浅析张力计工作原理

作者：宋丹 李文波

来源：《科技资讯》 2013年第27期

宋丹 李文波

首钢京唐钢铁联合有限责任公司 河北唐山 063200

摘要：带钢张力的准确测量对冷轧生产线连续、稳定、高效的生产起着十分重要的作用。张力计是张力测量最直接、最准确的工具。本文结合冷轧连退现场实际情况，对ABB高精度张力计从测量原理、压力传感器的作用以及Profibus DP通讯等方面进行了简要分析。增强设备管理人员对张力计的了解，有利于维护好张力计这一关键设备。

关键字：张力计、测量原理、安装方式、PROFIBUS DP通讯

中图分类号：TH823 文献标识码：A

文章编号：1672-3791(2013)09(c)-0000-00

1 前言

张力计用来测量带钢张力，构成带钢张力闭环控制，从而使生产线上带钢张力满足工艺要求。如果张力控制不合理会造成冷轧产品的划伤和光整机辊耗的增加（对汽车板生产尤其明显）等问题，严重时会造成断带。而张力计的测量精度将直接影响生产线张力控制的精度。在首钢京唐二冷轧后处理线，使用了ABB和DR BRAND两个品牌的高精度张力计。这里我们主要介绍ABB高精度张力计。

ABB张力计测量系统包括两个部分：张力采集设备PFEA111/112及压力传感器。张力采集设备PFEA111/112，可以从两个压力传感器上获得快速精确可靠的模拟信号。与PFEA111不同，PFEA112附带Profibus-DP 现场总线通讯，分为IP65-版本（NEMA 4）和IP 20-版本（非密封）两个版本，二冷轧连退生产线由于要通过现场总线通讯，使用的是PFEA112。ABB压力传感器型号目前有 PFCL 301E、PFTL 301E、PFRL 101 和PFTL 101四种。

2 张力计的测量原理

ABB 的Pressductor传感器技术是根据某些材料受压时，磁场性质随之改变的特性而研制的。当ABB压力传感器受到机械压力时，其电磁场将随之发生改变，从而产生一个测量信号。原理为：当连续向一组线圈通入交流电流时，会产生一个电磁场。由于两组线圈完全垂直，所以产生的磁场不会使另一线线圈中产生感应电压，当没有压力时，两组线圈之间没有磁场耦合。但是，当传感器受到压力时，如图1所示，磁场形态发生改变，一部分磁场发生了耦合，并在第二组线圈中产生与被测量的辊子上的压力成比例的交流电压信号。这个电压，是一个相对较强的传感器信号，由压力传感器系统的张力设备设备转变成为系统的输出信号。

张力计成对使用，由于带钢的张力与带钢的反作用力成比例，安装在辊子轴承下面的传感器通过测量辊子和轴承传送的带钢反作用力间接测量带钢张力。传感器通过接线箱与控制单元相连。控制单元把传感器信号转化为与反作用力成比例的直流信号。根据所选择的控制单元的不同，两个独立的传感器（A和B），可以分别输出模拟信号，或者输出传感器信号的和值信号（A+B），或者两个传感器间的差值信号（A-B）。

压力传感器的电缆必须是粗四芯电缆，信号电路和励磁电路都必须接在对角线上。

3张力计的类型

3.1双辊直压式张力计

该装置机械结构，实际上是将单辊张力计与机架辅助辊合并成一体。其用途比单辊式来得广泛，国外用在可逆轧机或非可逆单机架轧机中，将机架辅助辊消除掉，轧机中心与进料端、出料端的距离大大缩短，这对整个轧制工艺要求简化，提高了表面质量，降低了设备投资成本所占用的空 间较小。

3.2三辊直压式张力计

为了提高产品产量 (灵活性)和性能价格比，60年代后期发展了可逆或非可逆的串联轧机，可逆式串联轧机和连续轧机的特点是将轧机的台座排成一行。它要求在轧机线上台座之间要有拉力控制，即张力控制。否则，会产生钢材被拉断或钢材堆积，严重影响产品质量。为了在轧制线上容易咬人钢带，减少劳动力，在三辊直压式张力计的底架，安装一个标准的液压系统。当钢板串进各轧机，卷取机咬人钢板时，三辊直压式张力计中张力辊面与轧制线是同一平面，串联轧机开始升速时，张力计由于液压系统起作用,将张力计顶上，张力辊面高于轧制线，使得钢材与三辊子全部接触，形成包角。

4 PROFIBUS DP 与PFEA112 间的通讯

4.1概述

在PFEA 112中PROFIBUS DP的用途是在PFEA 112和上级系统间建立起高速通讯连接。PROFIBUS DP是多点通讯协议将通过PLC与传感器相连（DP的意思是“分布的外围设备”）。

硬件接口是RS 485 （两线电缆）。

最大传输速率是12Mbit/s。

通讯协议是根据主/从原则。PFEA 112是从属。PROFIBUS主机时刻查询从机，意思是即使没有新的数据从PFEA 112传输来，查询也要在一个固定的时间周期内进行。每一个从机在0~125的范围内都有一个地址。

PROFIBUS将从机的信息格式、通讯参数和错误码作为类型文件，即GSD文件（6 PFEA 112的PROFIBUS DP – GSD ）存储在PROFIBUS 主机内。

4.2主/从通讯

主机和从机间的通讯是通过一个输出缓冲器和一个输入缓冲器之间完成的。

在PROFIBUS 总线上的每个扫描周期中，主机都会读取输入缓冲器中的数据，并向输出缓冲器中写入数据。同时，从机查询输出缓冲器并对输入缓冲器更新数值。

4.3通过PROFIBUS的命令

PROFIBUS DP 适用于PFEA 112 （而不适用于PFEA 111）。

状态位 “置零”是唯一的可以通过PROFIBUS在PFEA 112中执行的命令。

4.4处理通过PROFIBUS 的测量数据

两个带钢张力测量值通过PROFIBUS传输：

* 值1有与“输出电压”相同的响应时间

* 值2 有与“电流输出”相同的响应时间

“电压输出”和“电流输出”的刻度不影响测量值在PROFIBUS上的传输。

如果完成了零设置，零设置值就会通过PROFIBUS 传输

每个测量值有16位，2-补码表示法（整数16）

4.5 PROFIBUS测量值的刻度

根据负载单元的额定负载，测量值的最低有效位

4.6 PROFIBUS测量值的过滤

“值1”与电压输出有相同的过滤

“值2”与电流输出有相同的过滤

4.7输出缓冲区（从PLC到PFEA 112间的通讯）

此段说明了在输出缓冲器通讯块中的布尔量。

5结语

由此可见在首钢京唐冷轧部的连续生产线上使用ABB张力计系统可以有效的测量带钢的实际张力。同时，根据张力计的工作原理合理的选用适合张力计的类型可以达到生产线的控制要求和工艺要求。在生产线的适当位置安装ABB张力计系统，能够为全线控制系统提供易辨识、高精度、稳定性好的测量信号。进而，避免带钢张力波动对产品或生产设备造成的不良影响。

作者信息：宋丹，（1984.02），女，河北唐山人，首钢京唐钢铁联合有限责任公司