微张论文（最终修改版）

微张轧制在小型材连轧生产中的研究与应用

邓扬玉* 梁云彩 郑德全 (济钢第一小型轧钢厂 250101)

摘要 本文介绍了基于SIEMENSE二级自动化网络的粗连轧微张力轧制的研究与应用，较好的解决了轧钢过

程中的拉钢现象，保证了产品质量。

关键词 粗连轧、微张力、二级自动化

Application and study on faint tension in continuous rolling mill

Deng yangyu Liang yuncai Zheng dequan

(The First Small Section Rolling Plant of Jinan Iron and Steel Group, Jinan 250101)

Abstract The paper introduced the application and study on faint tension in continuous rolling mill,Based on L2 automatoin system of Siemense.The method can resolve stretching of steel in rough rolling ,and can raise the quality of product.

Key words rough continuous rolling , faint tension, L2 automation system 1 概述

某小型轧钢厂轧机电控系统以SIEMENSE的6RA24为核心，主回路为晶闸管三相全控桥方式，上位机由两台S7-400PLC组成，实行逆向级联调速。两台PLC之间通过DP网通讯，各机架的速度给定由上位机通过各装置的CB24通讯板传送完成。 2 问题的提出

未改造前粗连轧区各机架之间拉钢比较严重，引起轧机牌坊的振动，为了避免粗连轧区轧钢过程中的堆、拉钢现象，就要保证各机架间的金属秒流量相等。但在实际轧钢过程中，由于轧件温度、轧辊直径的变化等诸多因素的影响，很难保证每架轧机的秒流量都相等，给轧钢的调整带来很大难度，另外为配合该厂切分轧制工艺的实施，保证螺纹钢预切分、切分的轧机料型稳定，从而保证切分质量，也需对粗连轧电控系统进行微张力改造。

3 控制策略与功能 3.1 张力力矩的计算

在连轧过程中的理想轧制是各机架之间不存在堆拉钢的自由轧制，各机架间金属秒流量完全相等，如机架之间出现堆拉钢，则轧制力矩发生变化。需要根据轧制力矩的变化，判断机架之间的堆拉钢，通过调节转速来消除堆拉钢，保持秒流量相等。微张力控制过程是：当轧件进入N机架后，由N机架咬钢判断信号启动负载力矩采样器，对负载力矩进行采样，当采样10个数据后，发出锁定信号，并把10个采样数据的平均值作为该机架的标准稳定转矩Mn0,利用Mn0和轧钢过程中实际的轧制力矩Mn比较，计算出张力力矩Mt=Mn0-Mn，利用公式（1）计算出N机架的轧机速度调节值[3]。

△Vn=k(Mr-Mt) (1) 式中，k:比例系数；Mr:张力设定值；Mt:张力力矩。

此速度调节量作为本机架的速度附加给定，满足级联调节（逆向级联），当轧件从本机架抛钢后，由抛钢判断信号发出微张调节禁止命令。

在负载力矩采样过程中要注意两个问题，一是，采样启动信号要避开轧机咬钢冲击电流，等电流恢复稳定方可采样；二是，要注意采样周期的选择，不可过大，也不能太小，要在下机架咬钢之前，记录下稳定转矩，一般取100ms。

对于直流电力拖动系统来说，不管是调速系统，还是张力控制系统，归根结底都是通过控制转速（更本质的说，是控制电动机的转矩）来实现的，直流电动机的转速和其它参数的关系式[1] n=U-IR/KeΦ （2）

式中，n:转速；U:电枢电压；I:电枢电流；R：电枢回路总电阻；Φ:励磁磁通；Ke:由电机结构决定的电动势常数。

由公式（2）可看出，有三种方法调节电动机的转速，调压调速；弱磁调速；改变电枢回路电阻调速。比较常用的是前两种，对于非独立控制励磁的调速系统来说，按照基速以下和基速以上两个区域进行不同的调速方式，基速以下改变电枢电压调速，同时保持励磁为额定值不变；基速以上弱磁升速，保持电枢反电动势恒定。在不同的调速范围内，电动机的电磁转矩不同，根据公式[2]（3） M=CmΦI (3) 式中，M:电机的电磁转矩；Cm:电机结构常数；Φ：励磁磁通；I:电枢电流。

由公式（3）可看出，要通过电枢电流计算负载转矩，必须考虑弱磁的影响，否则计算误差很大。

编制工艺轧制表

在自动模式下，根据工艺人员提供的轧制公

式，输入末架电机转速、各机架端面、轧制规格等数据，自动计算出各架转速，该转速经操作工确认后下传，进行全自动轧钢。

在粗连轧区实现微张力轧制，在工控机画面上各机架轧机的微张控制均有一个投入、禁止开关，可根据实际需要选择；设置手动调节按钮，可进行人工手动补偿。另外，在轧制过程中如果对各架轧机的调节量超限可在画面中指示报警，通知操作工进行调节。

为了消除级联调速对微张力控制的干扰，由轧件跟踪程序，实现轧件的头尾判断，实现轧线速度级联的自动隔离功能，避免级联调速和微张、活套控制之间的冲突。 3.3 微张力控制程序的编制

本程序的编制主要考虑两个问题，一是消除轧件黑印的影响；（由于推钢式加热炉滑道冷却水管的影响，轧件加热不均匀造成的两段水印。）二是弱磁调速对转矩的影响。为了保证稳定均衡轧制，就要在程序中解决这两个问题，在程序起初的编制中，没有考虑这两个方面因素，微张调节是通过电流作为张力比较信号，即记录一个稳定的轧制电流作为给定，实际的轧制电流作为反馈，通过PI调节器调节输出作为上游机架的速度微调，从使用效果看不稳定，有时更易出现堆拉钢现象。

分析原因有以下几点：一是在轧制过程中，轧件受热不均匀的原因。轧件受热均匀时轧制过程电流如图一，而实际轧制过程因受黑印的影响

电流如图二。由于上述实际轧钢电流曲线中的黑印电流段的存在，打乱了微张调节器的调节，黑印电流相当于一个假象使正常调节出现了与实际相反的效果，这时会出现调堆钢而变成了调拉钢，调拉钢而变成了调堆钢，从而出现堆拉钢现象在调节过程中交换出现，效果不好。Ii0t1i0：空载电流t1：咬钢时间t2t2抛钢时间T图一轧件受热均匀时的电流波形Ii0t1T1T2t2Ti0：空载电流t1：咬钢时间t2抛钢时间T1、T2：黑印电流时间段图二带黑印时的轧制电流波形二是系统采集的电流信号作为轧制转矩间接信号，因电流受电机弱磁运行的影响，较采集转矩信号来说不如后者准确。综合上述分析，微张调节作如下处理，现以轧钢过程中一段轧机为例说明： 转矩MN+1机架N机架N机架T转矩MN+1机架T图三相邻轧机轧制示意图 采用上述调节方法，可以避开黑印对轧钢过程微张调节的影响，另外微张调节器输出最大只有现速度的5%，所以它只是一个微调节微修正。

五、应用效果分析：

粗连轧系统微张改造以后，电气设备运行稳定，对料型控制效果显著，提高了产品质量，自动化升级以后，监控功能完善，降低了操作工的调整难度，具有比较好的推广价值。

参考文献 1、 陈伯时主编，电力拖动自动控制系统，机械工业出版社

2、 刘宗富主编，电机学，冶金工业出

版社

3、 张振华主编，工业自动化应用实践，

2002年10月第一版，电子工业出版社

作者简介：邓扬玉，男，1970年出生，1994年毕于西安

冶金建筑学院，电气工程师

微张调节程序流程如下：开始本机架咬钢否YN下机架咬钢否YN是否记录稳定转矩YN下机架咬钢否YN打开调节器,如实际转矩小于静态轧制转矩则增加N机架转速,如实际转矩大于静态轧制转矩,则封锁调节器,调节量回零。N本机架抛钢否Y结束等待下一次调节

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