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摘要：文章主要论述了在冷连轧控制系统中入口张力辊的应用。随着冷连轧自动化技术的发展，张力辊的控制方式不断改进，通过新型双闭环的设计使用，并在实践中得到了理想的控制效果。
关键词：冷连轧；张力辊；双闭环
中图分类号：TM571 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）32-0057-02
1 概述
冷连轧过程中，带钢不仅受到轧辊的轧制压力，而且还承受张力。带钢张力对压下率和板形有很重要的作用。由于张力辊（又称S辊）是机组的重要设备单元，带钢包绕在张力辊上，在其包绕接触处（即包角处）产生摩擦力，正是这个摩擦力，使出口张力与入口张力按某种规律变化，借此改变张力值。
2 入口段张力辊设备结构及性能
入口段张力辊的作用是分隔开卷段张力和入口活套张力。此张力辊由辊子、底座、压辊、传动装置组成。传动装置由减速机、制动器和直流电机组成；该张力辊由两台辊子组成，呈S形布置，保证所需要的钢带包角。按照钢带行走的方向，这两台辊子分别称为1号辊和2号辊。
3 入口张力辊的控制
本文介绍的张力辊的主要功能是在生产轧制过程中保证活套入口的带钢张力稳定。从结构上看双闭环系统是一个以电流调节作为内环，以转速调节作为外环的转速、电流双闭环调节系统。该系统由转速调节器、电流调节器、触发系统、电流传感器、脉冲编码器等组成。其中，为了使转速和电流两种反馈分别起作用，各种补偿的转矩转换成电流与转速调节器的输出叠加作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制触发系统。
该张力辊电机采用主从控制，2号辊电机为主，1号辊电机为从。两台电机都是速度控制系统，速度给定值由操作人员根据工艺需要设定。主电机的速度信号作为从电机的补偿附加力矩信号给定。这样就实现了主辊和从辊的速度跟随，同时也实现了电机输出力矩的平衡。通过控制该张力辊的速度，实现了带钢进入活套的速度控制。配合PLC的逻辑程序控制，实现了入口段点动、入口段爬行、入口段加减速、入口段同步，从而实现穿带、甩尾、充套、放套、同步运行等功能。
双闭环具体控制框图如图1所示：
此系统中以M2电机为主，而M1电机为从。M1有以下特点：通过电缆连接，将M2的速度调节器的输出附加到M1的转矩给定上，这样主从电机共用一个速度环，提高了响应速度；对于速度调节器来说，只是比例调节器，同样也是为了提高响应速度，使从电机快速跟随主电机的变化而变化。
控制思想：为了实现主辊和从辊的速度跟随和输出力矩的平衡，采用主电机转速调节器的输出速度信号百分比，经过限值和计算，转化为转矩信号叠加在从电机的补偿转矩给定上。当主辊所承受的负载发生波动时，会影响主电机的实际转速，造成转速调节器的输出信号发生变化，这个信号的变化会及时地反馈到从辊的补偿转矩给定上，从而改变了从电机的电流给定值，从辊的力矩输出会发生相应的变化。这样就实现了另外一个闭环控制，即电流的闭环控制。
点动时电机为速度控制系统，速度环与电流环同时参与控制；建张时，速度给定为零；此时，电流调节器控制着电机的电流给定。一般情况下，主电机和从电机都不做电流限幅，以便于在加减速时，实现电机力矩的满负荷输出，达到快速响应的目的。
速度给定：线速度给定值来自程序中的运算，根据设定的入口段工艺速度转化为百分比后给定速度输入环。点动时，线速度给定为一定值，点动包括正点动与反点动。补偿转矩给定：补偿转矩给定包括：弯曲转矩，惯量补偿，损失转矩。依据机械设备自身的动能损失，补偿电机的电流给定，增加了电机力矩输出的准确性，也增加了电机的力矩响应速度。
3.1 转矩与电流的转换关系
转矩与电流的关系通过下面的电机公式计算得出：
张力辊电机转矩给定值，送到张力辊电机全数字调速系统SPDM，并通过活套调速系统的调节作用，控制电机的负载电流，在张力辊正常工作中，速度调节器饱和使电机处于转矩控制状态，从而实现张力辊的张力控制。
3.2 角速度给定
角速度给定通过下面的计算公式得出：
3.3 转矩给定
张力辊的转矩给定通过下面的关系得出：
式中：表示弯曲转矩，表示惯量补偿转矩，表示损失转矩。
式中：表示硬度，表示厚度，表示宽度，表示辊径。其中硬度的单位是，由辊的材料决定。
式中：表示转动惯量，表示角加速度。转动惯量×，表示刚体的某个质点的质量，表示该质点到转轴的垂直距离。转动惯量只决定于刚体的形状、质量分布和转轴的位置，而同刚体绕轴的转动状态（如角速度的大小）无关。规则形状的均质刚体，其转动惯量可直接计算。不规则刚体或非均质刚体的转动惯量，一般用实验法测定。转动惯量应用于刚体各种运动的动力学计算中。由电机轴决定。
式中：表示速度损失量，表示张力辊的速度。通常是正值。
4 结语
通过在冷连轧的调试和运行充分证明，张力辊在连续作业的冷连轧机组中得到较精确的张力值及张力变化规律，从而能更好地控制张力，使整个机组的张力得到合理的匹配。这对于提高产品的质量，降低整个机组的能耗有着十分重要的意义。
作者简介：张磊（1975-），女，江西新余钢铁集团有限公司工程师，研究方向：工业自动化。
（责任编辑：周 琼）
关键词：冷连轧；张力辊；双闭环
中图分类号：TM571 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）32-0057-02
1 概述
冷连轧过程中，带钢不仅受到轧辊的轧制压力，而且还承受张力。带钢张力对压下率和板形有很重要的作用。由于张力辊（又称S辊）是机组的重要设备单元，带钢包绕在张力辊上，在其包绕接触处（即包角处）产生摩擦力，正是这个摩擦力，使出口张力与入口张力按某种规律变化，借此改变张力值。
2 入口段张力辊设备结构及性能
入口段张力辊的作用是分隔开卷段张力和入口活套张力。此张力辊由辊子、底座、压辊、传动装置组成。传动装置由减速机、制动器和直流电机组成；该张力辊由两台辊子组成，呈S形布置，保证所需要的钢带包角。按照钢带行走的方向，这两台辊子分别称为1号辊和2号辊。
3 入口张力辊的控制
本文介绍的张力辊的主要功能是在生产轧制过程中保证活套入口的带钢张力稳定。从结构上看双闭环系统是一个以电流调节作为内环，以转速调节作为外环的转速、电流双闭环调节系统。该系统由转速调节器、电流调节器、触发系统、电流传感器、脉冲编码器等组成。其中，为了使转速和电流两种反馈分别起作用，各种补偿的转矩转换成电流与转速调节器的输出叠加作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制触发系统。
该张力辊电机采用主从控制，2号辊电机为主，1号辊电机为从。两台电机都是速度控制系统，速度给定值由操作人员根据工艺需要设定。主电机的速度信号作为从电机的补偿附加力矩信号给定。这样就实现了主辊和从辊的速度跟随，同时也实现了电机输出力矩的平衡。通过控制该张力辊的速度，实现了带钢进入活套的速度控制。配合PLC的逻辑程序控制，实现了入口段点动、入口段爬行、入口段加减速、入口段同步，从而实现穿带、甩尾、充套、放套、同步运行等功能。
双闭环具体控制框图如图1所示：
此系统中以M2电机为主，而M1电机为从。M1有以下特点：通过电缆连接，将M2的速度调节器的输出附加到M1的转矩给定上，这样主从电机共用一个速度环，提高了响应速度；对于速度调节器来说，只是比例调节器，同样也是为了提高响应速度，使从电机快速跟随主电机的变化而变化。
控制思想：为了实现主辊和从辊的速度跟随和输出力矩的平衡，采用主电机转速调节器的输出速度信号百分比，经过限值和计算，转化为转矩信号叠加在从电机的补偿转矩给定上。当主辊所承受的负载发生波动时，会影响主电机的实际转速，造成转速调节器的输出信号发生变化，这个信号的变化会及时地反馈到从辊的补偿转矩给定上，从而改变了从电机的电流给定值，从辊的力矩输出会发生相应的变化。这样就实现了另外一个闭环控制，即电流的闭环控制。
点动时电机为速度控制系统，速度环与电流环同时参与控制；建张时，速度给定为零；此时，电流调节器控制着电机的电流给定。一般情况下，主电机和从电机都不做电流限幅，以便于在加减速时，实现电机力矩的满负荷输出，达到快速响应的目的。
速度给定：线速度给定值来自程序中的运算，根据设定的入口段工艺速度转化为百分比后给定速度输入环。点动时，线速度给定为一定值，点动包括正点动与反点动。补偿转矩给定：补偿转矩给定包括：弯曲转矩，惯量补偿，损失转矩。依据机械设备自身的动能损失，补偿电机的电流给定，增加了电机力矩输出的准确性，也增加了电机的力矩响应速度。
3.1 转矩与电流的转换关系
转矩与电流的关系通过下面的电机公式计算得出：
张力辊电机转矩给定值，送到张力辊电机全数字调速系统SPDM，并通过活套调速系统的调节作用，控制电机的负载电流，在张力辊正常工作中，速度调节器饱和使电机处于转矩控制状态，从而实现张力辊的张力控制。
3.2 角速度给定
角速度给定通过下面的计算公式得出：
3.3 转矩给定
张力辊的转矩给定通过下面的关系得出：
式中：表示弯曲转矩，表示惯量补偿转矩，表示损失转矩。
式中：表示硬度，表示厚度，表示宽度，表示辊径。其中硬度的单位是，由辊的材料决定。
式中：表示转动惯量，表示角加速度。转动惯量×，表示刚体的某个质点的质量，表示该质点到转轴的垂直距离。转动惯量只决定于刚体的形状、质量分布和转轴的位置，而同刚体绕轴的转动状态（如角速度的大小）无关。规则形状的均质刚体，其转动惯量可直接计算。不规则刚体或非均质刚体的转动惯量，一般用实验法测定。转动惯量应用于刚体各种运动的动力学计算中。由电机轴决定。
式中：表示速度损失量，表示张力辊的速度。通常是正值。
4 结语
通过在冷连轧的调试和运行充分证明，张力辊在连续作业的冷连轧机组中得到较精确的张力值及张力变化规律，从而能更好地控制张力，使整个机组的张力得到合理的匹配。这对于提高产品的质量，降低整个机组的能耗有着十分重要的意义。
作者简介：张磊（1975-），女，江西新余钢铁集团有限公司工程师，研究方向：工业自动化。
（责任编辑：周 琼）