连退线检查活套张力控制实例分析

邬 琼，武增东

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063200）

0 引言

连退线在平整机与出口之间设置了一个检查活套，可以保证出口停车检查带钢质量时，平整机仍保持一个较低速度运行。检查活套入口侧为8#张力辊，出口侧为9#张力辊。出口卷取机硬芯卷取过程中，卷取机张力值在逐步减小，在减小的过程中，检查活套出现张力比设定值偏低的现象，出现了掉张停车故障。分析曲线如图1 所示，检查活套结构如图2所示。

1 检查活套掉张原因分析

1.1 TCON2 张力控制

检查活套张力控制属于TCON2 张力控制，其控制原理为通过附加速度来控制张力。如图3 所示。

图1 检查活套张力变化曲线

图2 检查活套结构图

规定卷扬提升方向为速度正方向的前提下，若检查活套张力减小，则需要增加活套卷扬的速度；若检查活套的张力增大，则需要减小活套卷扬的的速度，所以调整检查活套卷扬的速度即可调节张力，此即为TCON2张力控制的原理。

图3 TCON2 张力控制原理

1.2 TCON2 张力控制实现方式

TCON2 张力控制需要改变速度来调节张力。速度改变是通过在主速度基础上附加一个速度来实现的，该附加速度是通过张力设定值与张力实际值的PI 控制器实现的，如图4 所示：

图4 中，T_SETLOOP为活套张力设定值;T_ACTLOOP为活套张力实际值；VL_TECHLOOP为活套张力控制附加速度。

图4 变频器速度控制原理

1.3 此次检查活套掉张原因分析

从图5 曲线上查看，此次检查活套掉张原因为，检查活套张力控制器产生的附加速度已经达到限幅值（0.15 m/s），无法继续调节张力，因此张力实际值下降。

2 张力附加速度到限幅原因分析

2.1 力的平衡原理

图5 检查活套张力下降曲线

图6 力的平衡原理

物体要想在静止状态或者匀速状态下运行，则合力必须为0（图6）。因此在正常匀速运行状态下，TA=TB+TC。应用到该故障分析，检查活套的张力=卷取机张力+9#和10#张力辊对带钢出的力。

2.2 张力辊负载平衡原理

主从负载平衡控制，是张紧辊等多辊协力合作的最基本控制方式。其控制原理为：将主辊PI 控制的I 分量直接输出给从辊，可以保证从辊输出转矩与主辊输出转矩百分数基本相同，且从辊的P 分量可以调节由辊径误差导致的速度误差，确保主从辊速度基本一致。简化结构图如图7 所示。

图7 主从负载平衡控制原理

2.3 从力的角度分析速度变化

硬芯卷取：卷取机在卷取带钢时需要有一定的卷取张力，张力的选用应十分慎重，特别是较薄规格的镀锡产品，张力太大或太小都会造成带钢跑偏或塌卷现象的发生，影响产品的外观。现有技术中，一般采用斜坡张力控制方法，即在刚开始卷取时，卷取的张力要比设定张力大，当钢卷卷到规定卷径时，才进入设定的卷取张力进行卷取。

在生产中，由于硬芯卷取，卷取机的张力越来越小，检查活套张力保持不变，则需要9#和10#张力辊的转矩越来越大。但是通过曲线可以看到10#和1#张力辊（主辊）已经有明显的打滑现象，其转矩为下降的，而9#张力辊转矩为上升的。也就是主辊转矩下降，从辊转矩上升，且总转矩上升。

图8 9#和10#张力辊转矩变化曲线

10#张力辊作为主辊，他虽然打滑但仍是精确的速度控制。但9#张力辊为从辊它并没有打滑，其实际速度仍与带钢速度同步，其转矩I 分量采用主辊的I 分量是变小的，但是要想让总转矩上升，只能转矩P 分量上升，即速度设定值要上升。9#张力辊和10#张力辊速度给定值是一样的，因此总体速度给定值是上升的（图8）。

2.4 从程序设置分析速度的变化

9#和10#张力辊速度设定值是上升的，从程序角度考虑，由于张力控制器附加速度上升，因此活套位置会上升。但活套有位置控制功能，该位置控制作用就是保持活套在某一个设定位置。其控制原理是位置设定值与位置实际值经过PI 控制器产生附加速度，给9#和10#张力辊。也就是为了保持位置，活套张力控制产生的附加速度，通过活套位置控制，完美复制到9#和10#张力辊，也可以理解为间接地通过9#和10#张力辊加速来调节检查活套张力。PI 控制器控制原理如图9 所示。

图9 PI 控制器控制原理

2.5 张力附加速度到限幅原因分析

总体分析就是卷取机张力越来越小，检查活套张力保持不变，根据力的平衡原理，9#和10#张力辊转矩要上升。由于10#张力辊打滑了，9#张力辊的转矩要上升的更多。9#张力辊转矩是由设定速度决定的，而设定速度通过活套位置控制原理间接由活套张力控制附加速度决定的。也就是张力控制附加速度越大。9#张力辊的转矩会越大。随着卷取机张力减小，需要的9#张力辊转矩会增大，张力控制附加速度会增大，直到限幅值不再增加。此时9#张力辊转矩就不会再增大。检查活套只能掉张了。

因此，此次故障原因：①卷取机张力逐步变小，这是硬芯功能特有的，无法改变；②10#张力辊打滑。

2.6 故障处理措施

（1）增加卷取机张力或者减小检查活套张力。

（2）检查10#张力辊粗糙度，必要时更换。

3 结语

活套速度控制的稳定性是后处理产线稳定运行的一个很重要的因数，阐述的活套速度控制、活套张力控制、张力辊负载平衡、PI 控制器、硬芯卷取等控制原理对处理后处理线各类生产设备故障有重要的指导意义。