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【摘 要】张力控制是冷轧后处理线产品质量控制的一个重要环节，活套张力控制是张力控制中的一个关键点，连续后处理线活套均采用立式活套。当前连续后处理线的趋势是带钢薄、速度高、张力小。如果活套张力控制不稳定，带钢与辊子产生相对运动时容易出划伤，也可能导致带钢跑偏，严重时甚至刮边将带钢在活套中撕断，导致停机事故。本文介绍了一种改进的立式活套控制模式，此模式中活套采用带传动底辊，并采用张力差控制，优化了立式活套张力控制精度。
【关键词】冷轧后处理线；立式活套；带传动底辊；张力差控制
为保证冷轧后处理产线生产过程连续不间断地进行，需采用相关的活套设备。用活套作为入口区，工艺区和出口区之间的缓冲，这些缓冲可以使带钢在一定时间内保持生产连续运行，例如：对于入口区活套，开始上卷时被充满一定套量的带钢，如果一个新的钢卷投入到入口（入口速度=0），该活套可以使工艺段继续运行；对于出口区活套，开始时被放空，在进行钢卷变换作业期间，该活套可以吸收来自工艺段的带钢。简单的说，立式活套可以抽象地理解成重物为带钢的滑轮组，通过控制卷扬升降产生所需要的活套张力。
一、立式活套张力控制
立式活套张力传统控制方式，一般有两种：转矩控制与张力控制。
（一）转矩控制
转矩控制又称转矩调节，就是通过直接控制电机的转矩来控制带钢的张力。当电机的转矩增加时，活套内带钢张力增大，当电机转矩减小时带钢张力减小。电机转矩由几部分组成，其中最主要的是张力转矩，即根据带钢的张力给定直接计算出电机所需的转矩，此外还有一些补偿量如带钢的惯量、摩擦、带钢自重、弯曲损耗等。活套电机总的转矩包括以下几个部分：
Tq= Tqt+ Tqa+ Tqf （1）
式中，Tq为电机总的转矩；Tqt为张力设定的转矩；Tqa为加速转矩；Tqf为与速度相关的摩擦转矩。将Tq作为附加转矩叠加到速度环后面进行转矩补偿。考虑到活套的各种补偿的误差，将速度调节器放开，设置为比例调节器。其中Tqt为张力设定的转矩；Tqa为加速转矩；Tqf为与速度相关的摩擦转矩均通过计算得到。
（二）张力控制
张力控制是将张力给定与张力实际值进行比较，然后将张力偏差进行PI调节，最后将张力调节器的输出叠加到速度给定上，通过速度调节器来最终控制张力。
张力控制可以分为需要张力检测元件和不需要张力检测元件两种方式。有张力检测元件时，张力实际值直接由张力检测元件产生。如果没有张力检测元件，就需要构造一个张力观测器，由张力观测器估计出的张力实际值作为张力调节器的反馈值。张力观测器就是根据电机的实际转矩减掉相关的补偿估计出一个张力实际值。
二、张力控制方式的选择
转矩控制方式由于没有张力实际值检测环节，实际张力与给定张力必然存在一定的偏差，且活套在低速运行时，由于速度调节器的调节能力有限，容易产生张力波动。带张力观测器的张力控制对相关的补偿测试要求较高，否则容易产生张力波动，且由于观测出的张力实际值存在偏差，实际张力与需求张力必然存在一定的偏差。对于活套张力精度要求较高，项目资金充裕，均采用带张力检测元件的张力控制方式。
三、现有控制方式存在的问题
设计中，张力检测单元放在活套入口转向辊（TM1）。带钢在活套中恒速稳定运行时，张力损失呈现“从前往后”的特点（即，活套的出口张力大于入口张力），从这点上可看出活套入口和出口张力是不一致的。且由于在活套内道次多，带钢量很大，存在多种形式的张力损失，例如：纠偏辊纠偏需要的张力损失、带钢弹塑性弯曲的张力损失、活套辊轴承摩擦的张力损失、带刚加减速是的张力损失、带钢带动活套辊加减速时的张力损失、离心力引起的张力增加、带钢重量引起的张力损失。各种因素导致活套小车在实际运行中并不是完全水平的，造成了很大的活套入、出口张力差。改造中活套的出口增加一个张力检测单元（TM2），比较TM1和TM2的张力值已得到证实。
综上，活套的入口与出口，以及所有道次的带钢张力是不一致的，在要求精确控制的情况下，很难满足控制要求。
四、增加张力差控制解决方案
为了解决薄带钢处理线活套的张力控制精度问题，采用如下改进方案，在活套的出口增加一个张力检测单元（TM2），活套底辊增加传动控制。活套卷扬仍然保持之前原有的控制方式，用TM1的值作为反馈值进行闭环控制。另外再增加一个张力差控制，以5000N作为张力的设定值，5000N +（TM2-TM1）作为反馈值，通过控制带传动底辊一起同时前后两个方向的出力来消除活套入出口的张力偏差，即活套采用在原有带张力检测单元的张力控制的基础上，新增加活套出入口张力差控制。 这样就解决了立式活套入出口及各道次之间张力不一致的问题。
五、结论
此方案通过实际的改造和调试，满足的活套高精度张力控制的要求，保证了产线的稳定运行。
参考文献：
[1]马小亮.大功率交-交变频调速及矢量控制技术[M].3版.北京：机械工业出版社，2002.
[2]李世卿.自动控制系统[M].北京：冶金工业出版社，1986.
[3]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].2版.北京：机械工业出版社，1999.
[4]朱玉超，李在贵. 带材线材件料生产时的张力计算[J].火控雷达技术，1992，3：44～52.
作者简介：
陈代荣（1983.11-）：男，汉族，河北唐山人，大学本科学历，首钢京唐钢铁联合有限公司，助理工程师，主要从事电气自动化控制工作。
【关键词】冷轧后处理线；立式活套；带传动底辊；张力差控制
为保证冷轧后处理产线生产过程连续不间断地进行，需采用相关的活套设备。用活套作为入口区，工艺区和出口区之间的缓冲，这些缓冲可以使带钢在一定时间内保持生产连续运行，例如：对于入口区活套，开始上卷时被充满一定套量的带钢，如果一个新的钢卷投入到入口（入口速度=0），该活套可以使工艺段继续运行；对于出口区活套，开始时被放空，在进行钢卷变换作业期间，该活套可以吸收来自工艺段的带钢。简单的说，立式活套可以抽象地理解成重物为带钢的滑轮组，通过控制卷扬升降产生所需要的活套张力。
一、立式活套张力控制
立式活套张力传统控制方式，一般有两种：转矩控制与张力控制。
（一）转矩控制
转矩控制又称转矩调节，就是通过直接控制电机的转矩来控制带钢的张力。当电机的转矩增加时，活套内带钢张力增大，当电机转矩减小时带钢张力减小。电机转矩由几部分组成，其中最主要的是张力转矩，即根据带钢的张力给定直接计算出电机所需的转矩，此外还有一些补偿量如带钢的惯量、摩擦、带钢自重、弯曲损耗等。活套电机总的转矩包括以下几个部分：
Tq= Tqt+ Tqa+ Tqf （1）
式中，Tq为电机总的转矩；Tqt为张力设定的转矩；Tqa为加速转矩；Tqf为与速度相关的摩擦转矩。将Tq作为附加转矩叠加到速度环后面进行转矩补偿。考虑到活套的各种补偿的误差，将速度调节器放开，设置为比例调节器。其中Tqt为张力设定的转矩；Tqa为加速转矩；Tqf为与速度相关的摩擦转矩均通过计算得到。
（二）张力控制
张力控制是将张力给定与张力实际值进行比较，然后将张力偏差进行PI调节，最后将张力调节器的输出叠加到速度给定上，通过速度调节器来最终控制张力。
张力控制可以分为需要张力检测元件和不需要张力检测元件两种方式。有张力检测元件时，张力实际值直接由张力检测元件产生。如果没有张力检测元件，就需要构造一个张力观测器，由张力观测器估计出的张力实际值作为张力调节器的反馈值。张力观测器就是根据电机的实际转矩减掉相关的补偿估计出一个张力实际值。
二、张力控制方式的选择
转矩控制方式由于没有张力实际值检测环节，实际张力与给定张力必然存在一定的偏差，且活套在低速运行时，由于速度调节器的调节能力有限，容易产生张力波动。带张力观测器的张力控制对相关的补偿测试要求较高，否则容易产生张力波动，且由于观测出的张力实际值存在偏差，实际张力与需求张力必然存在一定的偏差。对于活套张力精度要求较高，项目资金充裕，均采用带张力检测元件的张力控制方式。
三、现有控制方式存在的问题
设计中，张力检测单元放在活套入口转向辊（TM1）。带钢在活套中恒速稳定运行时，张力损失呈现“从前往后”的特点（即，活套的出口张力大于入口张力），从这点上可看出活套入口和出口张力是不一致的。且由于在活套内道次多，带钢量很大，存在多种形式的张力损失，例如：纠偏辊纠偏需要的张力损失、带钢弹塑性弯曲的张力损失、活套辊轴承摩擦的张力损失、带刚加减速是的张力损失、带钢带动活套辊加减速时的张力损失、离心力引起的张力增加、带钢重量引起的张力损失。各种因素导致活套小车在实际运行中并不是完全水平的，造成了很大的活套入、出口张力差。改造中活套的出口增加一个张力检测单元（TM2），比较TM1和TM2的张力值已得到证实。
综上，活套的入口与出口，以及所有道次的带钢张力是不一致的，在要求精确控制的情况下，很难满足控制要求。
四、增加张力差控制解决方案
为了解决薄带钢处理线活套的张力控制精度问题，采用如下改进方案，在活套的出口增加一个张力检测单元（TM2），活套底辊增加传动控制。活套卷扬仍然保持之前原有的控制方式，用TM1的值作为反馈值进行闭环控制。另外再增加一个张力差控制，以5000N作为张力的设定值，5000N +（TM2-TM1）作为反馈值，通过控制带传动底辊一起同时前后两个方向的出力来消除活套入出口的张力偏差，即活套采用在原有带张力检测单元的张力控制的基础上，新增加活套出入口张力差控制。 这样就解决了立式活套入出口及各道次之间张力不一致的问题。
五、结论
此方案通过实际的改造和调试，满足的活套高精度张力控制的要求，保证了产线的稳定运行。
参考文献：
[1]马小亮.大功率交-交变频调速及矢量控制技术[M].3版.北京：机械工业出版社，2002.
[2]李世卿.自动控制系统[M].北京：冶金工业出版社，1986.
[3]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].2版.北京：机械工业出版社，1999.
[4]朱玉超，李在贵. 带材线材件料生产时的张力计算[J].火控雷达技术，1992，3：44～52.
作者简介：
陈代荣（1983.11-）：男，汉族，河北唐山人，大学本科学历，首钢京唐钢铁联合有限公司，助理工程师，主要从事电气自动化控制工作。