张力调节系统

张力调节系统（精选三篇）

张力调节系统 篇1

作为压下率非常小的二次冷轧，平整轧制无论出口侧或是入口侧，均无法用测厚仪直接测量厚度偏差，也就是说用检测设备无法直接得到实际压下量。工程上必须采用其他可测量对象，通过换算得到带钢的等效厚度压下量，这种等效方法即测量带钢延伸率，相应的控制方法即延伸率控制。

延伸率的测量与计算是延伸率控制的前提和基础，是延伸率控制中不可忽视的重要问题。对于平整机而言，张力和压力是控制延伸率的重要手段。基于两种方式和两种方式联合的延伸率控制方法在文中做了详细的研究和介绍。同时，在高明基业冷轧钢板有限公司1 450 mm单机架4辊平整机组上进行了大量的生产实践。实际生产数据表明，本文采用的延伸率控制方法可以得到满意的控制效果。

1 延伸率的测量与计算

平整机延伸率ε是指带钢经过平整轧制工序后，产生的长度增量部分占原始长度的百分比，其公式表达为

式中：L1,L0分别为同一时间内出、入口经过的带钢长度。

同时，延伸率也可以通过平整机出口速度和入口速度来定义：

式中：vex,ven分别为平整机出、入口带钢速度。

延伸率的测量方法主要分为间接测量方法和直接测量方法。

间接测量法是利用安装在平整机出、入口S辊上的编码器测得入、出口速度值来计算延伸率。该方法的优点是成本低，安装简单，维护量小；缺点则是S辊辊径由理论计算得出，S辊辊径实际值在长期工作的工况下因磨损必然出现持续变化，影响编码器测量值，因此存在延伸率计算精度问题。同时，测量辊和带钢之间打滑也严重影响着延伸率的测量，尤其是在加减速阶段。

直接测量法是指利用安装在出、入口上方的激光测速仪测量平整机的入、出口带钢速度来计算延伸率。该方法的优点是采用了非接触式测量速度的方法，其测量精度非常高。其缺点是成本高，维护量大，对测量环境和安装形式有较高的要求。

高明基业1 450 mm平整机组用于延伸率控制的检测仪表安装位置为：2台激光测速仪分别位于机架入口处和出口处，2台测速编码器分别位于入口和出口S辊处。延伸率控制以激光测速仪测量延伸率为主，以编码器测量延伸率为备用，同时可以比较两者的测量精度。

在实际应用中，无论采用激光测速仪测量速度还是编码器测量速度，测量值均可能存在一定的波动。若用此直接测量值计算延伸率，延伸率计算值会存在较大的跳动，使得延伸率控制变得极为困难，控制精度无法保证，甚至会使延伸率控制器出现误动作，造成控制系统不稳定。因此，在延伸率测量和计算中，对相关数值进行数据处理和滤波是一个至关重要的问题，是保证延伸率控制的前提条件。数据处理和滤波的目标在于使延伸率计算值既要平滑又要保证实时性。本文对速度测量值和延伸率计算值采用了一组综合的数字滤波方法。

首先，对激光测试仪或编码器速度测量值采用了一种基于中位滑动平均滤波思想的方法。取连续N个速度测量值形成一个队列，队列的长度固定为N。

设速度测量值的队列为

[X(1),X(2),X(3),⋯,X(N)]

遵循先入先出原则，每次得到一个新的速度测量值放入队尾，同时扔掉原来队首的一个数据。每次更新完队列后，将队列中的N个数据按大小重新排列，形成新的队列：

[X(1),X(2),X(3),⋯,X(N)]

得到新的队列后，取其中位于队列最中间的连续M个数据做算术平均值处理，这样就去掉了速度测量值中数值过大和过小的跳动。用于计算延伸率的速度值vf为

在实际计算中，N和M可以取任何值，i,j为任意变量，但为了保证实时性和计算速度，N的取值不可过大。本文中，对于激光测速仪速度测量值，取N=10,M=5；对于编码器速度测量值，取N=20,M=10。

在得到可用于计算延伸率的带钢入出口速度值后，即可计算延伸率。为了保证延伸率测量的平滑性，对于计算出的延伸率也需要进行滤波。在此，本文对延伸率计算值采用了一阶惯性滤波的方法。如下式所示：

式中：εf为滤波后用于控制的延伸率值；εprev为前一次延伸率滤波值；εr为当前实时延伸率数值；α取值为0～1之间。

对于激光测厚仪测量计算的延伸率，取α=0.65；对于编码器测量计算的延伸率，取α=0.85。利用上述方法对数据处理，可得到能用于控制的既平滑又满足实时性的延伸率。

另外一个值得注意的问题是两种方法测量延伸率的平滑切换。由于测速辊和带钢之间存在打滑现象，通过编码器和激光测速仪测得的延伸率并不相等。通常编码器测量的延伸率数值偏高，激光测速仪由于精度高，其测量结果更接近于实际。但激光测速仪对维护和测量环境要求较高，测量条件不好时会出现信号异常、有效信号丢失等情况。此时，应将控制系统所用的延伸率切换至S辊编码器所测值。为避免因延伸率突变造成轧制力、张力突变，延伸率在切换时要通过数值方法做到二者之间平滑切换。本文在处理这一问题时，采用多补迭代的方法通过一条平滑曲线实现二者之间平滑切换。二者之间每次迭代计算关系为

式中：εt为切换过程中的延伸率数值；β为步长；σ为变换系数，初值取为1；εlprev为上次计算的εt值，初值取为切换时刻激光测速仪计算延伸率数值；εencoder为当前时刻编码器测量延伸率数值。

式（5）～式（7）表示每一次迭代计算步骤，经过P步迭代后，最后令εt=εencoder，实现激光测速延伸率和编码器测速延伸率的切换。迭代步数P和步长β决定了切换曲线的平滑性和速度，本文取P=200，β=0.999 5。

2 延伸率控制方法

影响带钢延伸率的物理因素包括带钢厚度、带钢材料抗拉伸强度、轧制力、张力、轧辊辊径等。其中轧制力和张力是控制系统中最重要的调节参数。延伸率控制是典型的双环控制系统，系统的外环是延伸率控制，内环为压力控制或张力控制。

带钢延伸率控制原理是通过测量平整机出、入口带钢长度或速度，间接计算得出延伸率测量值，并与延伸率设定值进行比较，得出的延伸率偏差值经延伸率控制回路计算处理后，作为轧制力和张力控制的修正量参与液压压下系统和传动系统的控制。经过不断的修正，带钢实际延伸率逐步向设定值逼近，最终达到目标值，实现控制目的。

本文研究的平整机的平整模式为干平整，且工作辊径较大。生产实践中一般采用3种模式对其进行延伸率控制：轧制力控制模式、张力控制模式和轧制力-张力控制模式。控制系统可自动切换3种控制模式，也可做手动选择。

延伸率控制系统选择控制模式的依据主要是带材的厚度。厚度选择要参考平整机的机械参数和生产实践数据，不能一概而论。本文讨论的机组采用如下标准：

1）来料厚度>0.50 mm时，轧制力在延伸率调节中起主要作用，张力变化对延伸率调节几乎不起作用，采用轧制力控制模式；

2）来料厚度<0.25 mm时，对于大辊径平整机而言，其工作辊压扁效应明显，张力取代轧制力对延伸率调节起主要作用，采用张力控制模式；

3）来料厚度在0.25 mm和0.50 mm之间时，轧制力和张力变化均对延伸率调节起作用，采用轧制力-张力控制模式。

在轧制力控制模式下，张力不参与系统调节，张力值由机前触摸屏人工设定。系统根据经计算得到的延伸率偏差进行延伸率调节控制回路计算，得出轧制压力调整量ΔF。压力延伸率控制器采用数字式增量PI控制策略，轧制压力调整量ΔF为

式中：ΔFk为当前时刻轧制压力调整量；ΔF为轧制压力总调整量；kpp为控制器增益；kpi为控制器积分系数；ek为当前延伸率偏差；ek-1为前一时刻延伸率偏差。

为了保证延伸率调节的快速性，kpp的取值可适当较大，同时根据延伸率误差的范围，kpp采用分段取值的方法；kpi的取值兼顾控制精度和稳定性。本文中，kpp取10～2,kpi取0.15。

压力调整量ΔF和压力设定值F相加得到系统的实际压力设定值Frs，送入压力控制器。压力调整量ΔF需要设定限幅值，避免轧制压力过大或者过小，对带钢产生不良影响，ΔF的限幅值设定为±300 kN。压力控制模式框图如图1所示。

在张力控制模式下，轧制力不参与系统调节，轧制力值由机后触摸屏人工设定。系统根据经计算得到的延伸率偏差进行延伸率计算，得到张力附加给定值ΔT，并通过DP网络将张力附加给定值送到各张力子系统。通过各张力子系统调节张力，达到控制延伸率的目的。张力控制模式框图如图2所示。张力附加给定值∆T为

式中：∆Tk为当前时刻张力调整量；∆T为张力总调整量；ktp为控制器比例增益；kti为控制器积分系数；ek为当前延伸率偏差；ek-1为前一时刻延伸率偏差。

张力对延伸率作用明显，所以ktp的取值不可过大。同时，也需要对∆T进行限幅。本文中，取ktp为1.3，取kti为0.05，∆T的限幅值设定为±5 kN。

在轧制力-张力控制模式下，根据延伸率偏差，首先令张力保持不变，调整轧制力，当轧制力达到调整上下限幅时，如延伸率实际值没有达到设定值，此时轧制力保持不变，系统根据延伸率偏差计算张力附加给定值并送到各张力子系统；当张力附加给定值达到上下限幅后，系统再根据延伸率偏差重新调整轧制力，继续保持张力不变。在此控制模式下，轧制力调节控制与张力调节控制自动进行切换，最终达到延伸率控制的目的。

3 延伸率控制效果

在实际生产中，用上述延伸率控制方法对各种厚度的带钢进行了大量的生产验证。

图3为压力控制效果，带钢厚度为0.54 mm，延伸率控制在平整机起步之前投入即全程投入延伸率控制，设定值0.5%。在加减速阶段，由于速度低，延伸率实际值偏大，压力减小到压力调节下限，进入最小调节压力保护，以保证压力不出现较大的波动。在进入稳速段后，压力值进入调节范围，在压力调节作用下，延伸率实际值跟随设定值，稳速段偏差±0.03%。

图4为张力控制效果，带钢厚度为0.21 mm。延伸率控制全程投入，前半段延伸率设定为0.15%；后半段延伸率设定为0.2%。延伸率控制投入后，张力调节起作用，延伸率保持在0.2%，稳速段偏差±0.03%，降速段偏差0.7%之内。

图5为压力-张力控制效果，带钢厚度为0.33 mm。延伸率控制在加速段结束后投入，此后延伸率控制一直投入，期间多次改变延伸率设定值。在压力调节和张力调节的共同作用下，延伸率实际值均可跟随设定值改变，压力调节和张力调节均可迅速响应。延伸率投入后，延伸率能够跟随设定值，稳速段偏差±0.03%。

由上述图3～图5可知，在未投入延伸率控制时，延伸率实际值不稳定，波动幅值较大；投入延伸率控制后，延伸率实际值在控制系统作用下，数值趋于平稳，波动幅值小，可以跟随设定值，控制误差小于±0.03%。实践结果表明，该延伸率控制系统具有良好的控制效果，达到设计要求。

4 结论

本文详细介绍了1 450 mm冷轧平整机组基于压力和张力调节的延伸率控制方法。结合实践经验，详细介绍了延伸率的测量计算方法和数值处理。针对延伸率控制方法这一关键问题，进行了重点的研究，并进行了大量的生产实践。通过长达半年的机组运行观察，系统达到了设计要求，延伸率控制效果良好。同时，也注意到在平整机加减速阶段存在延伸率控制效果稍差的情况，这将是进一步研究和改善延伸率控制的重点。

参考文献

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生态系统的自我调节机制 篇2

生态系统具有自我调节机制，所以在通常情况下，生态系统会保持自身的平衡状态。生态平衡是一种动态平衡，因为能量流动和物质循环总是在不间断地进行着，生物个体也在不断地进行更新。自然条件下，白蜡树 生态系统总是朝着种类多样化、结构复杂化和功能完善

生态系统具有自我调节机制，所以在通常情况下，生态系统会保持自身的平衡状态。生态平衡是一种动态平衡，因为能量流动和物质循环总是在不间断地进行着，生物个体也在不断地进行更新。自然条件下，白蜡树生态系统总是朝着种类多样化、结构复杂化和功能完善化的方向发展，直到使生态系统达到成熟的最稳定状态为止。

当生态系统达到动态平衡的最稳定状态时，它能够自我调节和维持自身的正常功能，并能在很大程度上克服消除外来的干扰，保持自身的稳定性。它能忍受一定限度的外部压力，压力一旦解除就又恢复到原初的稳定状态，这实质上就是生态系统的反馈调节。

为了正确处理人和自然（白蜡与植物种群的介绍可以引荐）的关系，必须认识到人类赖以生存的整个自然界和生物圈就是一个高度复杂的具有自我调节功能的生态系统，保持这个生态系统结构和功能的稳定是人类生存和发展的基础。一旦白蜡周围生态平衡受到破坏，必将引起生态系统各种功能的失调，从而导致生态危机。生态危机是指由于人类盲目活动而导致局部地区甚至整个生物圈结构和功能的失衡，从而威胁到人类生存的现象。

张力控制系统及常见故障排除 篇3

主要控制方式

张力控制系统的主要控制方式包括直接张力控制和间接张力控制两种。

直接张力控制又称反馈控制，其利用张力传感器或摆辊位置检测器等进行实际张力检测，随后将测量值转换成反馈信号并与预定张力相比较，当二者出现偏差时，张力控制器给予相应的控制，使实际张力与预定张力相匹配，从而构成张力闭环系统。直接张力控制不必考虑各种调节补偿，可以消除稳态误差，控制精度较高。这种控制方式是目前的主流方式。

间接张力控制又称补偿控制，其可以对影响张力稳定的参数进行调节补偿，以避免将要出现的张力变化，间接地保持张力稳定。相比直接张力控制，间接张力控制的随机性较差，且控制精度较低。

构成与工作原理

安装于凹印机、涂布机、复合机、分切机等设备上的张力控制系统主要由放卷张力控制系统、牵引张力控制系统和收卷张力控制系统三部分组成，通过张力传感器、张力控制器、变频控制器、磁粉制动器等元器件实现卷筒材料的恒张力控制。

1.放卷张力控制系统

放卷张力控制系统示意图如图1所示，其工作原理为：张力传感器检测到放卷张力实际值并将其反馈给张力控制器，与张力控制器中的放卷张力预定值相比较，二者之间的偏差经PID运算后并输出控制电压，对磁粉制动器作用在放卷轴上的阻力矩进行控制，从而达到调节放卷张力的目的。

2.牵引张力控制系统

牵引张力控制系统示意图如图2所示，其工作原理为：在生产过程中，当卷筒材料的牵引张力发生变化时，摆辊会做出相应的摆动量，此时高精度电位器间接测出牵引张力的变化，随后将相应信号反馈到牵引辊驱动器，经PID调整后控制牵引辊的运转速度，通过改变低摩擦气缸的压力来调整摆辊的摆动量，使其在设定的位置保持稳定，即实现牵引张力控制。

3.收卷张力控制系统

收卷张力控制系统示意图如图3所示，该系统通过张力传感器来检测收卷张力实际值，然后再反馈给收卷张力控制器，与其预定值相比较，二者之间的偏差经PID运算后并输出控制电压到收卷电机驱动器，调整收卷电机的运转速度，实现恒张力控制。在有些设备的收卷张力控制系统中，往往会加入锥度张力控制系统，其可使收卷过程中卷筒材料处于内紧外松的状态，从而使卷筒材料的层与层之间不发生打滑，提高后道工序的张力稳定性，根据实际经验，锥度控制值小于10%为佳。

常见故障排除

在实际生产中，影响张力控制系统的因素有很多，进而也会带来与之相关的故障。在此，笔者结合自己的工作经验，介绍三种常见故障的排除。

故障一：印刷套印不准

故障现象：在印刷设备正常运行过程中，摆辊发生不规则摆动，且摆动幅度较大，进而造成套印不准。

故障排除：张力控制系统的结构较为复杂，因此该故障产生的原因较多，对此，笔者进行了归纳总结，主要有以下几个方面。

（1）摆辊气缸的气控回路元器件容易发生损坏，从而导致活塞漏气，摆辊气缸加载气压不稳定。对此，可考虑更换损坏的气控回路元器件，必要时需要更换摆辊气缸。

（2）高精度电位器在一定区间内长时间运行，该区间的阻值一旦发生变化，容易造成高精度电位器反馈信号不稳定。此时，应及时更换高精度电位器。

（3）电位器齿轮与转轴齿轮的连接处间隙偏大，当张力发生变化时，摆辊的位置就会发生变化，但由于间隙的存在，容易造成摆辊不断地来回摆动，从而影响套印精度。对此，应按照标准来调整间隙。

故障二：张力不稳定

故障现象：在收卷过程中，当卷径较大时，收卷张力显示值往往会随卷径的增大而不断减小，此时驱动器的输出电流会不断增加，当输出电流超过电机的额定电流后，便会引起驱动器过流保护，发出故障报警。

故障排除：笔者首先检查驱动器的负载和电机测速编码器，二者均正常。通过对收卷张力控制器进行校准，发现其中一个张力传感器发生了故障，从而使得检测到的收卷张力信号值是实际收卷张力值的一半，随着收卷卷径的增大，为达到预定收卷张力，收卷张力控制器会不断增大输出，直至100%，而此时的实际收卷张力已远远超过预定收卷张力，卷筒材料绷得非常紧，负载也随之变大，从而引起驱动器过流保护。更换张力传感器并重新校准后，系统便恢复正常。需要注意的是：在校准收卷张力控制器时，采用的重物应尽可能接近满度张力值，以提高张力控制精度。

故障三：收卷起步张力过大

故障现象：收卷张力系统在起步时超过收卷张力控制器的满度张力值，设备需运行2分钟左右才能达到恒张力运行，这样不仅浪费大量原材料，降低成品率，而且容易引起张力传感器发生零位漂移，导致张力控制值出现偏差。

故障排除：笔者先对驱动器的输入信号、张力反馈信号的增益、偏置及PID值等参数进行调整，但故障依旧存在。检查张力复位信号、张力传感器信号，均正常。检测收卷张力控制器时发现，其内部失速存储复位点发生了损坏，而收卷张力控制器的外部复位信号却正常，实际上，收卷张力控制器不仅没有复位，还存储着前一卷的收卷张力值，因此造成了收卷起步张力较大的问题。对收卷张力控制器的内部失速存储复位点进行修复，并更换损坏零件后，收卷起步张力便恢复正常。