CN101091966A - 一种连轧机组轧机入口带钢双重纠偏控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种连轧机组轧机入口带钢双重纠偏控制系统，是由6^#和7^#两套纠偏装置组成，其中7^#纠偏装置安装在连轧机组入口，其特点是，7^#纠偏装置的纠偏量反馈并叠加到6^#纠偏装置的系统中，提高了轧机入口的纠偏精度(1mm以内)、提高系统响应速度、提高控制系统稳定性，有利于带钢的稳定轧制，对轧钢卷取机的溢出边、塔形进行有效控制，减少了罩式退火炉工序以及平整工序因溢出边、塔形造成的废料损失，同时减少轧机机架前由于张力偏差大停机的现象，减少了轧机因频繁起车造成轧件厚薄不均的距离，减少了因带材跑偏造成勒辊需非计划换辊的数量，提高成材率。

Description

一种连轧机组轧机入口带钢双重纠偏控制系统

技术领域：

本发明属于轧钢领域，特别适用于连轧机入口纠偏系统控制。

背景技术：

正常生产中，轧机入口经常出现带钢跑偏和张力差大停车的现象，特别是在轧制带宽超过1500mm的带钢更容易发生跑偏。连轧机组带钢跑偏危害较大，轻则停车影响机组作业率，重则断带损坏机架设备。目前，一般机组中间带材纠偏是通过改变导辊或夹送辊的轴心线来实现的，结构形式大至可分3种。

一种是I效应控制辊。这种控制辊是以一端为支点，另一端用液压缸调节辊子的角度。当带钢跑偏，可借助液压缸调节辊子的角度。从而强制带钢在辊子上做侧向移动，直到带钢与辊轴线呈90度的位置。调节随着时间逐步积分，动态性能差，调节速度较慢。

一种是P效应控制辊。辊子装在旋转机架上，以下面的固定框架的旋转点转动。同时使带钢180度包缠此辊。当控制辊控制信号控制后，有侧向调整位移量，带钢随即有一纠偏量。该控制辊的动态性能好，没有延迟时间。但静态特性受比例系统的影响，为有差调节系统，性能差。

还有一种P-I效应控制辊。这种方式从原理上及机械设计上讲是上述两种的综合，在液压缸驱动调节下，既有侧向位移(P效应)，又有角度的改变(I效应)，共同调节。

对于连轧机组，为了保证纠偏精度，一般来说纠偏装置位于轧制机架牌坊的入口，即纠偏装置与轧机机架距离较近，当纠偏辊摆动调节时会使得带钢两边的张力不一致，直接影响轧制稳定。而且由于机械结构布局的限制，带钢进带与纠偏辊架角度小于90度，使纠偏框架在调节时，纠偏辊下辊产生反作用力，形成纠偏死区。

发明内容：

本发明的目的就是针对上述带材在轧机入口的纠偏问题及现有纠偏系统存在的问题提供一种连轧机组轧机入口带钢双重纠偏控制系统，此项技术有效的提高带钢在轧机入口的纠偏精度(1mm以内)、提高系统响应速度、提高控制系统稳定性，有利于带钢的稳定轧制。

本发明的目的是这样实现的，是由6^#和7^#两套纠偏装置组成，其中7^#纠偏装置安装在连轧机组入口，特点是，7^#纠偏装置的纠偏量反馈并叠加到6^#纠偏装置的系统中。

本发明的具体技术方案是这样的，由电感式检测装置、线性编码器检测装置、比例积分调节器、伺服阀及油缸形成连续闭环系统，通过比较两端传感器测得的磁通量得知带钢的跑偏量，并将偏差值变为电信号输入到电液伺服系统，然后通过纠偏辊旋角与带钢跑偏量计算公式算出纠偏辊应旋转的角度；同时通过线性编码器得知油缸的位置，通过纠偏辊实际旋转角度与油缸位置计算公式算出纠偏辊实际旋转的角度，计算的差值通过伺服系统中的伺服比例阀根据信号大小来驱动横移液压缸，使传动装置做相应的移动，从而带钢可准确的行进在预先调整好的位置上，即生产线中心线的位置，其6^#纠偏装置及7^#纠偏装置的参数计算公式为：

调偏角α，偏差α：α＝α₁-α₂

α₁＝Arcsin(W₁/L₁)

α₂＝Arctan(P/L₂)

L₁：带钢悬空长度；

L₂：纠偏辊长度或纠偏框架辊间距(当油缸运行路径垂直于纠偏辊轴心线时，L₂为纠偏辊长度；当油缸运行路径平行于纠偏辊轴心线时，L₂为纠偏框架辊间距)；

W₁：带钢偏移量；

P：为油缸位移；

第n次调节量：

Yn＝Y_n-1+Kp×{(1+TA/TN)×α_n-α_n-1}

其中，Kp：调节器比例系数；

Tn：调节器积分时间；

TA：系统扫描周期。

本发明的6^#纠偏辊叠加偏差量计算：

W_62n＝W_62n-1+K_p67×{(1+TA/TN₆₇)×α_7n-α_7n-1}；

纠偏辊设定旋角计算：

Sinα₆₁＝(W₆₁+W₆₂)/L₆₁；

Sinα₇₁＝W₇/L₇₁；

即α₆₁＝Arcsin{(W₆₁+W₆₂)/L₆₁}；    (1)

α₇₁＝Arcsin(W₇/L₇₁)。    (2)

纠偏辊实际旋角计算：

Tanα₆₂＝P₆/L₆₂；Tanα₇₂＝P₇/L₇₂；

即α₆₂＝Arctan(P₆/L₆₂)；    (3)

α₇₂＝Arctan(P₇/L₇₂)    (4)

纠偏辊旋角设定与实际偏差计算：

α₆＝α₆₁-α₆₂；    (5)

α₇＝α₇₁-α₇₂；    (6)

将(1)、(3)代入(5)式，(2)、(4)代入(6)，得

α₆＝Arcsin{(W₆₁+W₆₂)/L₆₁}-Arctan(P₆/L₆₂)；

α₇＝Arcsin(W₇/L₇₁)-Arctan(P₇/L₇₂)；

6#纠偏控制辊的调节器输出Y₆：

Y_6n＝Y_6n-1+K_p6×{(1+TA/TN₆)×α_6n-α_6n-1}；

7#纠偏控制辊的调节器输出Y₇：

Y_7n＝K_p7×α_7n；

K_p67：比例积分调节器67比例系数；取值范围：1-2

K_p6：比例积分调节器6比例系数；取值范围：10-30

K_p7：比例积分调节器7比例系数；取值范围：15-40

TN₆₇：比例积分调节器₆₇积分时间；6#、 7#纠偏辊间距/带钢线速度

TN₆：比例积分调节器₆积分时间；取值范围：1-2s

L₆₁：6#纠偏辊带钢悬空长度；

L₆₂：6#纠偏辊纠偏框架辊间距；

L₇₁：7#纠偏辊带钢悬空长度；

L₇₂：7#纠偏辊纠偏框架辊间距；

TA：系统扫描周期；取值范围：20-100ms。

本发明的优点及效果在于，采用本发明使轧机的纠偏精度达到了1mm以内，对轧钢卷取机的溢出边、塔形进行有效控制，减少了罩式退火炉工序以及平整工序因溢出边、塔形造成的废料损失，提高成材率。轧机机架前由于张力偏差大停机的现象减少，减少了轧机因频繁起车造成轧件厚薄不均的距离，减少了因带材跑偏造成勒辊需非计划换辊的数量。

附图说明

图1为本发明的控制原理图，

图2为单重控制原理图，

图3为控制系统安装位置图。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1、3所示，出口活套带钢经过6#纠偏装置1后进入5#、6#张力辊组2(提供出口活套前张力和连轧机组入口后张力)，然后再经过7#纠偏装置3的摆动框架来纠正带钢位置，最后经张力辊4顺利进入轧机5。从图3可以看出，6#纠偏装置1为典型PI三辊纠偏，既具有P效应控制辊动态性能好，没有滞后时间等特点，也具有I效应控制辊无稳态偏差，纠正进带偏差等特点，将此三辊纠偏放置在出口活套的出口，既保证了出口活套带钢对中，也对轧机入口带钢对中产生预调效果。7#纠偏装置3为典型P效应双辊纠偏，快速纠正轧机入口带钢位置。

如图2所示，6#纠偏装置或7#纠偏装置由电感式检测装置、线性编码器检测装置、比例积分调节器、伺服阀及油缸形成连续闭环系统，通过比较两端传感器测得的磁通量得知带钢的跑偏量，并将偏差值变为电信号输入到电液伺服系统，然后通过纠偏辊旋角与带钢跑偏量计算公式算出纠偏辊应旋转的角度；同时通过线形编码器得知油缸的位置，通过纠偏辊实际旋转角度与油缸位置计算公式算出纠偏辊实际旋转的角度，计算的差值通过伺服系统中的伺服比例阀根据信号大小来驱动横移液压缸，使传动装置做相应的移动，从而带钢可准确的行进在预先调整好的位置上，即生产线中心线的位置，其6^#纠偏装置及7^#纠偏装置的参数计算公式为：

调偏角α，偏差α：α＝α₁-α₂

α₁＝Arcsin(W₁/L₁)

α₂＝Arcsin(P/L₂)；

L₁：带钢悬空长度，

L₂：纠偏辊长度或纠偏框架辊间距(当油缸运行路径垂直于纠偏辊轴心线时，L₂为纠偏辊长度；当油缸运行路径平行于纠偏辊轴心线时，L₂为纠偏框架辊间距)；

W₁：带钢偏移量；

P：油缸位移；

第n次调节量：

Yn＝Y_n-1+Kp×{(1+TA/TN)×α_n-α_n-1}

其中，Kp：调节器比例系数；

Tn：调节器积分时间；

TA：系统扫描周期。

如图1、3所示，6#带钢纠偏装置(对中粗调)将尽可能大范围纠正进带偏差。7#带钢纠偏装置(对中精调)直接放置在机架前，小范围纠正后面的偏差。在此，精调对中系统不断的监视带钢偏差，并考虑了两套装置测量的一个变化的偏差值自动迭加到第一套粗调对中系统修正带钢位置，使两套系统协调工作，即6^#CPC将根据7^#CPC的纠偏辊机械位置进行预调，使7^#纠偏辊几乎处于水平位置，防止带钢被拉伤。由于精调系统纠正偏差量极小，从而能保证很精确的将带钢平直送入机架，特别适用轧机入口较短的自由进带。

本发明的6^#纠偏辊叠加偏差量计算：

W_62n＝W_62n-1+K_p67×{(1+TA/TN₆₇)×α_7n-α_7n-1}；

纠偏辊设定旋角计算：

Sinα₆₁＝(W₆₁+W₆₂)/L₆₁；

Sinα₇₁＝W₇/L₇₁；

即α₆₁＝Arcsin{(W₆₁+W₆₂)/L₆₁}；    (1)

α₇₁＝Arcsin(W₇/L₇₁)。    (2)

纠偏辊实际旋角计算：

Tanα₆₂＝P₆/L₆₂；Tanα₇₂＝P₇/L₇₂；

即α₆₂＝Arctan(P₆/L₆₂)；    (3)

α₇＝Arctan(P₇/L₇₂)    (4)

纠偏辊旋角设定与实际偏差计算：

α₆＝α₆₁-α₆₂；    (5)

α₇＝α₇₁-α₇₂；    (6)

将(1)、(3)代入(5)式，(2)、(4)代入(6)，得

α₆＝Arcsin{(W₆₁+W₆₂)/L₆₁}-Arctan(P₆/L₆₂)；

α₇＝Arcsin(W₇/L₇₁)-Arctan(P₇/L₇₂)；

6#纠偏控制辊的调节器输出Y₆：

Y_6n＝Y_6n-1+K_p6×{(1+TA/TN₆)×α_6n-α_6n-1}；

7#纠偏控制辊的调节器输出Y₇：

Y_7n＝K_p7×α_7n；

K_p67：比例积分调节器67比例系数；取值范围：1-2

K_p6：比例积分调节器6比例系数；取值范围：10-30

K_p7：比例积分调节器7比例系数；取值范围：15-40

TN₆₇：比例积分调节器₆₇积分时间；6#、7#纠偏辊间距/带钢线速度

TN₆：比例积分调节器₆积分时间；取值范围：1-2s

L₆₁：6#纠偏辊带钢悬空长度；

L₆₂：6#纠偏辊纠偏框架辊间距；

L₇₁：7#纠偏辊带钢悬空长度；

L₇₂：7#纠偏辊纠偏框架辊间距；

TA：系统扫描周期；取值范围：20-100ms。

Claims (3)

1、一种连轧机组轧机入口带钢双重纠偏控制系统，是由6^#纠偏装置(1)和7^#两套纠偏装置组成，其中7^#纠偏装置(3)安装在连轧机组入口，其特征在于，7^#纠偏装置(3)的纠偏量反馈并叠加到6^#纠偏装置(1)的系统中。

2、根据权利要求1所述的一种连轧机组轧机入口带钢双重纠偏控制系统，其特征在于，6#纠偏装置(1)或7#纠偏装置(3)是由电感式检测装置、线性编码器检测装置、比例积分调节器、伺服阀及油缸形成连续闭环系统，通过比较两端传感器测得的磁通量得知带钢的跑偏量，并将偏差值变为电信号输入到电液伺服系统，然后通过纠偏辊旋角与带钢跑偏量计算公式算出纠偏辊应旋转的角度；同时通过线性编码器得知油缸的位置，通过纠偏辊实际旋转角度与油缸位置计算公式算出纠偏辊实际旋转的角度，计算的差值通过伺服系统中的伺服比例阀根据信号大小来驱动横移液压缸，使传动装置做相应的移动，从而带钢可准确的行进在预先调整好的位置上，即生产线中心线的位置，其6^#纠偏装置或7^#纠偏装置的系统参数计算公式为：

调偏角α，偏差α：α＝α₁-α₂

α₁＝Arcsin(W₁/L₁)

α₂＝Arctan(P/L₂)

L₁：带钢悬空长度，

L₂：纠偏辊长度或纠偏框架辊间距，

W₁：带钢偏移量；

P：油缸位移；

第n次调节量：

Yn＝Y_n-1+Kp×{(1+TA/TN)×α_n-α_n-1}

其中，Kp：调节器比例系数；

Tn：调节器积分时间；

TA：系统扫描周期。

3、根据权利要求1所述的一种连轧机组轧机入口带钢双重纠偏控制系统，其特征在于，

6^#纠偏辊叠加偏差量计算：

W_62n＝W_62n-1+K_p67×{(1+TA/TN₆₇)×α_7n-α_7n-1}；

纠偏辊设定旋角计算：

Sinα₆₁＝(W₆₁+W₆₂)/L₆₁；

Sinα₇₁＝W₇/L₇₁；

即α₆₁＝Arcsin{(W₆₁+W₆₂)/L₆₁}；    (1)

α₇₁＝Arcsin(W₇/L₇₁)。             (2)

纠偏辊实际旋角计算：

Tanα₆₂＝P₆/L₆₂；Tanα₇₂＝P₇/L₇₂；

即α₆₂＝Arctan(P₆/L₆₂)；           (3)

α₇₂＝Arctan(P₇/L₇₂)               (4)

纠偏辊旋角设定与实际偏差计算：

α₆＝α₆₁-α₆₂；                   (5)

α₇＝α₇₁-α₇₂；                   (6)

将(1)、(3)代入(5)式，(2)、(4)代入(6)，得

α₆＝Arcsin{(W₆₁+W₆₂)/L₆₁}-Arctan(P₆/L₆₂)；

α₇＝Arcsin(W₇/L₇₁)-Arctan(P₇/L₇₂)；

6#纠偏控制辊的调节器输出Y₆：

Y_6n＝Y_6n-1+K_p6×{(1+TA/TN₆)×α_6n-α_6n-1；

7#纠偏控制辊的调节器输出Y₇：

Y_7n＝K_p7×α_7n；

K_p67：比例积分调节器67比例系数；取值范围：1-2

K_p6：比例积分调节器6比例系数；取值范围：10-30

K_p7：比例积分调节器7比例系数；取值范围：15-40

TN₆₇：比例积分调节器67积分时间；6#、 7#纠偏辊间距/带钢线速度

TN₆：比例积分调节器6积分时间；取值范围：1-2s

L₆₁：6#纠偏辊带钢悬空长度；

L₆₂：6#纠偏辊纠偏框架辊间距；

L₇₁：7#纠偏辊带钢悬空长度；

L₇₂：7#纠偏辊纠偏框架辊间距；

TA：系统扫描周期；取值范围：20-100ms。

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