ABB张力仪在冷轧热镀(铝)锌生产线中的应用

梅山钢铁公司冷轧厂连续热镀 (铝) 锌生产线设计年生产能力为20万吨, 产品主要为家电板和高级建筑板, 该生产线由宝钢工程技术公司成套设计。热镀 (铝) 锌生产线的张力控制对于机组的正常生产过程有着关键作用。本文就梅钢热镀 (铝) 锌生产线所采用的ABB张力测量系统的构成、测量原理、安装方法、日常维护等方面进行介绍。热镀 (铝) 锌生产线中共设置有六套张力仪, 分别安装在3号张紧辊、10号转向辊、平整机入口、平整机出口、拉矫机出口、出口活套出口, 主要用来测量生产线中的带钢张力, 其中3号张紧辊、10号转向辊、出口活套出口张力仪采用水平型压头;平整机入口、平整机出口、拉矫机出口张力仪采用垂直型压头。

1 系统构成

一套A B B张力测量系统由两个压头 (Loadcell) 、一个接线箱、一个控制单元以及一套特殊电缆组成。一套A B B张力测量系统的构成如图1所示。

其中, 测量压头安装在张力辊的轴承座下面, 操作侧和传动侧各安装一个压头, 压头的信号回路采取了电隔离, 以免受到其他电子元件的干扰;接线箱安装在现场, 用于处理压头信号;一套特殊电缆, 连接测压头和现场接线箱, 连接压头的电缆为五芯特殊电缆, 其中两芯为信号;两芯为励磁, 还有一芯为屏蔽线;控制单元安装在电气室内, 控制单元向压头提供激磁电源, 处理由压头输出的信号并将测量值传输给PLC系统, 控制单元有六个模拟量输出通道, 四个数字量输出通道。

2 张力测量原理

张力测量系统有一个张力辊, 这个辊子压在两个压头上, 当带钢在辊子上面通过时产生张力T, 在压头上得到两个分力, 一个是水平分力F H, 另一个是垂直分力FV, 如图2所示。在垂直测量的压头上, 水平力F H被压头膜片吸收, 所以垂直分力FV就是测量力;在水平测量的压头上, 垂直分力FV被压头膜片吸收, 所以水平分力FH就成了测量力。两种测量方式下, 测量力由下列公式算出: (其中包括了辊子重量FT) 。

其中F是测量力;FV是垂直测量力;FH是水平测量力;FT是辊子重量;α、β是带钢的包角。

因为带钢包角是不变的, 可以认为是常数, 辊子的重量由电气设备进行补偿, 从而可以得到一个与带钢的张力成正比例的测量信号, 与此信号一样, 控制单元也给出各个压头的单个力信号以及它们的和、差的值。

2.1 压头传感器的工作原理

压磁式传感器是利用磁性材料在机械力作用下导磁率发生变化的工作原理工作的。这种传感器由若干薄钢片粘叠而成, 在薄钢片上冲有四个孔, 通过这四个孔缠绕有两组线圈, 它们互成一定的角度。当在初级线圈中通以交变电流时, 初级线圈中会产生磁场。因为初级和次级两组线圈是互成一定角度的, 所以只要传感器上没有负载, 次级线圈中就不会产生磁场。当在传感器的测量方向加以机械力时, 初级线圈中的磁场传播方向发生变化, 将次级线圈包容进了磁场。由于次级线圈中的磁场发生了变化, 因此在该线圈中产生了感应电势。控制单元会将这个感应电势转换成一个与被测力对应成比例的直流电压信号1。

图3 (1) 表示元件不受外力的情况, 这时初级线圈产生的交变磁通呈圆环状分布, 与次级线圈不交链, 因此次级线圈上无输出。若在元件上下两端施加压力, 由于沿应力方向上的磁导率减小, 磁阻增大, 磁力线的轨迹不再为圆形, 成为扁环状, 如图3 (2) 所示, 这样, 就有一部分磁通穿过次级线圈, 产生交变磁通的耦合, 致使次级线圈上有输出信号。外力越大, 输出感应电势也越大。

2.2 压头性能

压头性能如表1所示。

影响压头性能主要由下列因素:

(1) 机械安装:主要是测张辊的安装是否水平, 带钢与测张辊的包角等因素对张力仪测量有很大影响。在机械安装结束, 最好用专业仪器检测验收, 看是否达到要求, 首先保证机械安装上的最高准确性。且包角不能太小, 增益最好不超过10, 这样带钢张力施加在压头测量方向的分力才不至于太小 (带钢张力施加在压头测量方向上的分量最好不要小于带钢张力的10%, 否则检测的精度会受到影响) , 检测数值的精确度也高。

(2) 零点漂移:压头即使在不使用的情况下, 也会产生零漂, 并且会随着时间的推移不断增大, 可能会超过±0.5%范围之外, 在测张辊上无带钢的情况下, 可在线清零, 不影响压头线性。生产时发现零位不准, 可松掉带钢张力, 在支起带钢的情况下清零。

(3) 带钢的质量:如带钢有边浪, 一边松一边紧, 施加在测量辊两边压头上的力相差较大, 而送到电气PLC上的往往是两个压头的合力, 这会致使电气张力控制更加困难。

(4) 电气控制的误差:如电气控制不好, 带钢跑偏, 这样施加在测量辊两边压头上的力相差较大, 而送到电气PLC上的往往是两个压头的合力, 同样会致使电气张力控制难度加大。

2.3 压磁式测量压头的特点

(1) 宽测量范围:测量范围为40:1, 最大为额定量程的200%, 最小为额定量程的5%。

(2) 可重复的大过载容量:10倍的额定量程的电气过载能力, 30倍的额定量程的机械过载能力。没有塑性形变和疲劳现象。

(3) 无需标定。

(4) 大功率传感器输出信号 (500mV) :大输出信号且采用载频, 抗干扰性能优异。

(5) 低阻抗输出:压头具有更好的抗噪性, 输出信号对绝缘状况不敏感, 压头保护等级为IP67, 在油污里可正常运行。

2.4 张力仪压头量程选择

张力仪首先要考虑的问题是测压头测量范围的选择, 即测压头量程的选择, 如果测压头量程选择不够准确, 则会出现以下两种情况:

(1) 所选量程过大, 实际张力工作在小量程范围内, 造成分辨率降低, 系统灵敏度低, 测量误差增加。

(2) 所选量程过小, 就不能涵盖所有产品不同张力测量, 特别是某些瞬间过载信号会被量程所限而不能测量出其幅值。

3 张力仪压头的安装

为了保证测量精度、可靠性和设备的长期稳定性, 张力仪压头的安装必须遵循以下要点:

(1) 压头的底座必须越稳定越好, 弹性机架可以降低测张辊的临界振动频率并支撑所安装部件。

(2) 压头最接近的平面和其它影响安装的平面, 它们的水平度误差必须小于0.0 5 m m。

(3) 压头的上面或下面都不应该有垫片, 因为这样会影响水平性。相反, 垫片应该安装在适配单元与基座或者适配单元与轴承箱之间。

(4) 紧固压头的螺丝必须用转矩扳手拧紧。

(5) 张力辊的支撑部件设计必须考虑到由于温度的变化而引起的张力辊轴向膨胀。

(6) 张力辊必须处于动态平衡状态。

(7) 测量单元的装配平面必须是同高的并且与张力辊处于同一平面中。

4 张力测量系统的维护

带钢张力仪是设计在恶劣的环境中连续运行的, 只要按照正确的方法安装, 张力仪可以工作很长时间而不需要特别的维护, 但是周期性的维护作为预防措施也是必要的。

4.1 预防维修

(1) 必须保证固定装置和螺栓的紧固。

(2) 必须保证测压头与轴承座之间不能粘有垃圾, 否则会有误信号, 要用压缩空气吹扫。

(3) 必须保证测压头与连接箱之间的电缆不能损坏。

4.2 定期维修 (表2)

4.3 故障分析

张力仪测量系统包括机械装置、测压头、电缆和接线箱、控制单元四个部分。

4.3.1 机械装置可能产生的故障

(1) 固定装置表面不平坦会导致测压头变形引起零点移位。

(2) 固定装置与测压头不紧固会导致测量信号不稳定。

(3) 由于温度的变化测量辊会产生轴向的应力, 安装时辊子一边固定一边要留有间隙, 否则会影响测量。

4.3.2 电气装置可能产生的故障

(1) 电缆的损坏、测压头内线圈的电阻 (一次侧1Ω, 二次侧8Ω) 变化会影响测量。

(2) 电缆的接头、控制箱内的接线端子松动会影响测量。

5 结语

热镀 (铝) 锌线采用ABB张力测量装置, 从投产至今, 其响应快、测量精度高等特点满足了张力控制要求, 对保证机组的稳定运行发挥了重要作用。系统的高精度、高可靠性和高稳定性大大提高了生产效率。该测量装置也可适用于轧机、连退、镀锡等冷轧生产线以及造纸、轻工业等许多领域。

摘要：对ABB张力测量系统的设备组成和基本工作原理进行了描述, 对张力仪的安装方法、日常维护等方面进行介绍并简要分析张力仪在实际应用中出现的问题及解决对策。

关键词：张力测量系统,压头,接线箱

参考文献

[1] ABB张力仪使用手册.