CN101885003B - 轧制设备的控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抑制了设备投资并且能够以极低速度进行轧制的轧制设备的控制装置及控制方法。轧制设备具备控制装置，所述轧制设备具有：开卷机；至少一个轧机；卷取机；和多个电动机，分别驱动开卷机、轧机及卷取机。该轧制设备的控制装置具有：逆变器，其与各电动机连接，并通过对所述各电动机的电压以及/或者频率进行操作，来控制所述各电动机的转速以及/或者转矩；初级频率检测单元，其对所述逆变器的初级频率进行检测；和控制单元，其基于检测出的所述逆变器的初级频率，对逆变器进行控制，并对各电动机的转速以及/或者转矩进行控制以使逆变器的初级频率不成为零。

Description

轧制设备的控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及冷轧设备的控制装置及控制方法。

背景技术

在冷轧设备中，当轧制生产线停止或轧制生产线以极低速运转时，若增加电动机的转矩电流，则电流在电动机的一部分的电路或者逆变器的一部分的开关元件中集中。由此，存在电动机的一部分的电路以及/或者逆变器的一部分的开关元件破损的情况。为了防止于此，采取了在轧制生产线停止时减少或限制转矩电流、或使轧制生产线不以极低的速度来运转等对策。

在专利文献1中所记载的轧制设备中，在熔接部，将轧制生产线以0mpm(m/分)以上、50mpm以下的低速继续运转，直至送入侧的被轧制材的熔接结束。为此，需要设置具有充分大的电流容量的电动机及逆变器。实际上，为了除了以轧制生产线的通常线速度进行作业外，还能够在与轧制生产线的通常线速度的作业相同的轧制状态下使轧制生产线作业至极低速度，与以往的通常轧制设备相比，需要相对于要实现的轧制性能而言过大的设备投资。

专利文献1：国际公开第2008/062506号小册子

在冷轧设备中，为了驱动轧机及卷取机、开卷机等，一般使用交流电动机和驱动交流电动机的逆变器。交流电动机，通过在转子和定子中导通交流电流，产生转矩而旋转。交流电流的频率，从电动机的旋转频率向产生转矩的方向位移差频。当以低的速度或极低的速度作业时，交流电动机的转速变低，且逆变器初级侧(电动机侧)的频率也降低。

电动机在旋转方向上产生转矩的情况下，逆变器的初级频率比电动机的旋转频率大差频，而在与电动机的旋转方向反方向(再生方向)上产生转矩的情况下，初级频率比电动机的旋转频率小差频。

因此，在将电动机以低速向再生方向运转的情况下，逆变器的初级频率接近为零(直流)。逆变器一般由开关元件构成，而电动机由于是电感负载，所以直流电阻低，且因为在低频率下施加电压降低，所以一般在开关元件中的消耗电力增加。

而且，在逆变器的初级频率低的情况下，各相的电流被保持在恒定状态，且电流在一部分的开关元件中集中的时间也变长。一般原则上，为了防止开关元件的破损，设置限制电流的保护电路或使电动机以及/或者开关元件不以如此低的速度运转。

但是，在如专利文献1(国际公开第2008/062506号小册子)中所记载的轧机中，在将轧机送入侧的被轧制材彼此熔接的期间也以极低的速度继续进行轧制。

由送入侧的开卷机对被轧制材进行开卷，第一根卷材(coil)的开卷结束后，对第二根卷材进行开卷，利用熔接机对第一根卷材的尾端与第二根卷材的前端进行熔接，以作为一根卷材进行轧制。在熔接机的送出侧设置有储蓄带材(strip)的带材储蓄设备。然后，在熔接过程中由带材储蓄设备提供被轧制材而继续进行轧制。如果增大带材储蓄设备所能够储蓄被轧制材的最大长度，则能够以比较高的速度来继续进行轧制。

在该带材储蓄设备中，为了将设备投资抑制至最小限度，将带材储蓄长度的最大值限制为100米以下。带材的储蓄长度越短，越有益于抑制设备投资，越能够简化带材储蓄设备的装置结构。如果将带材储蓄长度的最大值设定为几米，就可以由立式1段的活套辊(looper)构成带材储蓄设备。

在对带材储蓄长度进行限制使其变短的情况下，必须在送入侧进行熔接的时间内不停止轧机而继续进行轧制。因此，需要将轧机速度设定为极低的速度。

在这种轧机中，即使在以极低的轧制速度作业的情况下也需要产生对轧制所需要的张力、轧制转矩。因此，需要在极低的运转速度下也发挥充分性能的电动机和逆变器。因此，即使特意对应于通常的轧机运转速度而紧凑(compact)且低成本地设计轧制设备，但为了实现能够以极低运转速度运转的电动机和逆变器，也产生需要高额的设备投资的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种抑制了设备投资且能够以极低的速度进行轧制的轧制设备的控制装置及控制方法。

为实现上述目的，本发明的轧制设备的控制装置，是配备在轧制设备中的控制装置，所述轧制设备具有：开卷机，其向送入侧送出被轧制材；至少一个轧机，能够在上下方向上对辊位置进行操作；卷取机，其在所述轧机的送出侧对被轧制材进行卷取；和多个电动机，分别驱动所述开卷机、所述轧机及所述卷取机，所述轧制设备的控制装置的特征在于，具有：逆变器，其与所述各电动机连接，并通过操作施加于所述各电动机的电压以及/或者频率，对所述电动机的转速以及/或者转矩进行控制；初级频率检测单元，其对所述逆变器的初级频率进行检测：和控制单元，其基于检测出的所述逆变器的初级频率，对所述逆变器进行控制，并对所述各电动机的转速以及/或者转矩进行控制以使所述逆变器的初级频率不成为零。

本发明的轧制设备的控制方法为对轧制设备进行控制的控制方法，所述轧制设备具有：开卷机，其向送入侧送出被轧制材；至少一个轧机，能够在上下方向上对辊位置进行操作；卷取机，其在所述轧机的送出侧对被轧制材进行卷取；多个电动机，分别驱动所述开卷机、所述轧机及所述卷取机；和逆变器，其与所述各电动机连接，并通过操作施加于所述电动机的电压以及/或者频率，对所述各电动机的转速以及/或者转矩进行控制，所述轧制设备的控制方法的特征在于包括：对所述逆变器的初级频率进行检测的步骤；以及基于检测出的所述逆变器的初级频率，对所述逆变器进行控制，并对所述各电动机的转速以及/或者转矩进行控制以使所述逆变器的初级频率不成为零的步骤。

发明效果

能够提供一种轧制设备的控制方法及控制装置，其通过避免逆变器的初级频率成为零附近而对设备投资进行抑制，并且能够以在装置中不会产生损伤的极低速度使轧机运转，且能够维持被轧制产品的质量。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的轧制设备及其控制装置的结构的图。

图2是表示电动机转速与逆变器的初级频率之间关系的图。

图3是说明对电动机的旋转速度进行变更从而避免逆变器初级频率成为零的方法的图。

图4是说明对电动机的转矩进行变更从而避免逆变器初级频率成为零的方法的图。

图5是表示初级频率检测装置的结构的一个示例的图。

图6是表示初级频率检测装置的结构的一个示例的流程图的图。

图7是表示初级频率检测装置的结构的其它例的图。

图8是表示初级频率检测装置的结构的其它例的流程图的图。

图9是表示轧机的作业设定变更的流程图的图。

图10是表示开卷机的作业设定变更的流程图的图。

图中：1-被轧制材，10-开卷机，11-熔接机送入侧夹紧辊(pinchroll)，12-熔接机，13-带材储蓄设备(活套辊)，14-第一轧机，15-第二轧机，16-切断机(shear)送入侧夹紧辊，17-轧机送出侧切断机，18-切断机送出侧夹紧辊，19-张力卷取机(tension reel)，20-第一轧机送入侧板厚检测器，21-第一轧机送出侧板厚检测器，22-第二轧机送出侧板厚检测器，30-轧机送入侧板速度检测器，31-第一轧机送出侧板速度检测器，32-第二轧机送出侧板速度检测器，40-开卷机驱动电动机，41-第一轧机驱动电动机，42-第二轧机驱动电动机，43-张力卷取机驱动电动机，50-开卷机电动机电流控制装置，51-第一轧机驱动电动机速度控制装置，52-第二轧机驱动电动机速度控制装置，53-张力卷取机驱动电动机电流控制装置，61-轧制设备主控制装置，62-板厚控制装置，71-初级频率检测装置，72-作业设定变更装置，73-速度/张力变更指令，74-板厚/载重变更指令，131-带材储蓄设备带材剩余长度，500-开卷机驱动电动机实际结果数据，510-第一轧机驱动电动机实际结果数据，520-第二轧机驱动电动机实际结果数据，530-张力卷取机驱动电动机实际结果数据，610-开卷机驱动电动机电流指令，611-第-轧机驱动电动机速度指令，612-第二轧机驱动电动机速度指令，613-张力卷取机驱动电动机电流指令，700-逆变器初级频率。

具体实施方式

以下，以具备两台轧机的轧制设备的控制装置及控制方法为例，对本发明的实施方式所涉及的轧制装置的控制装置及控制方法进行说明。当然，本发明也能应用于具备一台及三台以上轧机的轧制装置的控制装置及控制方法中。

图1是表示本发明的实施方式所涉及的两台连续轧制设备的控制装置的概要。本发明的实施方式所涉及的轧制设备的控制装置具备逆变器初级频率监视装置71及作业设定变更装置72。

在本实施方式中，在开卷机10中插入已卷好的被轧制材的被轧制卷材。然后，由开卷机10对被轧制材进行开卷。接着，由带材储蓄设备(活套辊)13对在熔接时能够继续轧制的量的被轧制材进行储蓄。在这些状态下，通过轧机座14、15以成为所希望的板厚的方式对被轧制材进行轧制，且在轧机送出侧的张力卷取机19中以所希望的张力进行卷取。

结束第一根被轧制材(卷材)的开卷后，将第二根被轧制材(卷材)插入开卷机10中，并由熔接机12对第一根被轧制材的尾端与第二根被轧制材的前端进行熔接而连接。由于在熔接期间在熔接机中需要使被轧制材停止，因此在该期间，由带材储蓄设备13提供被轧制材后以极低速度继续进行轧制。

主控制装置61基于轧机的速度指令、设定张力，将电动机的旋转速度指令611、612分别输出给对第一轧机座14及第二轧机座15的各电动机41、42进行驱动的逆变器51、52。逆变器51、52，基于电动机的旋转速度指令611、612，对电动机中导通的电流及其频率进行操作，从而对电动机的旋转进行控制。

另外，主控制装置61，基于轧机送入侧的张力设定，计算对开卷机10的电动机40所需的转矩，并对逆变器50输出开卷机电流指令610。开卷机逆变器50，基于开卷机电流指令，对电压以及频率进行操作，以使在开卷机电动机40中导通的电流成为与指令相同。

轧机送出侧也同样，主控制装置61基于轧机送出侧的张力设定，求出对张力卷取机19的电动机43所需的转矩和电流值，并将电流指令613输出给张力卷取机逆变器53。张力卷取机逆变器53，对电压以及频率进行操作，以使在张力卷取机电动机中导通的电流成为与指令相同。

板厚控制装置62，由轧机送入侧板厚计20对轧机送入侧的被轧制材的板厚进行检测，由轧机送入侧板厚速度计30对被轧制材的速度进行检测，并根据被轧制材的速度，跟踪(tracking)并求出第一轧机座正下面的送入侧板厚。

另外，板厚控制装置62，通过第一轧机座送出侧板速度计31对第一轧机送出侧的板速进行检测，求出第一轧机座的送入侧与送出侧之速度比，并通过将速度比与第一轧机座正下面的送入侧板厚相乘，求出第一轧机座正下面的第一轧机送出侧板厚。该板厚被称为质量流板厚。按质量流板厚成为设定值的方式对第一轧机座的载重或辊的高度方向的位置进行操作，从而对板厚进控制。

关于第二轧机座，与上述同样，由第一轧机座送出侧板厚计21对第二轧机座送入侧板厚进行测定，并基于由第一轧机座送出侧板速度计31所检测出的速度实际结果值，求出第二轧机座正下面的送入侧板厚；由轧机送出侧板速度计32对轧机送出侧的板速度进行检测，求出第一轧机座送出侧板速度与第二轧机座送出侧板速度的速度比，并将速度比与第二轧机座正下面的送入侧板厚相乘，从而求出质量流板厚。

基于第二轧机座送出侧板速度计的速度实际结果，将该质量流板厚进一步跟踪至第二轧机座送出侧板厚计22，在第二轧机座送出侧板厚计所在的位置处求出第二轧机座质量流板厚，通过与由第二轧机座送出侧板厚计所测定出的第二轧机座送出侧板厚实际结果进行比较，而求出第二轧机座质量流板厚的误差，并通过对第二轧机座质量流板厚进行修正，求出正确的质量流板厚。

而且，按该正确的质量流板厚成为所希望的板厚目标值的方式向主控制装置61输出第一轧机座的速度变更量，并且对第二轧机座的辊的高度方向的位置进行操作，从而对第二轧机座送出侧板厚进行控制。这些方法一般被称为质量流板厚控制。

在本发明的实施方式中，提供一种轧制控制装置及控制方法，其使用具有为通常作业所需要的充分容量的电动机及逆变器，且即使在50npm以下，尤其在30npm以下的极低速度下也能够进行轧制。

在本发明的实施方式中，在上述那样结构的轧机中设置对驱动各电动机的逆变器50～53检测逆变器初级频率的初级频率检测装置71。而且，由初级频率检测装置71对各电动机的初级频率进行检测，由作业设定变更装置72对轧制速度、张力、载重、板厚设定值进行变更，从而控制为初级频率不成为零附近。以下对避免本发明的初级频率成为零附近的控制装置及控制方法进行说明。

图2是表示电动机的转速(频率)与逆变器的初级频率的关系。图3是说明对电动机的旋转速度进行变更，从而避免逆变器初级频率成为零的图。图4是说明使电动机的旋转速度恒定并对电动机的转矩进行变更，从而避免逆变器的初级频率成为零的图。

在极低速度下的轧机作业中，轧机送入侧的开卷机的电动机或轧机的电动机主要进行再生运转。在电动机的再生运转中，向与电动机的旋转方向相反侧产生转矩，由此与旋转方向相反地产生差频。因此，在低速旋转时，逆变器的初级频率成为小于电动机转速，且以逆变器的初级频率极接近零的状态来运转。因此，出现电流在一部分开关元件中集中而导致装置破坏的情况。

为控制逆变器的初级频率，需要求出逆变器的初级频率。而且，为了对逆变器的初级频率进行控制而避免初级频率的成为零，需要在差频与电动机的转速为大致相同的速度下求出逆变器的初级频率。逆变器的初级频率，也可以根据电动机的转矩及转速，通过计算而求出，也可以根据逆变器的电流指令直接进行测量。

为了对逆变器的初级频率进行控制而避免初级频率成为零，可大致考虑两种方法。一种方法为如图3中所示，对电动机的旋转速度进行变更的方法。为了变更电动机的旋转速度，对轧机生产线的运转速度进行变更。

另外一种方法是如图4中所示，对电动机的转矩进行变更而使差频产生变化的方法。为了对电动机的转矩进行变更而使差频产生变化，对轧机的张力进行变更，或者改变轧机的载重而对板厚目标值进行变更。

在对轧机生产线的运转速度进行变更的情况下，对轧机生产线整体的速度指令进行变更即可，但由于熔接时间的限制、轧机送入侧的带材储蓄设备的带材剩余长度，因此有不能加速的情况。在带材剩余长度为某一恒定值以下的情况下，使轧机生产线减速。

针对轧机送入侧的开卷机，通过对张力进行变更，能够使电动机的转矩变更。在对轧机的电动机转矩进行变更的情况下，对符合轧机送入侧或送出侧的张力进行变更，或者对板厚目标值进行变更而使轧机载重变更，从而对轧制转矩进行变更。

根据本发明，一边对逆变器的初级频率进行监视，一边按初级频率不会成为零附近的方式进行控制。即，根据在该时刻的作业目的，对轧制速度、张力、板厚设定或轧制载重设定准时进行变更，从而能够在极低速区域继续进行作业。

对本发明的实施方式所涉及的控制装置及控制方法进行进一步的说明。图5是表示对电动机初级电流的频率(初级频率)进行检测的初级频率检测装置的结构的一个示例的图。

在图5中，通过电动机速度控制装置51、52及电动机电流控制装置50、53，将转速实际结果、转矩电流实际结果、电动机初级频率实际结果送出到初级频率检测装置71。而且，由此直接对电动机的初级频率进行检测。作为控制参数预先设定：避免频带Yrpm，其防止初级频率成为零而在装置中产生损伤；及转矩电流X％，其开始初级频率为零的检测。

图6是表示初级频率检测装置的结构的一个示例的动作的流程图。判断相对于各电动机的转矩电流之额定电流的百分比是否大于预先设定的百分比(X％)(S61)。在相对于各电动机的转矩电流之额定电流的百分比大于预先设定的百分比(X％)的情况下，开始进行初级频率的检测。

由电动机速度控制装置或电动机电流控制装置对初级频率进行检测(S62)。判断所检测出的初级频率的绝对值是否小于Yrpm(S63)。在所检测出的初级频率的绝对值小于Yrpm的情况下，发布作业设定变更请求(S64)。

图7是表示对电动机初级电流的频率(初级频率)进行检测的初级频率检测装置的结构的其它例的图。由电动机速度控制装置51、52及电动机电流控制装置50、53将转速实际结果、转矩电流实际结果发送给初级频率检测装置71。在初级频率检测装置71中，对电动机的初级频率进行预测，并进行初级频率的检测。此时，作为控制参数，虽需要与转矩电流相对应的各电动机的差频，不过各电动机的差频，作为电动机的特性，是已知的值。因此，能够对电动机的初级频率进行预测。

图8是表示初级频率检测装置的结构的一个示例的动作的流程图。判断相对于各电动机的转矩电流之额定电流的百分比是否大于预先设定的百分比(X％)(S81)。在相对于各电动机的转矩电流之额定电流的百分比大于预先设定的百分比(X％)的情况下，开始进行初级频率的检测。

根据转矩电流实际及差频设定值、转速实际结果，对初级频率的预测值进行计算(S82)。判断所计算出的初级频率的绝对值是否小于Yrpm(S83)。在所计算出的初级频率的绝对值小于Yrpm的情况下，发布作业设定变更请求(S84)。

在本发明的实施方式中，作为初级频率可成为零的电动机，可考虑第一轧机电动机、开卷机电动机。因此，实施第一轧机及开卷机的速度、张力等的设定变更。

图9是表示轧机的作业设定变更的流程图。对于轧机电动机而言，在初级频率检测装置有作业设定变更请求的情况下对作业设定进行变更(S91)。首先，对带材储蓄设备的被轧制材剩余长度进行计算(S92a)。由带材储蓄设备13对设置在送入侧的熔接机12的熔接工序进行检测，并计算所需要的停止时间(S92b)。根据送入侧的停止时间和带材储蓄设备的被轧制材剩余长度，对轧机的可送出的最高速度进行计算(S92c)。在向最高速度加速后的情况下，在假设初级频率的绝对值成为Yrpm以上时(S93)判断为能够加速，并使轧机加速(S94)。

在即使向最高速度加速而初级频率的绝对值也不会成为Yrpm以上的情况(S93)下判断为不能加速，并使轧机整体减速(S95)。当减速时由于轧机辊与被轧制材之间的摩擦增加，因此载重增加。判断轧机的载重是否为规定值以下(S96)。

在轧机的载重大于规定值的情况下，为了抑制载重的上升，先设定好电动机的转矩、机械性作业的张力的上下限值，且在能够增加张力的情况下使轧机送入侧及送出侧的张力目标值增加(S98)。

在张力设定到达上限值而不能增加张力目标值的情况下，维持减速状态而保持张力值，并对轧机载重进行限制(S99)。此时，虽然在第一轧机送出侧的板厚中产生偏差，但是在第二轧机中调整为所希望的板厚。

图10是表示开卷机的作业设定变更流程。针对开卷机电动机，对初级频率为零进行检测。然后，在有作业设定变更请求的情况下(S101)，对带材储蓄设备的能够储蓄的被轧制材长度进行计算(S102a)，并对轧机的低速运转时间进行计算(S102b)，计算以不停止轧机的方式可送出的最高速度(S102c)。

在向所计算出的开卷机最高速度进行加速的情况下，在假设初级频率的绝对值成为Yrpm以上时，判断为能够加速(S103)，并对开卷机进行加速(S104)。在即使向最高速度进行加速而初级频率的绝对值也不会成Yrpm以上的情况下，判断为不能加速(S103)，并对开卷机进行减速(S105)。

在通过增加张力而使初级频率位移并且初级频率的绝对值成为Yrpm以上的情况下(S106)，使张力增加(S107)。在即使对张力进行增加而初级频率的绝对值也达不到Yrpm的情况下(S106)，减小张力而使转矩电流减小，并且使初级频率向与电动机旋转相反方向位移。另外，此时对轧机的载重进行检测(check)，并在轧机载重为Z吨以上的情况下(S109)设置载重限制(S110)。

(产业上的利用可能性)

本发明利用于冷轧设备的控制。

Claims (10)

1.一种轧制设备的控制装置，其配备在轧制设备中，所述轧制设备具有：

开卷机，其向送入侧送出被轧制材；

至少一个轧机，能够在上下方向上对辊位置进行操作；

卷取机，其在所述轧机的送出侧对被轧制材进行卷取；和

多个电动机，分别驱动所述开卷机、所述轧机及所述卷取机，

所述轧制设备的控制装置的特征在于，具有：

逆变器，其与所述各电动机连接，并通过操作施加于所述电动机的电压以及/或者频率，对所述各电动机的转速以及/或者转矩进行控制；

初级频率检测单元，其对所述逆变器的初级频率进行检测；和

控制单元，其基于检测出的所述逆变器的初级频率，对所述逆变器进行控制，并对所述各电动机的转速以及/或者转矩进行控制，以使所述逆变器的初级频率不成为零。

2.根据权利要求1所述的轧制设备的控制装置，其特征在于，

所述轧制设备在轧机的送入侧具备带材储蓄设备，并根据所述带材储蓄设备的带材剩余长度，对所述轧制设备进行加速或减速。

3.根据权利要求1或2所述的轧制设备的控制装置，其特征在于，

通过变更施加于所述被轧制材的张力，使所述电动机的转矩发生变化，以避免所述逆变器的初级频率成为零。

4.根据权利要求1所述的轧制设备的控制装置，其特征在于，

使所述被轧制材的板厚目标值或所述轧机的载重目标值发生变化，使驱动所述轧机的电动机的转矩发生变化。

5.根据权利要求1所述的轧制设备的控制装置，其特征在于，

根据所述被轧制材的运转状态，选择进行以下操作：所述被轧制材的运转速度的变更、施加于所述被轧制材上的张力变更以及/或者施加于所述被轧制材上的载重变更。

6.一种轧制设备的控制方法，其对轧制设备进行控制，所述轧制设备具有：

开卷机，其向送入侧送出被轧制材；

至少一个轧机，能够在上下方向上对辊位置进行操作；

卷取机，其在所述轧机的送出侧对被轧制材进行卷取；

多个电动机，分别驱动所述开卷机、所述轧机及所述卷取机；和

逆变器，其与所述各电动机连接，并通过操作施加于所述电动机的电压以及/或者频率，对所述各电动机的转速以及/或者转矩进行控制，

所述轧制设备的控制方法的特征在于，包括：

对所述逆变器的初级频率进行检测的步骤；以及

基于检测出的所述逆变器的初级频率，对所述逆变器进行控制，并对所述各电动机的转速以及/或者转矩进行控制，以使所述逆变器的初级频率不成为零的步骤。

7.根据权利要求6所述的轧制设备的控制方法，其特征在于，

所述轧制设备在轧机的送入侧具备带材储蓄设备，并根据所述带材储蓄设备的带材剩余长度，对所述轧制设备进行加速或减速。

8.根据权利要求6或7所述的轧制设备的控制方法，其特征在于，

通过变更施加于所述被轧制材的张力，使所述电动机的转矩发生变化，以避免所述逆变器的初级频率成为零。

9.根据权利要求6所述的轧制设备的控制方法，其特征在于，

使所述被轧制材的板厚目标值或所述轧机的载重目标值发生变化，使驱动所述轧机的电动机的转矩发生变化。

10.根据权利要求6所述的轧制设备的控制方法，其特征在于，

根据所述被轧制材的运转状态，选择进行以下操作：所述被轧制材的运转速度的变更、施加于所述被轧制材上的张力变更以及/或者施加于所述被轧制材上的载重变更。

Images