一套典型的张力控制系统主要由张力控制器，张力读出器，张力检测器，制动器和离合器构成。根据环路可分为开环，闭环或自由环张力控制系统；根据对不同卷材的监测方式又可分为超声波式，浮辊式，跟踪臂式等，下图为一个典型的闭环张力控制系统。 人工控制 MAGPOWR <1ll人工张力控制系统是适合于收卷，点到点和一些特定的放卷应用场合使用的低成本解决方案. 我们的手动电源供应器可以让f~ 淌除剩磁，15可以通过莫独特的皮向电流性能而用到制动器或离合器的完整的功率范围。该系统最适合应用于: ( 1 )需要自然锥角的收卷场合 ( 2 )卷装成形保持不变的点到点应用场合 ( 3 )从满卷到卷芯的放卷过程中允许有少量张力变化的场合 人工电源供给采用电流调节方式，当离合器或制动器从环境温度变化到工作温度时，莫输出仍保持不变。 可选用带有跳结器的90VDC 和24VDC 电压供给，额定电流可以调节，还可匹配磁粉制动器满足榕的应用需求。 可选安装方式DIN 标准导轨(C E) .撞墙式安装，印刷电路板。 张力控制系统(3张) 控制方式
第二章 张力控制原理介绍 2．1 典型收卷张力控制示意图 2
2．2 张力控制方案介绍 对张力的控制有两个途径，一是可控制电机的输出转矩，二是控制电机转速，对应这两个途径，MD330设计了两种张力控制模式。 1、开环转矩控制模式 开环是指没有张力反馈信号，变频器仅靠控制输出频率或转矩即可达到控制目的，与开环矢量或闭环矢量无关。转矩控制模式是指变频器控制的是电机的转矩，而不是频率，输出频率是跟随材料的速度自动变化。 根据公式F=T/R（其中F为材料张力，T为收卷轴的扭矩，R为收卷的半径），可看出，如果能根据卷径的变化调整收卷轴的转矩，就可以控制材料上的张力，这就是开环转矩模式控制张力的根据，其可行性还有一个原因是材料上的张力只来源于收卷轴的转矩，收卷轴的转矩主要作用于材料上。 MD系列变频器在闭环矢量（有速度传感器矢量控制）下可以准确地控制电机输出转矩，使用这种控制模式，必须加装编码器（变频器要配PG卡）。 2、与开环转矩模式有关的功能模块： 1）张力设定部分：用以设定张力，实际使用中张力的设定值应与所用材料、卷曲成型的要求等实际情况相对应，需由使用者设定。张力锥度可以控制张力随卷径增加而递减，用于改善收卷成型的效果。 2）卷径计算部分：用于计算或获得卷径信息，如果用线速度计算卷径需用到线速度输入功能部分，如果用厚度累计计算卷径需用到厚度累计计算卷径相关参数功能部分。 3）转矩补偿部分：电机的输出转矩在加减速时有一部分要用来克服收（放）卷辊的转动惯量，变频器中关于惯量补偿部分可以通过适当的参数设置自动地根据加减速速率进行转矩补偿，使系统在加减速过程中仍获得稳定的张力。摩 3
张力控制系统中的张力控制与变频
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张力控制系统中的张力控制与变频 1.力控制原理。以造纸机的张力控制为例，在图1a)所示的张力控制示意图中，传动电动机M的张力实际值是位于它前面的张力传感器的实际值。通过检测该处的张力情况，来控制传动电动机M的速度，从而形成一个张力闭环。电动机M的速度加快，则纸幅拉紧，张力的实际值就会上升；相反，速度降低，则纸幅松垂，张力的实际值就下降。 在这里，纸幅张力的设定值为T设定，实际值为T实际，经过张力控制器（T-控制）的PID调节器后，再乘以3%的偏移量，作为该传动点速度设定值的一个组成部分。原来传动的速度设定值（V设定）加上该组成部分，就是速度环（V-控制）的输入值，然后即可进行速度控制。在这里设置3%偏移量的目的就是通过传动速度的改变而使张力得到有效的控制。
图1 张力控制示意图 在图1b)所示的张力控制原理中，T-控制就是张力控制模块的实现，包括自动和手动两种方式。张力控制模块投运前需先检测判定现在的张力实际值是否在可投运的范围之内，否则就不能投运，此时按手动投运按钮或当自动投运信号为“1”时，即进入张力控制模块的循环中。张力PID模块的退出，它的条件为相关部位检测到断纸信号或按手动退出按钮。 2.力控制软件流程。这里以某一点的张力控制为例，采用plc语言编程进行张力软件的设计，其示意如图2示。由此可以推广到多点张力控制中去。 ①读取张力设定值。张力设定值的输入可从工艺控制台上进行，并可通过脉冲开关的动作对设定值微调，以符合实际纸幅稳定运行的需要。 ②读取张力实际值。张力实际值的产生是从PLC的模拟量板中获取的，调用相应的功能块程序。本过程读取张力的模拟量值后，在输出端得到标准化的量值，并可通过“高限”和“低限”参数来设置量程。从模拟量输入板读出的模拟量值首先变换为右边对齐的定点数（以标称范围为基础）。 ③张力控制投入判断。张力控制是否投入取决于工艺的需要和纸幅是否已经上卷，纸幅是否断裂，在其他逻辑块中进行手动按钮投入或自动信号投入的设定，以及自动退出。因此这里需要判断张力控制是否投入，如已投入，则进入张力PID控制模块，否则就只显示数值和
指导教师评定成绩： 审定成绩： 重庆邮电大学 自动化学院 自动控制原理课程设计报告 设计题目：卷纸张力控制系统 单位（二级学院）： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 设计时间： 重庆邮电大学自动化学院制
目录 一、设计题目 二、设计报告正文 摘要 关键词 （一）、卷纸张力控制系统原理 （二）、控制过程分析 （三）、系统的时域分析与频域分析 （四）、系统校正 三、设计总结 四、参考文献
一、 设计题目 在造纸厂的卷纸过程中，卷开轴和卷进轴之间的纸张张力采用下图所示的卷纸张力控制系统进行控制，以保持张力F 基本恒定。 要求： （１） 查阅相关资料，分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统 方框图。 （２） 分析系统每个环节的输入输出关系，代入相关参数求取系统传递函数。 （３） 分析系统时域性能和频域性能。 （４） 运用根轨迹法或频率法校正系统，使之满足给定性能指标要求。 （已知：m T =0.35 n T =3 12k = 22k = 1m k = 3n k = 反馈系数：1α= 要求：4,40c c ω≥γ≥） 二、 设计报告正文 摘要： 关键词：
（一）、卷纸张力控制系统原理 图1-1卷纸张力控制系统 系统工作原理： 在造纸厂的卷纸过程中，当纸张不断地从卷开轴向卷进轴运动时，线速度就会下降，从而纸张承受的张力会相应的减小。为保证张力的基本恒定，必须调整电机的转速。 图1-1所示的控制系统中，采用三个滑轮和一个弹簧组成的张力测量器来 测量纸上的张力。 将测量的实际张力与预设张力进行比较，经放大器放大后得到电机的输入电压。通过电压的变化来调节电机的转速，进而调节卷开轴向卷进轴运行的线速度。最终，使纸张的张力保持基本恒定。 电机---被控对象 预设张力---系统给定量 实际张力---系统控制量 通过对系统的分析，可得卷纸张力控制系统的方框图如图1-2所示 图1-2卷纸张力闭环控制系统方框图
APC自动控制系统在四辊平整机上的应用 摘要：冷轧带钢退火后进行平整轧制,不仅可改变带钢的力学性能,而且可改变带钢的加工性能,并且在一定程度上减轻和消除钢带的板形缺陷,改善钢带的平直度,使钢带表面具有一定的粗糙度。 关键词：自动控制系统四辊平整机应用 目前,冷轧钢带的平整轧制,多在单机架四辊平整机上进行。具有较高自动控制水平的四辊高精度冷轧带钢平整机已广泛应用与冷轧生产当中。 1、机组设备及主要工艺参数 1.1 设备布置 四辊平整机机组设备布置如图1所示。 1.2 机组工艺参数 四辊平整机组的主要工艺参数见表1。 2、电气自动控制系统的组成 四辊平整机组电气自动控制系统主要由APC自动控制系统、全数字式直流调速控制系统、工业控制计算机与PLC组成的工业现场网络控制系统组成。其具体控制方案是,PLC控制系统用于完成整个机组的基础自动化控制、工作辊弯辊、平整机轧线的自动调整、换辊、开卷机CPC浮动对中以及整个机组所有液压和润滑系统等的顺序控制;APC自动控制系统主要实现整个机组的平整力控制和带钢的恒延伸率控制。 APC自动控制系统的组成: 电气APC自动控制系统采用了两级式计算机控制结构,如图2所示。APC自动控制系统由APC控制站和APC操作站组成。APC控制站完成延伸率控制所需的实时控制和逻辑控制功能,APC操作站完成延伸率控制系统所需的操作、显示、管理和维护功能,两者互为依存,缺一不可。APC控制站硬件包括1台工控计算机及其外围设备,在工控机内装有高精度的模拟量输入输出板、开关量输入输出板、数字量及脉冲量的输入输出板等硬件。控制站软件主要具有油缸位置控制、油缸压力控制、压力补偿厚度控制、自动压靠控制、辅助调试支持等功能。 APC操作站硬件包括1台工控计算机及其外围设备,操作站是管理人员和操作人员与APC控制系统之间的交互界面。操作软件是用MS-VB、MS-VC、MS-API 编制的基于图示的应用系统,主要功能有:控制目标值设定、实时数据数值显示、历史数据趋势显示、控制状态设定、轧制工艺文件输入输出、入/出口速度采样记录及统计、控制参数显示/修改及输入输出、回路参数整定、APC故障显示等。 3、APC自动控制系统的主要功能 在平整工艺中,延伸率的大小与平整后带钢的力学性能、加工性能以及板形密切相关。由于延伸率是平整工艺中控制带钢力学性能的唯一变形指标,因此对延伸率的控制是对带钢工艺质量控制的重要内容。而APC自动控制系统的主要控制功能就是通过调整平整力的大小和带钢张力的大小来实现对带钢延伸率的控制。 平整机延伸率的定义为: η＝(L1-L0)/L0 式中,L0为入口带钢长度;L1为出口带钢长度。 η＝(L1-L0)/L0×100％＝(ν1t-ν0t)/ν0t×100％＝(ν1-ν0)/ν0×100％
平整机技术资料 6 平整机技术资料 ?420×?800×1450mm 四辊平整机组 技术规格书 目录 1. 机械部分┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉ P2 2. 流体部分┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉ P1 6 3. 电气传动及基础自动化部分┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉ P2 1 1450mm四辊平整机组技术规格 一、机械部分 1. 机组用途 1450mm单机架四辊平整机组用来在常温状态下，将经过冷轧并退火后的钢卷，通过平整改善带钢机械性能 、带钢板形、消除带钢屈服平台、调整带钢表面粗糙度，获得符合要求的钢卷。 2. 技术规范 2.1. 坯料规格：经过冷轧和退火后的冷轧钢卷 2.1.1. 材料：普碳钢、优质钢、低合金钢 代表钢号：SPCC、SPCD、ST-12、Q235、Q345、20# 2.1.2. 材料性能：σb=300～610N/mm σs=160～360N/mm² 2.1. 3. 厚度：0.2～1.6mm 2.1.4. 宽度：800～1250mm 2.1.5. 钢卷内径：?508mm 2.1.6. 卷材外径：?900～?1900mm 2.1.7. 最大卷重：22t 2.1.8. 卷重指标：19.25kg/mm（max.） 2.2. 成品： 2.2.1. 厚度：0.20～1.6mm 2.2.2. 宽度：800～1250mm 2.2. 3. 卷材内径：?508mm 2.2.4. 卷材外径：?900～?1900mm 2.2.5. 最大卷重：22t
2.2.6. 卷重指标：19.25kg/mm（max.） 2.2.7. 延伸率：max.3% 2.3. 成品精度： 2.3.1. 延伸率性能指标考核： 全部带钢尺寸和延伸率的偏差为：最大绝对偏差为±0.15%。 2.3.2. 钢卷平整精度： －钢卷来料精度：≤25I －钢卷成品精度：≤10I 2.3.3. 钢卷卷取精度 2.3.3.1. 钢卷来料精度 －钢卷塔形：≤50mm －钢卷凸度：≤100um －带钢横断面楔形：≤50um －带钢表面凸起点：≤15um －宽度公差：0～+10mm（公称宽度） －镰刀弯：≤25mm/5000mm长 －带钢质量（包括厚度公差）：符合GB709-88或DINEN10051的要求。 2.3.3.2. 钢卷卷取精度 －钢卷塔形：≤5mm －钢卷层错：≤1mm －CPC自动对中精度：±1mm 3. 机组主要技术参数： －最大轧制压力：7000kN －最大轧制速度：max. 500 m/min －机组穿带速度：30m/min －开卷张力：3.2～32kN －卷取张力：5.4～54kN －入口张力辊与平整机间张力：6.5～65kN －出口张力辊与平整机间张力：9.7～97kN －工作辊尺寸：?420/?380×1450 mm －支撑辊尺寸：?800/?740×1450 mm －张力辊尺寸：?610×1550 mm －开卷机卷筒直径：?508mm （真圆）涨缩范围：?480/?520 mm －张力卷取机卷筒直径：?508mm（真圆）涨缩范围：?480/?50 8 mm －AGC液压缸：二个 －工作辊正弯辊力（单侧）：300 kN －工作辊负弯辊力（单侧）：200 kN －机架立柱断面：40×55=2200 cm2 －工作辊最大开口度（新辊）：20 mm －推上液压系统压力：25 MPa
在这种模式下，无需张力检测反馈装置，就可以获得更为稳定的张力控制效果，结构简洁，效果较好。但变频器需工作在闭环矢量控制方式，必须安装测速电机或编码器，以便对电机的转速做精确测量反馈。转矩的计算公式如下： T= （ F× D ） / （ 2× i ） 其中： T 变频器输出转矩指 令 F 张力设定指令 i 机械传动比 D 卷筒的卷径 电机的转矩被计算出来后， 用 来控制变频器的电流环， 这样就可以控制电机的输出转矩。 控制电机的输出转 矩。 控制电机的输出转矩 所以转矩计算非常重要。 这种控制多用在对张力精度
要求不高的场合， 在我鑫科公司就有广 泛的应用。如精带公司的脱脂机、气垫炉 的收卷控制中都采用了这中控制模式。 二、转矩模式下转矩模式下的张力开环控 制 张力闭环控制是在张力开环控制的基础上增加了张力反馈闭环调节。 通过张力 检测装置 反馈张力信号与张力设定值构成 PID 闭环调节，调整变频器输出转矩 指令，这样可以获得 更高的张力控制精度。其张力计算与开环控制相同。不论采 用张力开环模式还是闭环模式， 在系统加、减速的过程中，需要提供额外的转矩 用于克服整个系统的转动惯量。如果不加补 偿，将出现收卷过程加速时张力偏 小，减速时张力偏大，放卷过程加速时张力偏大，减速时 张力偏小的现象。 这种 控制模式多用在造纸、 纺织等卷取微张力控制的场合下。 在我公司尚无需这种控 制。 卷径计算 在所有的模式中都需要用到卷筒的卷径，
大家知道， 在生产过程 中开卷机的卷径是在不 断变小，卷取机的卷径在不断变大，也就是说转矩必须随着卷径的变化而变化，才能获得稳 定的张力控制。可见卷筒的卷径计算是多么地 重要。卷径的计算有两中途径：一种是通过外 部将计算好的卷径直接传送给变频 器，一般是在 PLC 中运算获得。另一种是变频器自己运 算获得， 矢量控制型变 频器都具有卷径计算功能， 在大多数的应用中都是通过变频器自己运 算获得。这 样可以减少 PLC 程序的复杂性和调试难度、降低成本。 变频器自己计算卷径的 方法有三种： 变频器自己计算卷径的方法有三种： 1 、 速度计算法： 、 速度计 算法：
10本文从应用的角度阐述了当前技术条件下，矢量变频技术在卷取传动中运用和设计的方法和思路。有较强的实用性和理论指导性。 关键词： 张力变频矢量转矩卷径 引言： 在工业生产的很多行业，都要进行精确的张力控制，保持张力的恒定，以提高产品的质量。诸如造纸、印刷印染、包装、电线电缆、光纤电缆、纺织、皮革、金属箔加工、纤维、橡胶、冶金等行业都被广泛应用。在变频技术还没有成熟以前，通常采用直流控制，以获得良好的控制性能。随着变频技术的日趋成熟，出现了矢量控制变频器、张力控制专用变频器等一些高性能的变频器。其控制性能已能和直流控制性能相媲美。由于交流电动机的结构、性价比、使用、维护等很多方面都优于直流电动机，矢量变频控制正在这些行业被越来越广泛的应用，有取代直流控制的趋势。 张力控制的目的就是保持线材或带材上的张力恒定，矢量控制变频器可以通过两种途径达到目的：一、通过控制电机的转速来实现；另一种是通过控制电机输出转矩来实现。 速度模式下的张力闭环控制 速度模式下的张力闭环控制是通过调节电机转速达到张力恒定的。首先由带（线）的线速度和卷筒的卷径实时计算出同步匹配频率指令，然后通过张力检测装置反馈的张力信号与张力设定值构成PID闭环，调整变频器的频率指令。 同步匹配频率指令的公式如下： F=（V×p×i）/（π×D） 其中：F 变频器同步匹配频率指令V 材料线速度p 电机极对数（变频器根据电机参数自动获得）i 机械传动比D 卷筒的卷径 变频器的品牌不同、设计者的用法不同，获得以上各变量的途径也不同，特别是材料的线速度（V）和卷筒的卷径（D），计算方法多种多样，在此不一一列举。 这种控制模式下要求变频器的PID调节性能要好，同步匹配频率指令要准确，这样系统更容易稳定，否则系统就会震荡、不稳定。这种模式多用在拉丝机的连拉和轧机的连轧传动控制中。若采用转矩控制模式，当材料的机械性能出现波动，就会出现拉丝困难，轧机轧不动等不正常情况。 转矩模式下的张力控制 一、转矩模式下的张力开环控制
平整机知识文档 二冷连退班 张建亮
一、工艺控制介绍 1.1 工艺简介 平整机顾名思义，其作用就是对带钢板材进行平整，改善带钢机型性能；扩大塑性变形范围；消除其屈服平台；而且可以借助平整机工作辊的不同粗糙度使带钢具有光亮或麻毛的表面。此外带钢在退火过程中会因受热而变软变形，板形变坏，通过平整可以在一定程度上减轻和消除板型缺陷。在平整机系统中最重要的工艺参数是带钢延伸率，平整机的控制目标就是确保沿带钢方向上延伸率的均匀一致，因此延伸率控制是平整机最为重要的部分。 二冷连退线应用的是单机架六辊CVC平整机，系统主要包括：平整机高压站，湿平整系统，换辊系统，板型控制系统，张力控制系统，轧制力控制系统（HGC），延伸率控制系统。 图1.1 平整机设备简图 平整机的作用： （1）消除带钢的屈服平台，以避免在冲压成形时产生滑移线。 （2）通过降低屈服点来改善抗张强度塑性变形范围。 （3）提高带钢的平直度。 （4）改善带钢表面的粗糙度。 由于连续退火时的高温时效作用，带钢在张力的作用下会出现屈服平台，这对带钢的后续深冲加工或拉伸不利，所以必须使用平整机进行平整。 平整机机组主要包含以下几个关键设备： ?平整机?换辊系统? 5号、6号张紧辊? TM8和TM9测张辊 ?前后防皱辊?板型仪?湿平整和吹扫设备?烟气排放系统
1.2 重点控制系统分析 1.2.1平整机高压站 图1.2 平整机高压站 高压站为HGC，上支承辊动作，工作辊弯辊，中间辊弯辊，中间辊窜辊（CVC）提供液压动力，包括2个循环泵，工作状态为1用1备，3个主泵，工作状态为2用1备，冷却和加热装置，液位、温度、压力等检测设备。高压站控制程序主要负责控制循环泵和主泵的运行以及自动加热和冷却。循环泵的运行条件如下表所示：主泵与循环泵的运行条件相同，只是压力开关设定参数不同。 表 1.1 平整机高压站循环泵运行条件 而加热和冷却装置则由温度开关反馈温度信号来实现自动控制，由程序控制，当温度
20世纪60年代，特别是80年代以来，随着电力电子技术、现代控制理论、计算机技术和微电子技术的发展，逐步形成了集多种高新技术于一身的现代电气传动技术。高精度、高可靠性的变频调速系统，凸显了交流异步电动机结构简单、价格便宜、工作可靠和维护方便等优点，为冶金处理线的张力控制技术的发展提供了强有力的保证。 2 带钢张力的作用 采用张力控制防止带钢堆拉现象发生，同时，张力在生产过程中也发挥着十分重要的作用，主要表现在以下几个方面[1]： 2.1 防止带钢跑偏 在实际生产过程中，由于各种因素的影响，带钢在运行过程中容易发生跑偏，而且会随着运行而越来越严重。为了防止跑偏，可以采用纠偏辊或八字辊，但这两种方法都有一定的时滞，有一定的局限性。而适当调节张力值，维持张力稳定，带钢可以在一定的张力作用下平稳的运行，张力反映迅速，无时滞，所以是防止带钢跑偏的有效方法。 2.2 有利于控制带钢的板形 板形是衡量带钢质量的重要指标，板形良好指的就是带钢的平制度好，如边部起浪，中部浪皱等，这主要是由于变形不均匀，使带钢中的残余应力超出了稳定所允许的拉应力。当采用微张力控制时，使带钢沿宽度方向上的拉力不超过所允许的拉应力，由此来保持带钢板形的平直。 2.3 有利于控制加热面积的控制 炉区的入口段是预热炉，里面没有炉棍，是一段悬空的带钢。两边喷嘴加热带钢。利用张力可以调节带钢的悬垂度，保证在预热炉内的带钢充分加热。此外，张力在煅烧过程中可以适当调节张力辊电机的负荷。可见张力控制对于正常生产是非常重要的的保证。而通过张力产生的原理分析，我们可以找出控制或影响张力的有关原因。 3 带钢张力控制方案 以冶金处理线的控制为例，介绍具体控制方案。 图 1表示了一条简单处理线的主要传动设备，由开卷机、卷取机、活套和若干张力辊组成。开卷机，卷取机，活套分别建立各段张力，张力辊根据工艺需要分断上下游张力。处理段br2参与tm1(张力计)的直接张力控制，其他张力辊作为各速度区域(活套将全线分成入口、中部、尾部三段)的速度基准[2]。图上红色表示主速度辊。针对不同的控制对象，我们采取不同的传动方案。 图1 带钢处理线 3.1 主速度辊控制 主速度辊控制如图2所示。转速设定与编码器负反馈比较后，经过速度环pi调节，作为转矩给定输入电机模型，电机模型再通过矢量控制法对马达进行控制。其中 a为附加转矩，b为转矩限幅。以br1为例，它需要分断开卷张力和活套张力，而且是入口段的速度基准。因为主要任务是保证入口速度按设定运行，它应采取纯速度控制方案。见图1：其中a处附加转矩可以作为预设值放在速度调节器的后面，使得马达启动时按我们计算的转矩运行，速度调节器再此基础上微调，保证速度的精确性。在实际应用中，我们可以将加速度、摩擦力等损失以及上下游张力差经过计算后作为预设值。这样可以大幅度提高生产线启动过程的
1.什么是张力控制：所谓的张力控制，通俗点讲就是要能控制电机输出多大的力，即输出多少牛顿。反应到电机轴即能控制电机的输出转距。 2.真正的张力控制不同于靠前后两个动力点的速度差形成张力的系统，靠速度差来调节张力的实质是对张力的PID控制，要加张力传感器。而且在大小卷启动、停止、加速、减速、停车时的调节不可能做到象真正的张力控制的效果，张力不是很稳定。肯定会影响生产出产品的质量。 用变频器做恒张力控制的实质是死循环矢量控制，即加编码器反馈。对收卷来说，收卷的卷经是由小到大变化的，为了保证恒张力，所以要求电机的输出转 距要由小到大变化。同时在不同的操作过程，要进行相应的转距补偿。即小卷启动的瞬间，加速，减速，停车，大卷启动时，要在不同卷经时进行不同的转距补偿， 这样就能使得收卷的整个过程很稳定，避免小卷时张力过大；大卷启动时松纱的现象。 二．张力控制变频收卷在纺织行业的应用及工艺要求 1．传统收卷装置的弊端 纺织机械如：浆纱机、浆染联合机、并轴机等设备都会有收卷的环节。传统的收卷都是采用机械传动，因为机械的同轴传动对于机械的磨损是非常严重的，据了解， 用于同轴传动部分的机械平均寿命基本上是一年左右。而且经常要维护，维护的时候也是非常麻烦的,不仅浪费人力而且维护费用很高,给客户带来了很多的不便。 尤其是纺织设备基本上是开机后不允许中途停车的，如发生意外情况需要停车会造成很大的浪费。在这种情况下，张力控制变频收卷开始逐渐取代传统的机械传动系 统。 2．张力控制变频收卷的工艺要求 * 在收卷的整个过程中都保持恒定的张力。张力的单位为：牛顿或公斤力。 * 在启动小卷时，不能因为张力过大而断纱；大卷启动时不能松纱。 * 在加速、减速、停止的状态下也不能有上述情况出现。 * 要求将张力量化，即能设定张力的大小（力的单位），能显示实际卷径的大小。 3．张力控制变频收卷的优点 * 张力设定在人机上设定，人性化的操作,单位为力的单位:牛顿. * 使用先进的控制算法:卷径的递归运算;空心卷径激活时张力的线性递加; 张力锥度计算公式的应用;转矩补偿的动态调整等等. * 卷径的实时计算，精确度非常高，保证收卷电机输出转矩的平滑性能好。并且 在计算卷径时加入了卷径的递归运算，在操作失误的时候，能自己纠正卷径到正确的数值。 * 因为收卷装置的转动惯量是很大的，卷径由小变大时。如果操作人员进行加速、 减速、停车、再激活时很容易造成爆纱和松纱的现象，将直接导致纱的质量。 而进行了变频收卷的改造后，在上述各种情况下，收卷都很稳定，张力始终恒 定。而且经过PLC的处理，在特定的动态过程，加入一些动态的调整措施， 使得收卷的性能更好。 * 在传统机械传动收卷的基础上改造成变频收卷，非常简便而且造价低，基本 上不需对原有机械进行改造。改造周期小，基本上两三天就能安装调试完成。 * 克服了机械收卷对机械磨损的弊端，延长机械的使用寿命。方便维护设备。
双机架平整机恒延伸率生产工艺的研究与应用 随着我国经济的快速发展，轻工和食品以及家电等各个行业也都在不断地发展，同时，也扩大包装材料的需求。随着新包装材料的出现，常用包装材料电镀锡板压力也更大了。为了将镀锡产品性能的要求得以有效地满足，材料的研度和强度得以提升，二次冷轧双机架平整技术脱颖而出。在平整轧制工艺中，延伸率是最主要的工艺参数，对产品机械性能有直接的影响，所以，必须要控制延伸率的闭环。 标签：双机架平整机;控制延伸率;生产工艺;应用 前言： 介绍控制延伸率的基本原理，运用张力调节方式和自动更换轧制力调节，来有效地调整延伸率，从而使平整机不但能够将张力与轧制力之间的平衡得以满足，而且，延伸率精度也能够得到保证。 一、控制延伸率的基本原理 针对于平整轧制而言，控制延伸率是主要的控制方式。控制延伸率的原理：测量以后，将延伸率值计算出来，与设定值进行比较，延伸率的偏差得出来，通过调节器有调节量产生，作为附加张力或者附加轧制力，运用执行机构动作作将张力或者轧制力调节系统的误差消除，从而使控制延伸率闭环得以实现。 通过控制延伸率的基本原理可以显示，张力与轧制力一同作用的结果就是延伸率。通过许多试验研究便可知道，张力和轧制力调节带钢延伸率的效果随着不同带钢厚度不同也有所不同。1毫米以上比较厚规格带钢，张力作用的效果相对比较弱，轧制力作用比较明显，对轧制力先进行调节;0.4毫米以下的薄规格带钢的张力作用效果相对比较明显，对延伸率进行调节时，应该将前后的张力先进行调节。各种调节手段调节的范围都比较有限，先选用的调节手段，如果调节量限定时达到时，就会向另种调节手段自动进行切换，从而使控制延伸率的目标得以保证。 二、双机架平整机恒延伸率生产工艺的应用 （一）延伸控制模式的分类 1.单机平整模式。单机平整工作模式下，脱开1号机，只投入2号机架，并且在平整模式下进 行工作，利用延伸率闭环将控制要求有效地实现。单机架控制延伸率闭环模式，见图l所示。
前言 随着我国国民经济的快速发展，城市化步伐的加快以及汽车产业的推动，钢材需求日益增长。在工业发达国家中，热连轧带钢以占板带钢总产量的80%左右，占钢材总产量的50%以上，因而在现代轧钢生产中占着统治地位。然而平整机是热轧带钢中至关重要的部分，平整机使带钢获得必要的性能和表面质量，满足后工序加工的要求。 1.1热轧带钢技术的梗概 带钢生产技术发展至今已有80多年的历史，现在已经是第四代轧机，板形控制技术目前也已经发展得较为成熟。在相关技术比较完善的情况下，建立大型轧钢厂可以节约很多在技术改进上的投资，可以在建成时就采用目前最先进的技术，还可以借鉴其他车间的生产经验，少走一些弯路，一步到位。 带钢是有一个比较特殊的钢铁产品，其直供比例非常高，40%以上直接进入厂家，目前带钢有时也作为冷弯型钢的坯料，广泛用于制造小五金、自行车车架、轮圈、弹簧片、锯条等。通过对近五年的统计，可看出带钢消费正以一个较快的速度发展。在国内外带钢生产逐渐减少的情况下，我国作为一个发展中国家，对带钢的需求不断增加，虽然受汽车等产业规模的限制，但五金产品国内外需求量都较大。同时我国现在基础建设规模很大，对焊管、型材的需求也相应增加，带钢的需求仍保持较高水平。 热轧板带的主要工艺流程如下：
热轧带钢是重要的钢材品种，对整个钢铁工业的技术进步和经济效益有着重要影响。随着经济的发展和社会的不断进步，热轧带钢的技术也得到了显著的提升。以下则是国内外带钢技术进步的几个方面： 国外热轧宽带钢生产的技术进步表现在以下几方面:①热带钢无头轧制技术②薄板坯连铸连轧技术③铁素体区轧制生产工艺④铸轧薄带钢的CASTRIP工艺 国内热轧宽带钢生产概况如下:①传统的热带轧机②薄板坯连铸连轧③铁素体区轧制生产工艺 1.2平整机在热轧带钢中目的和分类 平整机，特别适用于带钢平整机及冷轧光整机。经过再结晶退火和镀锌后的带钢往往需要平整，使带钢获得必要的性能和表面质量，满足后工序加工的要求。在连续热镀锌机组上的平整机，平整实质是一种小压下量的轧制变形。 平整是冷轧不锈钢精整的第一道工序，也是冷轧的最后一道工序。它不以减小厚度为目的，而是以改善力学性能，保证产品的成形加工性、修正板形，得到平直的钢板、根据用户的使用要求，加工一些特殊表面（光面或麻面）的钢板。 1)对于奥氏体不锈钢主要是带钢表面上光和板型的修正 2)对于铁素体不锈钢除了带钢表面上光外，更重要的是改善力学性能（消除材料的吕德斯带，避免在随后的加工中，材料出现45度方向的裂纹）3）获得特殊表面的带钢 改善板型、表面上光不论什么钢种、什么用途的钢板都要求平直，而退火酸洗后的带钢板型一般都不理想，需通过平整来修正；另外经退火酸洗后，带钢表面都失去了冷轧光泽，平整可以给带钢表面上光。对于铁素体不锈钢，平整最重要的目的是改善力学性能。铁素体不锈钢，也包括一些低碳马氏体钢，退火后在拉伸变形时会产生“屈伏延伸现象”。表面上产生绒状或树状的不均匀变形花纹，即所谓滑移线。在随后加工时会出现“折皱”和“荷叶边”。为消除这种缺陷，需要对带钢作适当的平整，使其预先产生一个均匀的永久变形，从而在拉伸变形中不产生“屈伏延伸”。 改善表面的精加工状态不锈钢根据用途不同，表面状态有光面（如2B）和麻面之分。光面板要求具有良好的光洁度，需用光洁度很高的轧辊平整；而麻