CN101992220B - 一种控制轧机机架刚度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种控制轧机机架刚度的方法，通过初始化轧机辊缝调节量、设定轧制力，采用机械压下辊缝控制，辊缝达到设定位置，机械压下设定的辊缝位置保持不变；启动厚度自动控制功能，锁定此瞬间的刚度作为基准刚度，上位机给出实际刚度、设定轧制力、轧机机架刚度系数、轧件塑性系数和辊缝设定值；由公式

对辊缝调节量进行计算；液压压下系统根据计算得到的辊缝调节量ΔS′对辊缝进行调节，调节到位，轧机位置调节结束。最终实现在轧机机架刚度变化的情况下提高宽厚板轧制的厚度控制精度的目的，本发明可推广应用于各类轧钢的压力AGC模型的改进，因而具备良好的推广及应用前景。

Description

一种控制轧机机架刚度的方法

技术领域

本发明属于冶金工业，尤其涉及一种控制轧机机架刚度的方法。

背景技术

板坯厚度控制系统在整个轧钢生产过程中，居于十分重要的地位，控制的好坏直接影响到成品钢板的质量及合格率。

在SIEMENS模型中使用了上位机设定的机架刚度，从PDA(过程数据采集器，Process DataAcquisition，简称PDA)中记录的轧制数据进行分析，发现模型中使用的机架刚度在整个轧制过程中是变化的，其变化范围在2～5％左右。通过分析，在轧制过程中轧机速度是变化的，当轧机速度增大时，使变形抗力变大，从而需增加设定轧制力以保持出口厚度不变。而机架刚度随轧制力的变化而变化。三者之间的关系如图1所示。

但在轧制过程中如果采用变化的机架刚度，则会使厚度发生波动，最终影响钢板的厚度精度。

目前世界上轧钢的主要厚度控制方式均采用了基于弹跳方程的压力AGC(自动厚度控制，Automatic Gauge Control，简称AGC)模型(只是在控制方式和补偿方式上略有不同，例如厚度计型AGC、动态AGC等形式)，其计算的辊缝调节量都是基于机架刚度不变的基础上推导出来的，而实际的机架刚度会因轧制力的变化有小幅的波动，在厚度控制精度要求不高的情况下，不影响其使用；但是，如果厚度控制精度要求较高，则只能通过其它方式提高，如增加监控AGC、流量AGC、张力AGC等(适用于连轧，由于宽厚板轧制的条件限制不能使用或控制效果不好)。因此，如何在机架刚度变化的情况下使用压力AGC来提高宽厚板轧制的厚度控制精度，是一个普遍存在、又是急待解决的问题。

通过对所要保护的技术点进行检索，并且查阅了有关期刊、杂志、手册和书籍等非专利文件，从检索的结果和查阅的资料中发现，没有与要申请专利相接近的技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制轧机机架刚度的方法，通过对机架刚度进行锁定，来控制轧机机架刚度，保证AGC工作的稳定，从而减小厚度波动，提高厚度精度。并对机架刚度变化部分的影响进行研究，对其进行补偿控制，避免因实际刚度变化而产生厚度偏差，最终实现在轧机机架刚度变化的情况下提高宽厚板轧制的厚度控制精度的目的。

本发明的目的是这样实现的：一种控制轧机机架刚度的方法，包含以下步骤：

步骤1：初始化轧机辊缝调节量、设定轧制力，采用机械压下辊缝控制，辊缝达到设定位置，机械压下设定的辊缝位置保持不变；

步骤2：启动厚度自动控制功能，锁定此瞬间的刚度作为基准刚度，上位机给出实际刚度、设定轧制力、轧机机架刚度系数、轧件塑性系数和辊缝设定值；

步骤3：由于来料厚度发生变化，在机架刚度不变的情况下，为消除厚度偏差，辊缝需要施加调节量才能保证出口厚度保持一致，其计算公式如下：

$\mathrm{\ΔS}=-\frac{M+Q}{M}\frac{\mathrm{\ΔP}}{M}---\left(1\right)$

式中：

ΔS-相对厚度波动所需要的辊缝调节量；

ΔP-实际轧制力与设定轧制力的偏差；

M-轧机机架刚度系数；

Q-轧件塑性系数；

轧机机架刚度系数M和轧件塑性系数Q是主要的模型参数。M的任何误差都将不可避免地影响产品尺寸精度。

如果机架刚度发生变化，则计算得到的辊缝调节量ΔS就不等于实际需要调节的辊缝量ΔS’，因此造成整个控制系统超调。也可以说，当轧机刚度发生变化时，会直接导致AGC调节的工作点不稳定，从而引起成品钢板厚度发生波动。因此，对于基础自动控制系统而言，希望能够应用固定的M值。

如上所述，在使用压力AGC时必须保持机架刚度不变，但如果在模型中对机架刚度进行锁定，则会造成由于实际刚度的变化形成调节不足的情况，产生厚度偏差。为此，应当对实际变化的刚度进行补偿。

取实际刚度与基准刚度的偏差，用下面的公式进行刚度补偿计算，保证实际刚度采用的准确性：

M₁＝M₀+ΔM    (2)

式中：

M₁-轧机实际刚度；

M₀-基准刚度(取AGC功能投入瞬间，锁定此瞬间的刚度)；

ΔM-刚度变化部分，(取实际刚度与基准刚度的偏差)；

用下面的公式计算刚度改变后，实际需要调节的辊缝量：

$\mathrm{\ΔS}-{\mathrm{\ΔS}}^{\′}=\frac{P}{M_0}-\frac{P}{M_1}---\left(3\right)$

式中：

P-实际轧制力；

ΔS′-实际需要调节的辊缝量；

M₁-轧机实际刚度；

从而，新的调节量为：

${\mathrm{\ΔS}}^{\′}=\mathrm{\ΔS}-(\frac{P}{M_0}-\frac{P}{M_1})$

$=-\frac{M_0+Q}{M_0}\frac{\mathrm{\ΔP}}{M_0}-(\frac{P}{M_0}-\frac{P}{M_1})$

根据(2)进一步可得：

${\mathrm{\ΔS}}^{\′}=-\frac{M_0+Q}{M_0}\frac{\mathrm{\ΔP}}{M_0}-(\frac{P}{M_0}-\frac{P}{M_0+\mathrm{\ΔM}})$

$=-\frac{M_0+Q}{M_0}\frac{\mathrm{\ΔP}}{M_0}-\left(\frac{P\·\mathrm{\ΔM}}{M_0^2+M_0\·\mathrm{\ΔM}}\right)$

由于 $M_0^2>>M_0\·\mathrm{\ΔM}$ 得出下面公式：

${\mathrm{\ΔS}}^{\′}\≈-\frac{M_0+Q}{M_0}\frac{\mathrm{\ΔP}}{M_0}-\frac{P}{M_0^2}\·\mathrm{\ΔM}---\left(4\right)$

式中：

ΔS′-实际需要调节的辊缝量；

ΔP-实际轧制力与设定轧制力的偏差；

M₀-基准刚度；

ΔM-实际刚度与基准刚度之差；

Q-轧件塑性系数；

步骤4：液压压下系统根据计算得到的实际需要调节的辊缝量ΔS′对辊缝进行调节，调节到位，轧机位置调节结束。

优选地，所述步骤4中实际需要调节的辊缝量ΔS′发送给设定值发生器，由设定值发生器提供给设定值分配功能块，再由该功能块分配到液压压下系统进行调节。

优选地，所述步骤4中的液压压下系统使用了斜坡调节功能。

在轧机液压压下系统中，传动侧和操作侧各有一个液压缸，每个液压缸有三个伺服阀和两个增益位置编码器对液压压下位置进行控制。液压压下动态响应快，能动态进行辊缝调整，动态调整时，液压压下起作用，这时机械压下活塞连同压下螺杆一起不再移动。液压压下，包括液压位置调节器和伺服放大器，它们来调节伺服阀的电流，以控制伺服阀的油流量，从而改变液压缸里的油压，使液压缸体上下移动，达到动态调整辊缝的目的。在本系统中，为了避免设定值突变，也使用了斜坡调节器功能。

由上位机计算出来的机械压下值，将辊缝调节到设定的位置，在这个位置下，液压辊缝调节可以到达它的工作点位置。这时机械压下保持不变，使用液压压下对辊缝进行精确的定位。当机架受载时，由液压压下控制进行辊缝调节；调节到设定值的位置之后，轧机位置调节结束。

本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：

本发明通过增加锁定启动厚度自动控制功能的瞬间的刚度，有效地解决了变刚度带来的AGC控制波动问题，提高了厚度精度，促进生产效率的进一步提高；同时通过程序实现较方便，对于同等控制方式的轧机AGC具有广泛的推广价值。

附图说明

以下结合附图和具体实施例来对本发明作进一步说明。

图1为现有技术轧制过程中机架刚度的变化。

图2为本发明轧制工艺PH图。

图3为本发明控制轧机机架刚度流程图。

具体实施方式

如图3所示的控制轧机机架刚度的流程，图中的剩余部分指实际刚度与基准刚度的偏差。

(1)初始化轧机辊缝调节量ΔS＝0mm、设定轧制力P＝0吨；

(2)由上位机启动厚度自动控制功能，锁定此瞬间的刚度曲线对应的刚度值，作为基准刚度，得到基准刚度M₀＝8.74×10⁹N/m、设定轧制力P＝3115吨＝3115×10⁴N、轧件塑性系数Q＝1.2×10⁹N/m；

(3)如图2所示，如果此时机架刚度发生变化，由M₀变化到M₁(即图中虚线)，则计算得到的辊缝调节量ΔS就不等于实际需要调节的辊缝量ΔS’。此实施例中，当厚度自动控制功能投入时，实际刚度值M₁＝8.83×10⁹N/m，实际轧制力P＝3275吨＝3275×10⁴N；然后，利用基准刚度进行AGC控制，对轧制力设定偏差施加控制分量，从而保持控制的稳定性，计算方法参见公式(4)的

部分，令 ${\mathrm{\ΔS}}_1=-\frac{M_0+Q}{M_0}\frac{\mathrm{\ΔP}}{M_0},$ 具体计算过程如下所示：

通过上述步骤，已知：

基准刚度M₀＝8.74×10⁹N/m

轧件塑性系数Q＝1.2×10⁹N/m

设定轧制力P＝3115吨＝3115×10⁴N

实际轧制力P＝3275吨＝3275×10⁴N

因此，ΔP＝实际轧制力P-设定轧制力P＝3275×10⁴N-3115×10⁴N＝160×10⁴N

${\mathrm{\ΔS}}_1=-\frac{M_0+Q}{M_0}\frac{\mathrm{\ΔP}}{M_0}$

$=-\frac{8.74\×{10}^{9}N/m+1.2\×{10}^{9}N/m}{8.74\×{10}^{9}N/m}\×\frac{160\×{10}^{4}N}{8.74\×{10}^{9}N/m}$

$=-(1.137\×18.3\×{10}^{-5})m$

$=-0.208\mathrm{mm}$

(4)取实际刚度与基准刚度的偏差部分，进行刚度补偿计算，保证实际刚度采用的准确性，计算方法参见公式(4)的 $=-\frac{P}{M_0^2}\·\mathrm{\ΔM}$ 部分，令 ${\mathrm{\ΔS}}_2=-\frac{P}{M_0^2}\·\mathrm{\ΔM}$ 具体计算过程如下所示：

通过步骤(1)～(3)，已知：

实际轧制力P＝3275吨＝3275×10⁴N

基准刚度M₀＝8.74×10⁹N/m

实际刚度值M₁＝8.83×10⁹N/m

ΔM＝M₁-M₀＝实际刚度值-基准刚度＝8.83×10⁹N/m-8.74×10⁹N/m＝0.09×10⁹N/m，

${\mathrm{\ΔS}}_2=-\frac{P}{M_0^2}\·\mathrm{\ΔM}=-\frac{3275\×{10}^{4}N}{{(8.74\×{10}^{9}N/m)}^2}\×0.09\×{10}^{9}N/m=-0.039\mathrm{mm}$

(5)把最终计算结果，即实际需要调节的辊缝量

${\mathrm{\ΔS}}^{\′}\≈-\frac{M_0+Q}{M_0}\frac{\mathrm{\ΔP}}{M_0}-\frac{P}{M_0^2}\·\mathrm{\ΔM}={\mathrm{\ΔS}}_1+{\mathrm{\ΔS}}_2=-0.208-0.039=-0.247\mathrm{mm},$

作为设定值，由设定值发生器，提供给设定值分配功能块，再由该功能块分配设定值到液压压下辊缝控制，使得辊缝下降0.247mm。

(6)在轧机液压压下系统中，传动侧和操作侧各有一个液压缸，每个液压缸有三个伺服阀和两个增益位置编码器对液压压下位置进行控制。液压压下动态响应快，能动态进行辊缝调整，动态调整时，液压压下起作用，这时机械压下活塞连同压下螺杆一起不再移动。液压压下，包括液压位置调节器和伺服放大器，它们来调节伺服阀的电流，以控制伺服阀的油流量，从而改变液压缸里的油压，使液压缸体上下移动，达到动态调整辊缝的目的。在本系统中，为了避免设定值突变，也使用了斜坡调节器功能。

(7)由上位机计算出来的机械压下值，将辊缝调节到设定的位置，在这个位置下，液压辊缝调节可以到达它的工作点位置。这时机械压下保持不变，使用液压压下对辊缝进行精确的定位。当机架受载时，由液压压下控制进行辊缝调节；调节到设定值的位置之后，轧机位置调节结束。

下表为本发明的厚度精度统计表，1-5分别为本发明的5个实施列。

综上所述，本发明可适用于各类轧钢中使用的压力AGC的改进，可有效提高钢板厚度控制精度，可推广应用于各类轧钢的压力AGC模型的改进，因而具备良好的推广及应用前景。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (3)

1.一种控制轧机机架刚度的方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤1：初始化轧机辊缝调节量、设定轧制力，采用机械压下辊缝控制，辊缝达到设定位置，机械压下设定的辊缝位置保持不变；

步骤2：启动厚度自动控制功能，锁定此瞬间的刚度作为基准刚度，上位机给出实际刚度、设定轧制力、轧机机架刚度系数、轧件塑性系数和辊缝设定值；

步骤3：利用下面公式对辊缝调节量进行计算：

${\mathrm{\ΔS}}^{\′}\≈-\frac{M_0+Q}{M_0}\frac{\mathrm{\ΔP}}{M_0}-\frac{P}{M_0^2}\·\mathrm{\ΔM}$

式中：

ΔS′-辊缝调节量；

ΔP-实际轧制力与设定轧制力的偏差；

M₀-基准刚度；

ΔM-实际刚度与基准刚度之差；

P-实际轧制力；

Q-轧件塑性系数；

步骤4：液压压下系统根据计算得到的辊缝调节量ΔS′对辊缝进行调节，调节到位，轧机位置调节结束。

2.如权利要求1所述的控制轧机机架刚度的方法，其特征在于：所述步骤4中辊缝调节量ΔS′发送给设定值发生器，由设定值发生器提供给设定值分配功能块，再由该功能块分配到液压压下系统进行调节。

3.如权利要求1所述的控制轧机机架刚度的方法，其特征在于：所述步骤4中的液压压下系统使用了斜坡调节功能。

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