CN101983786A - 一种棒材精整线分离板和制动板电机启动时间的在线模型 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种棒材精整线分离板和制动板电机启动时间的在线模型。其方案是先采集最近的2k个分离板和制动板从高位落到低位的时间数据，采用加权均值滤波算法，得到分离板和制动板下一次从高位落到低位的时间预测值；再以倍尺钢[1]在分离板和制动板上的运动过程为基础，根据冷床[2]有效长度、倍尺长度和倍尺钢[1]齐头的要求，建立分钢点[3]到冷床[2]的距离模型；然后建立飞剪[4]剪切后分离板和制动板电机启动时间模型。飞剪[4]剪切后，分别延时T_分时间和T_制时间，启动分离板和制动板电动机；再采集分离板和制动板动作的时间，重复上述计算方法。本发明所建立的模型较为精确，能不断趋近工况要求，用于计算机控制可提高棒材冷床[2]系统的自动化程度。

Description

一种棒材精整线分离板和制动板电机启动时间的在线模型

技术领域

本发明属于棒材连轧控制技术领域。尤其涉及一种棒材精整线分离板和制动板电机启动时间的在线模型。

背景技术

冷床送钢系统是棒材生产过程中的重要环节，所用设备包括分离板、制动板、冷床等，其作用是接收飞剪剪切后的倍尺钢，再将倍尺钢按顺序摆放在冷床上进行冷却，最后送往冷剪剪切为需要的成品棒材。倍尺钢能否顺利上冷床以及倍尺钢与分离板、制动板、冷床等设备配合的程度将直接影响棒材的生产效率和成材率。

“一种精整线冷床的自动控制装置(ZL200620096117.5)”实现了分离板和制动板从高位到低位运动时间的测量、倍尺钢实际长度在线测量、分离板和制动板电机启动时间的经验公式计算以及自动控制，该装置可实现棒材精整线冷床系统的基础自动化，一定程度上减轻了人工劳动强度，但此装置不能实现冷床送钢系统达到最佳运行状态，主要原因有以下2点：(1)分离板、制动板电机启动时间的计算是经验公式；(2)在启动时间计算中是直接使用测量的分离板和制动板的运动时间，但测量得到的时间是已经完成运动的时间，与要控制的下一支倍尺钢运动时间不同。由于分离板、制动板与倍尺钢在精整线的运动过程未实现最佳配合，限制了轧制节奏的提高，而且容易发生冷床冲钢事故。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种用于计算机控制、不断趋近工况要求、较为精确的棒材精整线分离板和制动板电机启动时间的在线模型。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先分别采集分离板从高位落到低位的最近的2k个动作时间数据t_分i和制动板从高位落到低位的最近的2k个动作时间数据t_制i，采用加权均值滤波算法，建立分离板下一次从高位落到低位的时间预测值：

式(1)中：β-加权系数，0≤β≤0.5；

         t_分i-分离板从高位落到低位的测量时间，秒，i＝1，2，…，2k。

和制动板下一次从高位落到低位的时间预测值：

式(2)中：β-加权系数，0≤β≤0.5；

t_制i-制动板从高位落到低位的测量时间，秒；i＝1，2，…，2k。

再以倍尺钢在分离板和制动板的运动过程为基础，根据冷床有效长度、倍尺长度和倍尺钢齐头的要求，建立分钢点到冷床的距离参数模型：

N＝S+X_max+P-L                                                           (3)

式(3)中：S-倍尺钢的制动距离，米，

         P-倍尺钢到冷床头部的齐头距离，米，

         X_max-倍尺钢长度的最大值，米，

         L-冷床有效长度，米。

为便于控制设备，分钢点到冷床的距离取为整数。

然后，根据分离板下一次从高位落到低位的时间预测值t_分、制动板下一次从高位落到低位的时间预测值t_制和分钢点到冷床的距离参数模型(3)，分别建立飞剪剪切后分离板电机启动时间模型：

T_分＝(M-N)/(V_g-t_分)                                                     (4)

式(4)中：M-飞剪到冷床的距离，米，

         N-分钢点到冷床的距离，米，

         V_g-倍尺钢的运行速度，米/秒，

         t_分-分离板下一次从高位落到低位的时间预测值，秒。

和飞剪剪切后制动板电机启动时间模型：

T_制＝(L+M-(S+X+P))/(V_g-t_制)                                             (5)

式(5)中：L-冷床有效长度，米，

         M-飞剪到冷床的距离，米，

         S-倍尺钢的制动距离，米，

X-倍尺钢的长度，米，

P-倍尺钢到冷床头部的齐头距离，米，

V_g-倍尺钢的运行速度，米/秒，

t_制-制动板下一次从高位落到低位的时间预测值，秒。

飞剪剪切后，延时式(4)的T_分时间，启动分离板电动机，同时延时式(5)的T_制时间，启动制动板电动机。

然后，再分别采集分离板从高位落到低位的时间T_分2k+1和制动板从高位落到低位的时间T_制2k+1；用T_分i+1取代T_分i，i＝1，2，…，2k，用T_制i+1取代T_分制i，i＝1，2，…，2k，重复式(1)到式(5)的计算。

依次重复上述方法。

上述技术方案中，所述的倍尺钢的运行速度V_g是：

V_g＝(1+d％)V                                                                 (6)

式(6)中：V-出口轧机线速度，米/秒；

         d％-辊道超前率。

上述技术方案中，所述的倍尺钢的制动距离S是：

$S=V_g^2/2a---\left(7\right)$

式(7)中：V_g-倍尺钢的运行速度，米/秒；

a-倍尺钢在制动板上运行的减速度，米/秒²。

a＝gμ(1+sinα)/cosα                                                        (8)

式(8)中：g-重力加速度，米/秒²；

         α-制动板夹角，度；

         μ-钢与制动板的摩擦系数。

由于采用上述技术方案，本发明先采用时间测量装置分别得到分离板和制动板从高位运行到低位的一系列实际动作时间，建立时间序列，再利用加权滤波算法分别获得分离板和制动板的后续运动时间预测值。由于最新测量的数据具有较大权值，充分体现了设备当前的运行状况，同时保持计算的数据长度，进行滚动更新，以保证下一次分离板和制动板时间预测值的准确性。从而建立飞剪剪切后分离板电机启动时间模型和飞剪剪切后制动板电机启动时间模型。当飞剪剪切后，按照电机启动时间模型计算所得时间延时，分别启动制动板和分离板驱动电机，使倍尺钢顺利上冷床。

本发明所建立的模型较为精确，能不断趋近工况要求的棒材精整线分离板和制动板电机启动时间的在线模型，将该模型用于计算机控制可提高棒材冷床送钢系统的自动化程度，实现了分离板、制动板的动作过程与倍尺钢运动过程的最佳配合，从而提高了棒材的成材率和生产效率。本发明用于棒材精整线分离板和制动板电机启动时间的控制，可减少人工干预、降低操作人员劳动强度。

附图说明

图1是本发明的分钢点3到冷床2距离的示意图；

图2是图1中倍尺钢1在制动板上的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对保护范围的限制：

实施例1

一种棒材精整线分离板和制动板电机启动时间的在线模型。如图1所示：该冷床2的有效长度L为118米；飞剪4到冷床2的距离M为81米；倍尺钢1的长度X为97.5米；倍尺钢1到冷床2头部的齐头距离P为6米；倍尺钢1长度的最大值X_max为110米。

先分别采集分离板和制动板从高位落到低位的最近的2k个动作时间数据t_分i和t_制i，i＝1，2，…，2k，采用加权均值滤波算法，得到分离板下一次从高位落到低位的时间预测值：

式(1)中：加权系数β取0.5，k＝5，

t_分i-分离板从高位落到低位的测量时间，秒，i＝1，2，…，10；数据如下：

{1.534，1.628，1.576，1.566，1.662，1.602，1.546，1.632，1.614，1.598}将t_分i的数据代入式(1)，得分离板下一次从高位落到低位的时间：

同时得到制动板下一次从高位落到低位的时间预测值：

式(2)中：加权系数β取0.5，k＝5，

t_制i-制动板从高位落到低位的测量时间，秒；i＝1，2，…，10；其数据如下：

{2.308，2.340，2.290，2.290，2.330，2.252，2.310，2.356，2.230，2.368}将t_制i的数据代入式(2)，得制动板下一次从高位落到低位的时间：

本实施例中，倍尺钢1的运行速度V_g是：

V_g＝(1+d％)V                                                (6)

式(6)中：V-出口轧机线速度，米/秒；

         d％-辊道超前率。

取轧制速度V＝8米/秒，辊道超前率d％＝20％，则倍尺钢1在制动板上的运行速度：

V_g＝(1+d％)V＝(1+20％)×8.5＝10.2米/秒

本实施例中，倍尺钢1的制动距离S是：

$S=V_g^2/2a---\left(7\right)$

式(7)中：V_g-倍尺钢1的运行速度，米/秒；

         a-倍尺钢1在制动板上运行的减速度，米/秒²。

a＝gμ(1+sinα)/cosα                                       (8)

式(8)中：g-重力加速度，米/秒²；

         α-制动板夹角，度；

         μ-倍尺钢1与制动板的摩擦系数。

如图2所示，制动板夹角α＝14.7°；取棒材与制动板摩擦系数μ＝0.245，g＝9.8米/秒²；将g、α和μ的具体数据代入式(8)，得到减速度：

a＝gμ(1+sinα)/cosα＝9.8×0.245×(1+sin14.7)/cos14.7＝3.112米/秒²将式(6)和(8)所得的结果代入式(7)，则倍尺钢1的制动距离：

如图1所述，根据冷床2有效长度、倍尺长度和倍尺钢1齐头的要求，建立分钢点3到冷床2的距离模型：

N＝S+X_max+P-L                                                   (3)

式(3)中：S-倍尺钢1的制动距离，米，

         P-倍尺钢1到冷床2头部的齐头距离，米，

         X_max-倍尺钢1长度的最大值，米，

         L-冷床2有效长度，米；

将本实施例中的具体参数代入式(3)，则分钢点3到冷床2的距离：

N＝S+X_max+P-L＝16.716+110+6-118＝14.716米

为了方便设备的控制，将计算的分钢点3到冷床2的计算距离取整，即N＝15米。

然后，根据分离板下一次从高位落到低位的时间预测值t_分、制动板下一次从高位落到低位的时间预测值t_制和分钢点3到冷床2的距离参数模型N，

建立飞剪4剪切后分离板电机启动时间模型：

T_分＝(M-N)/(V_g-t_分)                                              (4)

式(4)中：M-飞剪4到冷床2的距离，米，

         N-分钢点3到冷床2的距离，米，

         V_g-倍尺钢1的运行速度，米/秒，

         t_分-分离板下一次从高位落到低位的时间预测值，秒；

将本实施例中的具体参数代入式(4)，则飞剪4剪切后分离板电机启动时间：

T_分＝(M-N)/V_g-t_分＝(81-15)/10.2-t_分

   ＝6.471-1.604

   ＝4.867秒

建立飞剪4剪切后制动板电机启动时间模型：

T_制＝(L+M-(S+X+P))/(V_g-t_制)                             (5)

式(5)中：L-冷床2有效长度，米，

         M-飞剪4到冷床2的距离，米，

         S-倍尺钢1的制动距离，米，

         X-倍尺钢1的长度，米，

         P-倍尺钢1到冷床2头部的齐头距离，米，

         V_g-倍尺钢1的运行速度，米/秒，

         t_制-制动板下一次从高位落到低位的时间预测值，秒；

将本实施例中的具体参数代入式(5)，则飞剪4剪切后制动板电机启动时间：

T_制＝(L+M-(S+X+P))/V_g-t_制

   ＝(118+81-(16.716+97.5+6))/10.2-2.326

   ＝5.398秒

飞剪4剪切后，延时4.867秒，启动分离板电动机，同时延时5.398秒，启动制动板电动机；再采集分离板动作的时间T_分2k+1，采集制动板动作的时间T_制2k+1，将T_分i+1取代T_分i，i＝1，2，…，2k，将T_制i+1取代T_分制i，i＝1，2，…，2k，重复式(1)到式(5)的计算。

依次重复上述方法，得到棒材精整线分离板和制动板电机启动时间的在线模型。

实施例2

一种棒材精整线分离板和制动板电机启动时间的在线模型。如图1所示：该冷床2的有效长度L为118米；飞剪4到冷床2的距离M为81米；倍尺钢1的长度X为83米；倍尺钢1到冷床2头部的齐头距离P为10米；倍尺钢1长度的最大值X_max为98米。

先分别采集最近的2k个分离板和制动板的动作时间数据t_分i和t_制i，i＝1，2，…，2k，采用加权均值滤波算法。分别得到分离板下一次从高位落到低位的时间预测值：

式(1)中：加权系数β取0.35，k＝4，

t_分i-分离板从高位落到低位的测量时间，秒，i＝1，2，…，8；其数据如下：

{1.636，1.640，1.614，1.570，1.642，1.582，1.594，1.604}

将t_分i的数据代入式(1)，得分离板下一次从高位落到低位的时间：

和得到制动板下一次从高位落到低位的时间预测值：

式(2)中：加权系数β取0.35，k＝4，

t_制i-制动板从高位落到低位的测量时间，秒；i＝1，2，…，8；数据如下：

{2.450，2.488，2.420，2.446，2.392，2.426，2.468，2.422}

将t_制i的数据代入式(2)，得制动板下一次从高位落到低位的时间：

本实施例中，倍尺钢1的运行速度V_g是：

V_g＝(1+d％)V                                             (6)

式(6)中：V-出口轧机线速度，米/秒；

         d％-辊道超前率。

取轧制速度V＝10.5米/秒，辊道超前率d％＝20％，则倍尺钢1在制动板上的运行速度：

V_g＝(1+d％)V＝(1+20％)×10.5＝12.6米/秒

本实施例中，倍尺钢1的制动距离是：

$S=V_g^2/2a---\left(7\right)$

式(7)中：V_g-倍尺钢1的运行速度，米/秒；

         a-倍尺钢1在制动板上运行的减速度，米/秒²。

a＝gμ(1+sinα)/cosα                                   (8)

式(8)中：g-重力加速度，米/秒²；

         α-制动板夹角，度；

         μ-钢与制动板的摩擦系数；

如图2所示，制动板夹角α＝14.7°；取棒材与制动板摩擦系数μ＝0.245，g＝9.8米/秒²；将g、α和μ的具体数据代入式(8)，得到减速度：

a＝gμ(1+sinα)/cosα＝9.8×0.245×(1+sin14.7)/cos14.7＝3.112米/秒²；

将式(6)和(8)所得的结果代入式(7)，则倍尺钢1的制动距离S：

根据冷床2有效长度、倍尺长度和倍尺钢1齐头的要求，建立分钢点3到冷床2的距离参数模型：

N＝S+X_max+P-L                                          (3)

式(3)中：S-倍尺钢1的制动距离，米，

         P-倍尺钢1到冷床2头部的齐头距离，米，

         X_max-倍尺钢1长度的最大值，米，

         L-冷床2有效长度，米；

将本实施例中的具体参数代入式(3)，则分钢点3到冷床2的距离：

N＝S+X_max+P-L＝25.508+98+10-118＝15.508米，

为了方便设备的控制，将计算的分钢点3到冷床2的计算距离取整，即N＝16米。

然后，根据分离板下一次从高位落到低位的时间预测值t_分、制动板下一次从高位落到低位的时间预测值t_制和分钢点3到冷床2的距离参数模型(3)，

建立飞剪4剪切后分离板电机启动时间模型：

T_分＝(M-N)/(V_g-t_分)                                     (4)

式(4)中：M-飞剪4到冷床2的距离，米，

         N-分钢点3到冷床2的距离，米，

         V_g-倍尺钢1的运行速度，米/秒，

t_分-分离板下一次从高位落到低位的时间预测值，秒。

将本实施例中的具体参数代入式(4)，则飞剪4剪切后分离板电机启动时间：

T_分＝(M-N)/V_g-t_分＝(81-16)/12.6-t_分

   ＝5.159-1.601

   ＝3.558秒

建立飞剪4剪切后制动板电机启动时间模型：

T_制＝(L+M-(S+X+P))/(V_g-t_制)                              (5)

式(5)中：L-冷床2有效长度，米，

         M-飞剪4到冷床2的距离，米，

         S-倍尺钢1的制动距离，米，

         X-倍尺钢1的长度，米，

         P-倍尺钢1到冷床2头部的齐头距离，米，

         V_g-倍尺钢1的运行速度，米/秒，

         t_制-制动板下一次从高位落到低位的时间预测值，秒；

将本实施例中的具体参数代入式(5)，则飞剪4剪切后制动板电机启动时间：

t_制-制动板下一次从高位落到低位的时间预测值，秒。

T_制＝(L+M-(S+X+P))/V_g-t_制

   ＝(118+81-(25.508+83+10))/12.6-2.432

   ＝3.956秒

飞剪4剪切后，延时3.558秒，启动分离板电动机，同时延时3.956秒，启动制动板电动机；再采集分离板动作的时间T_分2k+1，采集制动板动作的时间T_制2k+1，将T_分i+1取代T_分i，-1，2，…，2k，将T_制i+1取代T_分制i，i＝1，2，…，2k，重复式(1)到式(5)的计算。

依次重复上述方法，的到棒材精整线分离板和制动板电机启动时间的在线模型。

本具体实施方式首先采用时间测量装置分别得到分离板、制动板从高位运行到低位的一系列实际动作时间，建立时间序列，再利用加权滤波算法分别获得分离板和制动板的后续运动时间预测值。由于最新测量的数据具有较大权值，充分体现了设备当前的运行状况，同时保持计算的数据长度，进行滚动更新，以保证下一次分离板和制动板时间预测值的准确性。从而建立飞剪4剪切后分离板电机启动时间模型和飞剪4剪切后制动板电机启动时间模型。当飞剪4剪切后，按照电机启动时间模型计算所得时间延时，分别启动制动板和分离板驱动电机，使倍尺钢1顺利上冷床2。

本具体实施方式所建立的模型较为精确，能不断趋近工况要求的棒材精整线分离板和制动板电机启动时间的在线模型，将该模型用于计算机控制可提高棒材冷床2送钢系统的自动化程度，实现了分离板、制动板的动作过程与倍尺钢1运动过程的最佳配合，从而提高了棒材的成材率和生产效率。本发明用于棒材精整线分离板和制动板电机启动时间的控制，可减少人工干预、降低操作人员劳动强度。

Claims (3)

1.一种棒材精整线分离板和制动板电机启动时间的在线模型，其特征在于先分别采集分离板和制动板从高位落到低位的最近的2k个动作时间数据t_分i和t_制i，采用加权均值滤波算法，分别建立分离板下一次从高位落到低位的时间预测值：

式(1)中：β-加权系数，0≤β≤0.5，

         t_分i-分离板从高位落到低位的测量时间，秒，i＝1，2，…，2k；

和制动板下一次从高位落到低位的时间预测值：

式(2)中：β-加权系数，0≤β≤0.5，

         t_制i-制动板从高位落到低位的测量时间，秒，i＝1，2，…，2k；

再以倍尺钢[1]在分离板和制动板的运动过程为基础，根据冷床[2]的有效长度、倍尺长度和倍尺钢[1]齐头的要求，建立分钢点[3]到冷床[2]的距离参数模型：

N＝S+X_max+P-L                                                          (3)

式(3)中：S-倍尺钢[1]的制动距离，米，

         P-倍尺钢[1]到冷床[2]头部的齐头距离，米，

         X_max-倍尺钢[1]长度的最大值，米，

         L-冷床[2]有效长度，米；

然后，根据分离板下一次从高位落到低位的时间预测值t_分、制动板下一次从高位落到低位的时间预测值t_制和分钢点[3]到冷床[2]的距离参数模型(3)，分别建立飞剪[4]剪切后分离板电机启动时间模型：

T_分＝(M-N)/(V_g-t_分)                                                     (4)

式(4)中：M-飞剪[4]到冷床[2]的距离，米，

         N-分钢点[3]到冷床[1]的距离，米，

V_g-倍尺钢[1]的运行速度，米/秒，

t_分-分离板下一次从高位落到低位的时间预测值，秒；

和飞剪[4]剪切后制动板电机启动时间模型：

T_制＝(L+M-(S+X+P))/(V_g-t_制)                                             (5)

式(5)中：L-冷床[2]有效长度，米，

         M-飞剪[4]到冷床[2]的距离，米，

         S-倍尺钢[1]的制动距离，米，

         X-倍尺钢[1]的长度，米，

         P-倍尺钢[1]到冷床[2]头部的齐头距离，米，

         V_g-倍尺钢[1]的运行速度，米/秒，

         t_制-制动板下一次从高位落到低位的时间预测值，秒；

飞剪[4]剪切后，延时式(4)的T_分时间，启动分离板电动机，同时延时式(5)的T_制时间，启动制动板电动机；

再分别采集分离板从高位落到低位的时间T_分2k+1和制动板从高位落到低位的时间T_制2k+1，然后将T_分i+1取代T_分i，i＝1，2，…，2k，将T_制i+1取代T_分制i，i＝1，2，…，2k，重复式(1)到式(5)的计算；

依次重复上述方法。

2.根据权利要求1所述的棒材精整线分离板和制动板电机启动时间的在线模型，其特征在于所述的倍尺钢[1]的运行速度V_g是：

V_g＝(1+d％)V                                                          (6)

式(6)中：V-出口轧机线速度，米/秒，

         d％-辊道超前率。

3.根据权利要求1所述的棒材精整线分离板和制动板电机启动时间的在线模型，其特征在于所述的倍尺钢[1]的制动距离S是：

$S=V_g^2/2a---\left(7\right)$

式(7)中：V_g-倍尺钢[1]的运行速度，米/秒，

a-倍尺钢[1]在制动板上运行的减速度，米/秒²，

a＝gμ(1+sinα)/cosα                                 (8)

式(8)中：g-重力加速度，米/秒²，

         α-制动板夹角，度，

         μ-倍尺钢[1]与制动板的摩擦系数。

Images