摘要：本文通过对高线、高速棒材等典型夹送棍的介绍，列举了高速线棒材智能夹送辊的控制技术，通过典型的控制功能，为解决高速控制夹送辊的方案设计和现场使用提供了一定的借鉴。

1前言

相对于先进的高速线、棒材生产线来说，各类夹送辊是实现级联控制和生产稳定顺行不可缺少的设备，是非常重要的设备。一般来说，包括线材的飞剪夹送辊、吐丝机夹送辊，到高速棒材的倍尺夹送辊、制动器等，其功能的实现是决定生产线整体稳定生产及质量控制的关键设备。在高速线材的轧制生产中，控制较为复杂的是吐丝机前的夹送辊，因从精轧机到吐丝机之间的线材（尤其是小直径的线材）会因多方面的原因而引发抖动，并有可能诱发整个机组或精轧机组的卡钢、乱线及零部件的较大磨损，甚至造成吐丝机的损坏，因此在吐丝机前设置一个夹送辊来消除这种抖动，降低事故。

在棒材高速上钢设备中，高速轧制的倍尺对剪前夹送辊、制动器的要求更为特殊及重要.是决定生产的关键环节。

2夹送棍的结构及控制分析

线棒材夹送辊根据线棒材生产特有的外形尺寸，一般用两个高速旋转的辊环以适当的夹紧力夹住轧材。

根据夹持的目的，辊环的线速度以一定的比例高于或低于轧件的线速度，用于达到夹送或制动的目的。

2.1夹送辊的结构

夹送辊主要由辐环夹持装置、传动齿轮、传动电机、气动比例系统、PLC及传动调速系统组成。夹送辊的组成示意如图1。

夹送辊最为显著的要完成的功能是两个，即对物件进行夹持和推送（或制动）。夹持是通过压下装置，夹紧移动的物件；而推送（或制动）是通过夹送辊两个辊环的运转速度来完成物件速度的增加（或降低）。目前使用的智能的夹送辊,夹持是由具有比例调节功能的气动装置来完成，而运转速度则是通过驱动电机速度的调节来实现的.两者的主要特点都是运行或响应较快。

在现代最为流行的夹送辊设计中，为了更好的实现上述功能，其机械结构无一例外的采用了一种摇臂结构，这种结构有利于调整及控制中灵活快速的动作，在高速棒材上使用较为普遍。图2为带摇臂的银箱的前视图。

2.2夹送辊的控制分析

下面以高速线材轧机智能夹送辊为例对其主要结构组成、特点进行分析。

2.2.1.夹持机构的比例气动控制

一般情况下，由于夹送辊要适应较大范围的速度变化和快速的调节能力，因此压下一般不采用液压控制，而是采用响应动作较快的气动控制。

气动控制中，包含了比例压力调节阀、换向阀、单节流阀等动作及调节元件。针对气动智能控制，实现压下可控调节的主要部件是一种带有反馈信号的比例调节阀，模拟量采集的信号结合给定值，通过电气系统中适时的PID控制，使压下力始终能快速的按照控制程序设定的要求调节到给定力矩中。当然，除了压下力矩的控制，制动或夹送的力矩则是通过对电机的输出的精确控制来提供的，这需要良好的变频调速或直流调速系统来实现，当前最为普遍的可采用VVVF控制如ACS变频调速系统。

在控制程序汇总，一般的PID调节元素在调试过程中，需结合现场实际情况的各种因素综合核定后进行比例调节，针对调节程序对最终压下力矩或制动夹送力矩的曲线控制，通过模拟的软件，如PDA数据曲线采集系统进行分析和调节，从而实现完美贴合工艺要求的控制结果。

2.2.2.典型的夹送辊控制原理

简单的夹送辊的气压控制使用两种方式，两种压力模式即可满足控制的需要，但相对功能复杂的夹送辊，必须对压下力进行精准的控制并随时进行快速的调节已适应现场生产的需要，图3是某生产线的一个典型智能夹送辊的控制功能原理图。

该控制功能中，不仅集成了气动控制的相关因素，而且较大程度的对运转驱动的因素进行了功能要求，如无负载时转矩数据的采集、系统计算的轧材的张力因子比对调节环节；运行速度结合实际轧材计算速度的比对环节；根据轧材头尾的调节环节等。在夹送辊的控制系统中，所有这些环节都是互相关联、互相影响的。因此，压下力矩、运转力矩（及加送力矩或制动力矩）之间是一个有机的结合体。

3夹送辊运转驱动分析

一般情况下，高速棒材的上钢装置包含轧机后夹送辊、倍尺前夹送辊、制动器等设备，均为功能各异、驱动较为复杂的夹送辊，这些夹送辊融合在一起，其无论是独立的控制还是互相之间的配合控制,是非常复杂及具有典型的控制意义的,值得探索。

图4为某生产线的高速上钢装置设备配置示意图。图中包含的小棒夹送辊、剪前夹送辊均为夹持和推送功能的夹送辊，而制动器则为夹持和制动功能的夹送辊。

而针对棒材高速上钢设备使用的夹送辊及夹尾制动器，情形相当复杂，剪切超速控制、制动力矩控制等需要非常精确，才能适应高速通过的轧件。夹送辊控制最为重要的功能是实现全程夹送,其控制功能结合了影响速度和加持力的关键因素,必须掌握好相关的控制参数的关系。主要影响性能的环节包括夹送辊有效工作辊径的计算、物件进入或脱离夹送辊前后的超前量设置、力矩控制、夹持力适时调节、辊缝调节等，所有这些环节都会影响物件在夹送辊前后设备之间的运行张力。

图5中的a、b、c分别表述了夹送辊与物件直接、夹送辊环受力及整体运行力矩的简单原理。

图5a显示了物件在两个上下辊环中的受力情况，物件方向上两个夹送辊分别按照逆时针和顺时针运转，形成对物件为fl的推送力，该受力相对于辊环为与fl等值的方作用力，通过驱动电机的输出力矩来实现。在图3控制功能中，这外初步的控制环节，及为理论上的力矩给定值。一旦转矩控制触发，则在控制中给定值通过电机开始输出。

图5b中A为辊环，B为夹持的物件（如棒材生产线及为棒材），其中，P（M）（v）为包含了电机转动速度v、电机输岀力矩M等为关键控制因素的电机控制模型函数，对应气动智能控制中适时给定的夹持力N,则产生辊环A对夹持物件B的摩擦力fLfl其实为各类阻力（包含夹持力N的影响）的合力（一般生产中统称为张力，即图3中的TensionReference）.,对夹送辊的参数控制，辊环辊径和辊缝的设定值是经过精密的尺寸加T.和严密的公式计算得到的。经过现场跟踪分析，结合电流、速度等采集曲线的观察、分析，通过理论公式结合经验数据,建立了物理受力、速度控制等的计算模型，通过控制系统数据库调用，从而实现全程的控制。

由图5c分析得到物体A对物体B之间的作用力和反作用力只有摩擦力fl.所以只有增大摩擦力fl才能使得夹持物件有足够的动力。

图5e曲线表示了夹送辘控制力矩的给定过程。开始时，力矩f通过转矩控制触发，按照比例给定到夹持物件上，因受多种外因的影响，实际的力矩并不是理想的直线。随后超前给定值通过控制系统给定到电机上，电机已大于需要的给定值输岀到夹持的物件上，最终待稳定后按照给定值输出力矩。

在实际生产中对以上参数的调整得到了很好的效果。在参数中要重点注意速度v不可太大。只要合适的参数设置即可，如果太大，将会破坏摩擦的关系，形成不利条件，一般超前量在2.5%~4%之间；太小会对夹持物件形成阻力。电机的力矩M参数设置要适当，如果太大会出现夹送辐速度波动。设置太小会出现电机“满负荷”的情况，力量变小。一般设置为75%~90%之间。当阻力（张力）很小时，即使夹送辊与料之间发生相对滑动，也能满足生产条件。

3.3控制功能分析

基于以上的受力分析，结合图4的控制，运转控制的系统（如DCS或ACS）需要精确的计算电机每一转甚至每一个旋转脉冲对应的力矩，因此为了实现精准的控制.每个电机后加装了两个脉冲编码器，分别用来测速及位置控制。这便使得位置控制对应了速度的综合的控制。针对前边列举的高速上钢设备，调速优化后的速度及力矩（电流控制）曲线如图6。

图6中，第一个曲线是倍尺剪前夹送辊，一个周期内头尾控制较为明显，第二、第三个曲线为制动器夹持曲线，一个周期内分段控制制动及驱动电流较为明显。针对先进的ACS变频控制器，其完美的电机控制模型及自适应控制，能够结合性能良好的电机实现稳定的电流控制，从而实现较为严酷的控制功能。

4结论

该系统自投入运行以来，结合控制程序完美的物料跟踪及驱动系统的自适应控制，运行相对稳定，其新颖的思路和控制思想，不仅解决了常规设计中的一些难题，而且其智能的人性化的设计，大大的减轻了现场操作人员的工作强度，提高了产品性能和质量，在其它生产线的设计中具有很大的参考意义。

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