1 引言

莱钢棒材连轧棒材生产线产品为φ16～φ60mm的园钢和螺纹钢，机械设备从意大利DANIELI公司引进，电控系统全套从瑞典ABB公司引进。轧线配置有18台轧机，平立交替，单线全无扭转轧制；分成粗轧6架、中轧6架、精轧6架共3个机组，每个机组后各带一套飞剪设备用于切头、尾和事故剪切或分段倍尺剪切。主轧线粗、中轧机架之间采用了头部微张力控制系统来控制1#～12#机架间的张力，而精轧机组间采用了活套无张力控制，全线以成品机架的出口速度为基准值，采用逆调速级联控制方式。

2 张力控制的基本原理

为了保证热连轧的正常连续轧制，必须遵循的基本原则是：机架间金属秒流量相等。即

A_n×V_n=A_n-1×V_n-1 (1)

式中 A_n——第n架的轧件截面面积

V_n——第n架的轧件出口速度

可以看出，决定金属秒流量大小的因素，一是轧件截面面积，另一个就是轧制速度。而第一个因素决定于工艺参数，如孔型道次、辊缝压下量、钢温等，一旦调整好就固定不变，所以只能通过选择和调整不同的轧制速度来满足这一基本条件。从式(1)可以推出对于相邻机架间的速度关系应当满足公式

R_n=V_n／V_n-1=A_n-1／A_n (2)

式中心——金属延伸率(或减径因子)，其物理意义可模拟成进入机架n-1与机架n的轧件截面之比。

然而，在实际应用中，由于轧件受钢温、材质、坯料形状、孔型磨损等扰动因素的影响，无法保证精确的截面值。这样，为了达到式(2)新的平衡关系，在粗、中轧机组中引入了张力控制的功能(在精轧机组中用活套功能来实现)，得到式

V_n=V_n-1×R_n(1+K_m+K_t) (3)

式中 V_n、V_n-1-机架n与n-1的出口线速度

R_n——轧件通过n机架的延伸系数

K_m——手动干预时对n一1机架的速度调整系数

K_t——张力作用反映到n--1机架的速度调整系数

同时，根据张力自动调节理论，张力变化与速度变化还具有以下传递函数关系

δF／A=士K_t／(1+T_ts)×δV (4)

式中 δF／A——轧件上单位面积的张力增量

K_t／(1+T_ts)——放大倍数为K_t，时间常数为T_t的一阶惯性环节

δV——轧机速度增量

这样，调整张力，就可以协调机架间的速度，从而达到保证机架问金属秒流量相等的目的。

在自动控制算法中，机架n与n-1间的张力是通过测量机架n-1电机的电磁转矩变化量来实现的。因为在轧制过程中．轧制转矩可用下式来

T_m=T_T+T_t+T_a+T_f (5)

式中 T_m——总的轧制力矩

T_T——轧件金属压下量所需的轧制力矩

T_t——张力所产生的力矩

T_a——加速力矩

T_f——机械摩擦等所产生的附加力矩

在稳定轧制状态下，T_a=0，若进一步忽略T_f，则

T_m=T_T+T_t (6)

其中T_t与工艺参数有关．如孔型道次、轧制压下量、钢温、材质等，一旦确定，应为常数，则

δT_m=δT_t=(D/2)×δF=i×η×δT_m¹即

δF=(2／D)×i×η×δT_m¹ (7)

式中δF——机架间张力变化量

D——机架有效辊径¹

i——减速箱速比

η——机械传动系统效率

δT_m¹——主电机上轴输出转矩

由式(7)可见，在一定的条件下，从电机的输出转矩变化量上就可以推算出该机架所受的张力变化。(注意：对于式(7)中机架n与n-1间的张力变化，所有参数总是以机架n-1为研究对象)。

同时，在自动控制算法中，粗中轧轧件头部微张力控制是以下列概念为基础的。

(1)后张力变化对传动转矩的影响比前张力小2～4倍。即后张力对转矩作用较小，这就意味着：对于变化的速度关系，下游轧机比上游轧机的转矩变化来得小。这一结论也就说明在大多数情况下，即使控制系统已记忆了下游轧机压下量所需的转矩，该控制系统仍能继续进行速度关系的校正，也就是说当轧件被咬人n+1机架前，n机架与n-1机架问的速度校整不会影响到该机架电流检测的准确性。

(2)轧件进入下游轧机前，上游轧机转矩相当于该机架辊缝压下量所需的转矩，未受其它临时性力矩的干扰影响，即式(5)中假定T