单机架可逆冷轧机直接张力控制与间接张力控制的比较

单机架可逆冷轧机直接张力控制与间接张力控制的比较
董国龙 赵 波
（黑龙江省牡丹江恒丰纸业股份有限公司 黑龙江 牡丹江 157013）
摘 要： 在单机架可逆冷轧机轧制过程中，张力控制是影响产品精度的主要原因之一。

简要介绍间接、直接张力控制的方法及其优缺点。

关键词： 单机架可逆冷轧机 直接张力控制 间接张力控制 卷取机
中图分类号：TG333 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0620126－01
六辊可逆冷轧机组是在常温状态下，将材质为普通碳素钢和低合金优质钢，厚度为1.5～4.0mm 的经过酸洗切边后的热轧带卷，经过若干道次的轧制，使其成为具有所需厚度、表面粗糙度的各种规格的冷轧带卷。

张力就是加在轧件上的前、后拉力。

当力的方向与轧制方向相同时，称为前张力；而力的方向与轧制方向相反时，称作后张力。

在单机架可逆冷轧机组中，采用恒张力轧制工艺，采用恒张力的目的是防止轧件跑偏，使轧件平直；降低轧件的变形抗力，轧制出更薄的产力矩法。

品；降低轧制力，减少能力损耗。

在电流、电势复合控制法中，电流控制由速度调节器、电流调节器和主机与卷取机之间带钢张力的波动，直接影响成品带材的质量，因综合限幅器来实现。

此，不仅在稳态轧制过程中，而且在加、减速的动态过程中也应保持张力的恒定。

式中： －电动机电枢总电流
张力自动控制分为间接控制法和直接控制法两种类型。

－建立张力的电枢电流 －空载电流
－轧机变速时的动态电流
在轧制过程中，速度调节器处于饱和工作状态，综合限幅调节器输入
动态与空载补偿电流值，经综合后向速度调节器输入限幅值，以控制其输出的限幅值，即维持张力恒定所需的总电流值，再通过电流调节器使总电流值维持恒定。

电流、电势复合控制法的优点是直观，即 ，缺点是不T -带钢张力；v -带钢速度；M1-机前卷取机转矩；n1-机前卷取机转能充分利用电机转矩，不论高速或低速转动，只有在卷径最大的时候才能速；M2-机后卷取机转矩；n2-机后卷取机转速。

满磁工作，否则就是弱磁工作，所以在电机启动和加速过程中电机力矩不图1
能充分利用。

又因为 ，且电机的弱磁倍速等于卷径变化的倍速，所在图1所示的轧制状态下，机前卷取机的张力是前张力，电机处于电以卷径的变化倍数增大时，也就是要求电机的弱磁倍数增大，使得电机的动状态，机后卷取机的张力是后张力，电机处于发电状态。

体积也增大。

卷取机电机的输出力矩：最大力矩法的特点是卷取机电机能够提供一个与工作瞬时转速相对应
式中：Ce －电动机的转矩常数
的最大力矩。

这种控制在基速以下时电动机满磁工作，即 －电动机的激磁常数
所以只要保持 恒定就可以使张力T 恒定。

I a －电动机电枢电流
最大力矩法的优点是无论卷径的大小，基速以下电动机均是满磁工卷取机张力控制系统包括电流、电势和动态补偿、空载补偿等几部作，能够合理利用电动机功率，又因为弱磁倍速与卷径无关，所以可以选分。

用弱磁倍数小的电动机。

其缺点是电枢电流与张力无对应关系，难以掌握电流控制由速度调节器、电流调节器和限幅控制器来实现。

通过检测系统的张力大小，机械损耗也会影响张力误差。

卷取机转速、带钢线速度、电机转矩电流，与设定张力值进行比较，形成闭环，以控制电流调节器的输出，维持张力恒定所需的总电流值，使得卷取机张力恒定。

在轧制过程中，机前卷取机处于电动状态，转矩与速度方向相同；机后卷取机此时处于发电状态，转矩与速度方向相反。

卷取机力矩平衡方程式：
式中： T －轧机与机后卷取机之间带钢所承受的张力
D －机后卷取机钢卷直径 －传动机械装置的效率 I －传动机械装置的减速比
2 间接张力控制
间接张力控制的核心功能是用设定的张力值乘以直径D 作为输入转矩值，而通过电机电枢电流计算出的转矩作为反馈值，形成闭环，以控制电流调节器的输出，维持张力恒定所需的总电流值，使得卷取机张力恒定。

3 直接张力控制
直接张力控制法是利用张力计直接测量带钢张力，并将它作为反馈信号，与张力设定值进行比较，形成闭环，以控制电流调节器的输出，维持张力恒定所需的总电流值，使得卷取机张力恒定。

4 直接张力控制与间接张力控制的比较
通过在轧制过程中，带钢速度、轧制力、卷取机速度、卷取机钢卷直
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5）学生名单导入
根据高校理工科教学的内容，作者开发了一系列基本的虚拟实验，如数据库student 表中，由于学生用户较多，单独创建学生账号来增加虚拟示波器、虚拟信号频谱分析仪、虚拟巴特沃斯滤波器等一系列虚拟仪student 表中的记录工作量很大。

MySQL 提供了批量装载数据的方法，指令器子VI ，共同构成一个虚拟仪器实验教学系统。

系统界面如图3所示。

格式如下：load data local infile “文件名”into table “表名”，该虚拟实验系统内的实验内容，可以根据各院校开设的课程不同进行调语句读取位于客户机上当前目录中数据文件中的内容，并将其发送到服务整，教师可以自行设计实验内容，还可以布置实验项目给学生开发，整个器装入相应的表格。

过程生动自由，扩展性很强，这样一来，既能让学生深入了解专业课程的6）账号管理
原理，又锻炼了学生的创新能力，增加他们对专业研究的兴趣。

由于实验指导教师和管理员人数不多，教师账号、管理员账号可以由 3 结束语
高级管理员从管理员页面动态的创建和删除，也可以从文件中批量转载到本实验管理系统的设计是利用USB 接口的数据采集卡采集信号，基于相应的表格中。

LabVIEW 可视化编程平台开发上位机虚拟仪器系统，提高了实验仪器设备7）实验管理
的利用率。

该实验管理系统能够采集学生实验过程中的各种测量数据（如实验由管理员或高级管理员创建或删除，实验指导教师无权创建或删一个放大器的静态工作点、输入电阻大小、输出电阻大小、带宽、电压、除实验。

管理员可以从管理员页面动态的创建和删除，也可以从文件中批增益等），以文本或图表的形式记录实验结果；实验原始数据通过实验管量转载到exp_list 表格中。

理系统被实时的提交到服务器上；学生通过该管理系统可以在现场或通过8）数据查询
校园网提交实验报告；教师可以实时在网上查看学生的实验情况，提供实学生通过自己的学号作为账号登陆成功后，可以查看教师给出的成时指导，及时互动，有效地防止少数学生实验报告抄袭等不良情况，有利绩。

实验指导教师根据给定的账号登陆成功后，可以检查自己学生的实验于老师更客观地给出实验成绩；实现了网络化管理，提高了高校实验管理完成情况，批阅实验报告，并给出实验成绩。

管理员可以查看所有实验的水平，对高校的实验教学改革提出了一个切实可行的发展方向。

完成情况。

2 虚拟实验系统
参考文献：
[1]张爱平，LabVIEW 入门与虚拟仪器，北京：电子工业出版社，2004.[2]杨乐平、李海涛、杨磊，LabVIEW 程序设计与应用（第2版），北京：电子工业出版社，2005.
[3]崔光佐、程旭、杨芙清，基于WWW 的网上虚拟实验室设计与实现[M].高等教育出版社，1999.
[4]张洪生，基于网络的远程虚拟实验室，现代远程教育研究，2005（2）：76-78.
图3
虚拟仪器实验教学系统界面
径都是在实时变化，而且互相影响，例如为了保证带钢的厚度，主机轧制力不断调整，带钢张力、带钢速度都随之产生一定的波动，而卷取机钢卷的直径是通过带钢速度与卷取机转速计算出来，所以钢卷的直径也产生一定的波动。

通过上面的介绍，这些参数的测量精度将直接影响张力的控制精度。

间接张力控制法直接测量电机电流并参与控制，实时性能好，相应快，尤其在机组启动及加减速过程中，能够保证张力波动小；缺点是无法掌握带钢的实际张力，如上所述，在间接张力控制法中，张力是通过相关量精度的影响，也就是带钢的实际张力与设定张力存在一定的误差。

直接张力控制法的优点是，通过张力计测量张力，有利于掌握带钢的实际张力，而且利用实测张力值作为反馈信号，控制系统简单，张力控制精度较高（即张力计的检测精度），卷径、速度变化等不会影响张力，所张力实测曲线
以精度较高。

但带钢的张力是通过张力计测量出来，然后传给控制装置，通过这张张力实测曲线，可以看出间接张力控制的开卷机的张力，在产生一定的时间滞后，影响张力的实时控制，尤其在建立张力的过程中，加减速、恒速过程中，张力波动较小，而直接张力控制的卷取机的张力波张力反馈的滞后、突然投入，非常容易产生“反弹”现象，在加减速过程动相对较大。

中，产生加大的张力波动。

此外，由于通过张力计测量的张力精度较高， 5 小结
有利于张力的实时监控，但正是较高的测量精度，使得电流调节器不断进直接张力控制法和间接张力控制法都是各有优缺点，在轧制较厚带钢行调整，不利于控制系统的稳定，出现张力一直存在一定的波动。

时，对于张力的波动要求相对小一些，宜采取直接张力控制法。

在轧制薄下图为某单机架可逆冷轧机组张力实测曲线，开卷机采用间接张力控带钢时，张力的波动对张力的波动要求较高一些，宜采用间接张力控制制法，机后卷取机采用直接张力控制法。

法。

（上接第126页）。