一种张力控制设备、系统及方法

技术领域

本发明涉及轧制控制技术领域，特别涉及一种张力控制设备、系统及方法。

背景技术

钢材是工业制造中不可缺少的材料。工业应用中的钢材是工件通过多道工序加工制成的。其中，矫直或者其他设备如加热炉等和轧制是必要的工序环节。为了提高加工的效率，需要将多种工序或设备与轧制工序组线生产，这会导致线体长，物料恒定满足轧制进线就会变得很困难。工件在设备上输送的过程中，两端设备的工作状态即运行速度的速度差累积等会影响到两端设备之间的工件的张力。随着轧制过程中工件材料变形会有轧制进/出口的溢料，工件的张力会发生改变，因此需要随着轧制的进行同步调整工件的张力。张力的大小将对工件变形区的参数产生直接影响。矫直及轧制线上能否高水平的完成工件的矫直和轧制，生产出高质量的产品，在很大程度上取决于对工件的张力控制。另外，工件在输送的过程中，如果张力过大，工件可能会断料；如果张力过小，工件可能会下垂。这些都是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种张力控制设备及张力控制系统和控制方法，解决了上述现有技术中的不足。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请公开的第一方面提供了一种张力控制设备，包括工件输送过程中，上游侧的矫直机和下游侧的轧机，

所述矫直机和轧机之间设有检测装置，检测装置与矫直机电连接；

其中，所述检测装置用于检测工件输送过程中的张力，所述矫直机根据所述张力调节其输送工件的速度，使工件在输送过程中的张力值处于预设的张力区间内。

在一些实施方案中，所述检测装置包括：

前面板，以及设置在所述前面板上的检测部件和若干个支撑轮，其中，所述支撑轮分设在所述检测部件的两侧；

所述检测部件包括传感器，以及电连接于所述传感器的检测控制器，其中，所述传感器用于检测工件在所述传感器与所述支撑轮之间形成的检测通道的输送过程中的张力。

在一些实施方案中，所述检测部件还包括传感器安装板，所述传感器安装板通过紧固件与前面板固定连接；

其中，所述传感器安装在所述传感器安装板上。

在一些实施方案中，所述前面板的检测部件安装处设有传感器安装孔。

在一些实施方案中，所述矫直机包括矫直机架，其上设有至少一个纵向矫直组件和至少一个横向矫直组件；

所述纵向矫直组件包括，

至少一组碾送辊组和上下交错配置的多个上矫直辊和多个下矫直辊，其中，所述碾送辊组包括上碾送辊及与之配合的下碾送辊。

在一些实施方案中，所述纵向矫直组件布置在矫直机架的上游侧，横向矫直组件布置在矫直机架的下游侧；或，

纵向矫直组件和横向矫直组件采用交替的方式布置在矫直机架上。

本申请公开的第二方面提供一种张力控制系统，

该系统应用于上述的张力控制设备，该系统包括控制器，控制器包括中央处理器，以及中央处理器电连接的数据采集单元、速度控制单元、存储单元；

数据采集单元与检测部件上的传感器电连接，速度控制单元与矫直机的纵向矫直组件和横向矫直组件电连接，存储单元用于存储张力控制算法；

其中，数据采集单元获取工件在输送过程中的张力数据，中央处理器根据张力数据经过控制算法求解获得工件在输送过程中的状态，并向纵向矫直组件和横向矫直组件发出指令，调整其转速，使工件在输送过程中的张力值处于预设的张力区间内。

本申请公开的第三方面提供一种张力控制方法，

该方法应用于上述的张力控制系统，该方法包括：

获取工件在输送过程中的张力数据，其中，张力数据通过检测部件上的传感器获得；

控制矫直机输送工件的转速，使工件在输送过程中的张力值处于预设的张力区间内，其中，矫直机的转速根据获取的张力数据经张力控制算法求解获得。

在一些实施方案中，所述张力控制算法包括：

将张力数据与张力预设阈值进行对比，并根据对比的结果发出加速/减速信号。

在一些实施方案中，所述张力预设阈值包括最大阈值和最小阈值；

将张力数据与张力预设阈值进行比较：

若张力数据＞张力最大阈值，则发出加速信号；

若张力数据＜张力最小阈值，则发出减速信号。

在一些实施方案中，所述张力最大阈值为根据工件及工况设定的张力值+偏差值；所述张力最小阈值为根据工件及工况设定的张力值-偏差值。

分析可知，本发明公开一种张力控制装置、控制系统及控制算法。

与现有技术相比较，本发明的技术方案具有如下优点：

本申请设有张力的检测装置，通过检测装置获取工件在输送过程中的张力大小，通过张力控制算法将工件在输送过程中的张力值保持在预设的张力区间内。有效的解决了工件在输送的过程中，因张力过大，导致工件断料；或因张力过小，导致工件下垂的情况。提高了生产效率，以及工件在矫直及轧制加工中的质量，确保了后期产品的良品率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1本发明一实施例的控制设备整体结构示意图；

图2本发明一实施例的检测装置结构示意图；

图3本发明一实施例的控制系统结构框图示意图；

图4本发明一实施例的控制方法流程示意图。

附图标记说明：

1-矫直机；11-控制器；2-检测装置；21-前面板；22-传感器安装孔；23-检测部件；2301-检测轮；2302-传感器安装板；2303-第一安装孔；24-支撑轮；25-支撑轮安装孔；26-检测控制器；3-轧机；4-工件。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

所附附图中示出了本发明的一个或多个示例。详细描述使用了数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似标记的已经用于指代本发明的相似或类似的部分。如本文所用的那样，用语“第一”、“第二”和“第三”等可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示单独构件的位置或重要性。

请查阅图1所示，根据本发明的实施例，提供了一种张力控制设备，该设备的整体结构按照工件4加工时输送的方向依次包括，上游侧的矫直机1、下游侧的轧机3以及矫直机1和轧机3之间的检测装置2。

工件4进入矫直机1后，矫直机1对工件4进行横向和纵向的矫直。在本实施例中，矫直机1包括矫直机架，矫直机架上设有纵向矫直组件和横向矫直组件。其中，纵向矫直组件包括至少一组以上的碾送辊组，碾送辊组包括上碾送辊及与之配合的下碾送辊；纵向矫直组件还包括上下交错配置的多个上矫直辊和多个下矫直辊，在它们之间形成供工件通过的矫直通道。矫直机上设有驱动矫直组件和横向矫直组件工作的驱动装置，该驱动装置为常规驱动设备，该驱动装置是由矫直机上的控制器11控制。在控制器11的控制下，碾送辊组、上矫直辊、下矫直辊按照指定的转速转动，能够使工件4朝输送方向的上游侧向下游侧移动并对工件4进行矫直。

在本实施例中，纵向矫直组件设置在矫直机1的上游侧，横向矫直组件设置在矫直机1的下游侧。除此之外，并不排除其他的实施方案。例如，在一些实施例中，矫直机架设有多个纵向矫直组件和多个横向矫直组件，纵向矫直组件均设置在上游侧，横向矫直组件均设置在下游侧；或纵向矫直组件和横向矫直组件采用交替的方式布置在矫直机架上。

工件4进入轧机3后，轧机3对工件4进行轧制加工。在本实施例中，轧机3包括轧机机架，轧机机架上设有上轧辊及与之配合的下轧辊，以及为上、下轧辊提供驱动力的轧机驱动装置，以及控制轧机驱动装置运行状态的轧机控制器。轧机控制器控制轧机驱动装置驱动上轧辊和下轧辊按照指定的转速转动，能够使工件4朝输送方向的上游侧向下游侧移动并对工件4进行轧制。在本实施例中，轧机3的结构为现有常规技术，这里不做过多赘述。

工件4在矫直机1和轧机3的输送过程中，需要控制工件4在矫直机1和轧机3之间的张力，避免工件4因张力过大而断料，或因张力过小而下垂的情况发生。并将工件4的张力值控制在合理或最优的区间内，进而提高工件4的加工质量。因此，本申请通过检测装置2对输送中的工件4的张力进行实时检测，并通过张力控制算法控制工件4在检测装置2的上游侧和下游侧的输送速度，调节工件4在矫直机1和轧机3之间的张力大小。

具体的，请参阅图2所示，在本实施例中，上述检测装置2包括前面板21，前面板21安装在台架上。前面板21上设有检测部件23。检测部件23包括传感器安装板2302，以及安装在传感器安装板2302上的传感器。在本实施例中，所述传感器包括检测轮2301。检测轮2301上设有张力传感器/压力传感器，用于获取检测轮2301所受外力的数据信息。传感器安装板2302的正面设有多个第一安装孔2303。前面板21上设有与第一安装孔2303相配合的第二安装孔。检测部件23采用螺栓和第一安装孔2303、第二安装孔的配合固定安装到前面板21上。前面板21上还设有支撑轮24，在本实施例中，支撑轮24设有两个且分设在检测轮2301的两侧。工件4按照输送的方向依次经过一侧支撑轮24a的上方、检测轮2301的下方、另一侧支撑轮24b的上方，实现检测轮2301对工件4张力的检测。检测轮2301通过电缆电连接于检测控制器26，检测控制器26通过电缆电连于矫直机的控制器11。

上述检测装置2在运行的过程中，检测轮2301将获取的工件4张力数据信息发送至矫直机1上的控制器11，控制器11对张力数据进行分析，并按照张力控制算法调整矫直机1的工作状态，控制纵向矫直组件和横向矫直组件的转速，进而调节工件4的输送速度，使工件4的张力值保持在张力预设的范围内。

在一些实施例中，当检测轮2301的尺寸应监测的需求发生改变时，为了适配不同尺寸的检测轮2301，在前面板21的检测部件23安装处开设一传感器安装孔22。在本实施例中，传感器安装孔22为一条形通孔，通常情况下，传感器安装孔22垂直于检测轮2301两侧的支撑轮24之间的连线。检测轮2301的一部分可在传感器安装孔22内移动，当检测轮2301调整到合适位置后，通过传感器安装板2302固定安装到前面板21上。为此，前面板21上设有若干个第二安装孔，用于固定不同位置的检测部件23。

另外，在一些实施例中，上述传感器安装孔22还用于检测装置2在调试的过程中，调节检测轮2301位置，使其处于最佳的工作状态

在一些实施例中，通过上述传感器安装孔22还可以调整检测轮2301的横向位置。

在本实施例中，支撑轮24设有两个，在应用中，需要根据工件4的属性及加工要求，调整支撑轮24的数量。通常情况下，支撑轮24对称布置在检测轮2301的两侧。对应的，在前面板21上设有多个支撑轮安装孔。通常情况下，支撑轮安装孔会设置在同一直线上，且，一般情况会水平布置。

要注意的，支撑轮24会根据不同的需求选择不同的型号，以更好的配合工件4的张力检测。

在一些实施例中，为了便于调节检测装置2的高度，在台架上增设了高度调节结构。所述调节结构为常规设计，如本实施例中采用的设计方式，在台架的底部设置可上下滑动且带有调节槽的槽型台脚，台架上设有与调节槽配合的导向固连螺栓。当调整好检测装置2的高度后，通过该螺栓将槽型台脚固定到台架上。

本发明还公开了一种张力控制系统，请查阅图3所示，该系统包括控制器11，控制器11包括中央处理器，以及中央处理器电连接的数据采集单元、速度控制单元、存储单元。数据采集单元与检测轮2301电连接，并获取检测轮2301采集到的工件在输送过程中的张力数据信息。速度控制单元与矫直机1的纵向矫直组件和横向矫直组件电连接。中央处理器根据数据采集单元获取的工件张力数据信息经控制算法控制纵向矫直组件和横向矫直组件的转速，进而调节工件在输送过程中的张力。存储单元用于存储张力控制算法。其中，矫直机1上设有变频器，变频器与中央处理器电连接，通过变频器变频调节纵向矫直组件和横向矫直组件的转速。

本发明还公开了一种张力控制方法，请查阅图4所示，该方法应用于上述控制系统，该方法通过检测轮2301获取的工件4张力数据，经过张力控制算法计算出工件4的张力状态。通过张力状态获取与其相匹配的预设指令信号，并将指令信号发送至矫直机1，矫直机1根据指令信号调整其转速，实现最终的张力控制。

具体的，在工件未进入轧机3之前为初始化状态，矫直机1获取到的工件张力数据为初始恒定数据，此时不进行张力控制。当工件4从矫直机1输出后，经过检测装置2，进入轧机3。此时，启动张力检测，控制器11通过检测轮2301获取工件4在输送过程中的张力数据，对张力数据进行分析，即：将张力数据与张力预设阈值进行对比，并根据对比的结果发出加速/减速信号。

进一步的，这里的张力预设阈值为一区间，设置为张力最大阈值和张力最小阈值。对于张力阈值范围，可以根据工况进行设定。一种优选的方案为，张力最大阈值为工件及工况设定的张力值+6N；张力最小阈值为工件及工况设定的张力值-6N。这里的±6N为偏差值，在一些实施例中，偏差值需要根据实际的工件及工况进行设定。另外，不排除的，张力最大/最小阈值存在相同的可能，即，偏差值为0。

更具体的，将张力数据与张力最大阈值对比，若张力数据＞张力最大阈值，代表轧机3运行的速度快于矫直机1的输送速度，工件4输送滞后，可能会出现工件4断裂情况。因此需要提高矫直机1的转速，向矫直机1输出加速信号。

将张力数据与张力最小阈值对比，若张力数据＜张力最小阈值，代表轧机3运行的速度慢于矫直机1的输送速度，工件4输送过快，可能会出现工件4下垂情况。因此需要降低矫直机1的转速，向矫直机1输出减速信号。

通过上述控制算法，控制工件4的输送速度，调节工件4在输送的过程中始终处于合适的张力范围内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。