CN102773268A - 中厚板轧制过程中轧制力的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中厚板轧制过程中轧制力的检测方法，包括如下步骤：（1）人工手动确认工作辊接触信号，确保辊缝标定调零成功；（2）对电机的瞬时电压及电流进行取样，通过公式W＝U×Ｉ×t计算出电机在轧制过程中所做的功，用电机的输出扭矩T^/来表示，T^/=W；（3）对电机的输出扭矩T进行滤波处理,根据轧制扭矩有效轧制功T=电机输出扭矩T^/-电机额定扭矩*3%确定有效功T；（4）通过公式T=2Ｆ×b×Arc计算出轧制力F的值，其中：b为水平力臂率，Arc为接触弧长。本发明通过观测主电机的瞬时电压、电流及对轧制力臂的计算，映射出轧制力的值，实现了间接测量轧制力的目的，节约了大量检查元件的购买费用，提高了测量范围，保证了生产连续顺行。

Description

中厚板轧制过程中轧制力的检测方法

技术领域

本发明属于冶金行业热轧带钢生产工艺技术领域，特别涉及一种中厚板轧制过程中轧制力的检测方法。

背景技术

中厚板轧制过程中轧制力的检测环节是整个过程的关键所在，在基础自动化方面所涉及的自动压靠、自动轧制都需要轧制力检测。同时，有关过程自动化方面所涉及的轧制规程的自适应也同样需要轧制力的检测反馈。

目前，对于轧制力的直接检测方法，均采用基于胡克定律的检测方法。根据胡克定律可知，材料在弹性变形范围内，力与变形成正比关系，即△F=K×△X。另外，对于力的另一种检测方法，可采用基于压力与压强及面积关系的检测方法。根据压力与压强及面积关系可知，在面积不变的情况下压力与压强成正比例关系，即F=P×S。在国内轧钢行业内的轧制力检测，均采用上述两种方法，其使用的检测元件分别为：工业级大负荷压力传感器(LoadCell)和压强传感器。由于部分轧机没有装配液压缸，所以这部分轧机只能采用LoadCell对轧制力进行基于胡克定律的直接测量。对于LoadCell的检测对象为数千吨级的轧制力。根据胡克定律定义，要求检测元件应在数千吨的弹性形变范围内工作。这样就对检测元件所采用的材料的屈服应力提出了相当高的要求，一旦检测元件工作在塑性形变范围内，检测元件必将损坏无法恢复，且损坏后国内检测、国外维修，维修周期较长，严重制约了轧制生产。

发明内容

本发明的目的是为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种易于观测、稳定可靠、实时响应、取样精确、且测量范围宽泛的中厚板轧制过程中轧制力的检测方法方法，该方法为间接测量轧制力的方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种中厚板轧制过程中轧制力的检测方法，包括如下步骤：

（1）人工手动确认工作辊接触信号，用该信号触发记录并存储压下位移传感器的伸出值，确保辊缝标定调零成功；

(2)通过数据采集系统对电机的瞬时电压及电流进行取样，通过公式W＝U×I×t计算出电机在轧制过程中所做的功，所述电机在轧制过程中所做的功用电机的输出扭矩T^/来表示，T^/＝W；

(3)采用计算机程序对对上述电机的输出扭矩T进行滤波处理，根据轧制扭矩有效轧制功T=电机输出扭矩T^/-电机额定扭矩*3％确定有效功T；

(4)通过公式T=2F×b×Arc计算出轧制力F的值，其中：b为水平力臂率，Arc为接触弧长；

所述滤波处理包括两方面的处理：首先是反电流造成的扭矩反馈值与轧辊的运行方向不一致的那部分，其次是由于无轧制过程中，电机对轧辊、摩擦等非轧制扭矩的那部分。

所述 $b=c_{c_1}+c_{b_2}\×h_1,$ $\mathrm{Arc}=\sqrt{R^{\′}\×(h_1-h_2)},$

其中：R为轧辊半径，h1为轧件的入口厚度，  h2为轧件的出口厚度，

为训练参数。

所述

取值为：

所述人工手动确认工作辊接触采用压铅丝变形的方式进行，或者采用虚拟压靠模式进行。

所述虚拟压靠模式就是在上一次压靠成功的基础上，通过辊径差和阶梯垫差的变化来计算辊缝零点的位移传感器的伸出值，待点击压实确认后，记录并存储压下位移传感器的伸出值。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明通过观测主电机的瞬时电压、电流及对轧制力臂的计算，映射出瞬时轧制力的值，实现了间接测量轧制力的目的，使得轧制力的检测不再依赖专有的压力或压强检测元件的检测，从而节约了大量检查元件的购买费用；同时此种检测方法不受检测元件的约束，提高了测量范围；此外，这种间接检查轧制力的方法保证了生产连续顺行。

附图说明

图l是本发明多个经测量和计算后分别得到的轧制力对比。

其中，粗实线为压力传感器检测轧制力，细实线为本发明检测轧制力。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

实施例一：

一种中厚板轧制过程中轧制力的检测方法，该方法通过间接检测，实现了对轧制力的检测，包括如下步骤：

（1）人工手动确认工作辊接触信号，采用压铅丝变形的方式进行，用该信号触发记录并存储压下位移传感器的伸出值，确保辊缝标定调零成功；

（2）通过数据采集系统（由粗轧机的主电机控制柜）实时且不间断地采集电压、电流等相关电机状态参数，对电机的瞬时电压及电流进行取样，将采集到得状态参数通过Profibus现场总线送至AMS（可编程控制器）,然后根据公式Ｗ＝Ｕ×Ｉ×t及状态参数计算出电机的输出功。电机在轧制过程中所做的功用电机的输出扭矩T^/来表示，T^/=W=409247.319928；

（3）采用计算机程序对对上述电机的输出扭矩T进行滤波处理,滤波处理包括两方面的处理：首先是反电流造成的扭矩反馈值与轧辊的运行方向不一致的那部分，其次是由于无轧制过程中，电机对轧辊、摩擦等非轧制扭矩的那部分，通过滤波的方式，滤除由于干扰、启动和制动电流及机械损失等原因造成的损失，

然后根据轧制扭矩有效轧制功T=电机输出扭矩T^/-电机额定扭矩*3%确定有效功T,T=408760.60938=409247.319928-16223.684948*0.03；

（4）通过公式T=2F×b×Arc在同一量纲的基础上计算输出间接检测的轧制力F的值,其中：b为水平力臂率，Arc为接触弧长，

确定当前轧制道次的接触弧长：根据过程控制部分的计算模型所计算的轧制规程发送至AMS，可以知道当前道次轧件的入口厚度(h1)、轧件的出口厚度(h2)及轧辊半径(R)，根据公式

计算得到接触弧长Arc的值；

通过接触弧长确定水平力臂d=b×Arc，其中

为训练参数,

取值为：

h1=214.728

h2=196.546

R=567.55

h1-h2=214.728-196.546=18.182

$\mathrm{Arc}=\sqrt{R^{\′\×}(h_1-h_2)}=\sqrt{567.55\×18.182}=101.5834342$

$b=c_{b_1}+c_{b_2}\×h_1=0.4521+0.001\×214.728=0.666828$

d=b×Arc=0.666828×101.5834342=67.73867825

F=T/2b×Arc=408760.60938/2×67.73867825=3017.1876685(吨)

测量轧制力=3000.3026359(吨)。

实施例二：

（1）人工手动确认工作辊接触信号，人工手动确认工作辊接触采用虚拟压靠模式进行，虚拟压靠模式就是在上一次压靠成功的基础上，通过辊径差和阶梯垫差的变化来计算辊缝零点的位移传感器的伸出值，待点击压实确认后，记录并存储压下位移传感器的伸出值，确保辊缝标定调零成功；

（2）通过数据采集系统（由粗轧机的主电机控制柜）实时且不间断地采集电压、电流等相关电机状态参数，对电机的瞬时电压及电流进行取样，将采集到得状态参数通过Profibus现场总线送至AMS（可编程控制器）,然后根据公式Ｗ＝U×Ｉ×t及状态参数计算出电机的输出功。电机在轧制过程中所做的功用电机的输出扭矩T^/来表示，T^/=W=404896.127628；

（3）采用计算机程序对对上述电机的输出扭矩T进行滤波处理,滤波处理包括两方面的处理：首先是反电流造成的扭矩反馈值与轧辊的运行方向不一致的那部分，其次是由于无轧制过程中，电机对轧辊、摩擦等非轧制扭矩的那部分，通过滤波的方式，滤除由于干扰、启动和制动电流及机械损失等原因造成的损失，然后根据轧制扭矩有效轧制功T=电机输出扭矩T^/-电机额定扭矩*3%确定有效功T，

T=404409.41708=404896.127628-16223.684948*0.03；

（4）通过公式T=2F×b×Arc在同一量纲的基础上计算输出间接检测的轧制力F的值,其中：b为水平力臂率，Arc为接触弧长；

确定当前轧制道次的接触弧长：根据过程控制部分的计算模型所计算的轧制规程发送至AMS，可以知道当前道次轧件的入口厚度(h1)、轧件的出口厚度(h2)及轧辊半径(R)，根据公式

计算得到接触弧长Arc的值；

通过接触弧长确定水平力臂d=b×Arc，其中

为训练参数,

取值为：

h1=196.546

h2=172.248

R=567.55

h1-h2=196.546-172.248=24.298

$\mathrm{Arc}=\sqrt{R^{\′\×}(h_1-h_2)}=\sqrt{567.55\×24.298}=117.4322354$

$b=c_{b_1}+c_{b_2}\×h_1=0.4521+0.001\×196.546=0.648646$

d=b×Arc=0.648646×117.4322354=76.17194937

F=T/2b×Arc=404409.41708/2×76.17194937=2654.5822872（吨）

测量轧制力=2647.2768106（吨）。

上述实施例中，在轧制生产过程中，每一道次的轧制其边界条件都是固定不变的，其边界条件为：辊径=1146mm、入口厚度=111.42mm、出口厚度=87.5063mm、Cb1=0.4521、Cb2=0.001、轧制扭矩=电机输出扭矩-电机额定扭矩*3%。

图1中给出了多个经测量和计算后分别得到的轧制力对比。

本发明通过观测主电机的瞬时电压、电流及对轧制力臂的计算，映射出瞬时轧制力的值，实现了间接测量轧制力的目的。上述方法的使用，使得轧制力的检测不再依赖专有的压力或压强检测元件的检测，从而节约了大量检查元件的购买费用。同时，此种检测方法不受检测元件的约束，提高了测量范围。此外，这种间接检查轧制力的方法，保证了生产连续顺行。

以上记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims (6)

1.一种中厚板轧制过程中轧制力的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）人工手动确认工作辊接触信号，用该信号触发记录并存储压下位移传感器的伸出值，确保辊缝标定调零成功；

（2）通过数据采集系统对电机的瞬时电压及电流进行取样，通过公式Ｗ＝Ｕ×Ｉ×t计算出电机在轧制过程中所做的功，所述电机在轧制过程中所做的功用电机的输出扭矩T^/来表示，T^/＝W；

（3）采用计算机程序对对上述电机的输出扭矩T进行滤波处理,根据轧制扭矩有效轧制功T=电机输出扭矩T^/-电机额定扭矩*3％确定有效功T；

（4）通过公式T=2Ｆ×b×Arc计算出轧制力F的值，其中：b为水平力臂率，Arc为接触弧长。

2.根据权利要求1所述的中厚板轧制过程中轧制力的检测方法，其特征在于，所述滤波处理包括两方面的处理：首先是反电流造成的扭矩反馈值与轧辊的运行方向不一致的那部分，其次是由于无轧制过程中，电机对轧辊、摩擦等非轧制扭矩的那部分。

3.根据权利要求1所述的中厚板轧制过程中轧制力的检测方法，其特征在于，所述 

其中：R为轧辊半径，h1为轧件的入口厚度，h2为轧件的出口厚度， 

为训练参数。

4.根据权利要求3所述的中厚板轧制过程中轧制力的检测方法，其特征在于，所述 取值为： 

5.根据权利要求1所述的中厚板轧制过程中轧制力的检测方法，其特征在于，所述人工手动确认工作辊接触采用压铅丝变形的方式进行，或者采用虚拟压靠模式进行。

6.根据权利要求4所述中厚板轧制过程中轧制力的检测方法，其特征在于，所述虚拟压靠模式就是在上一次压靠成功的基础上，通过辊径差和阶梯垫差的变化来计算辊缝零点的位移传感器的伸出值，待点击压实确认后，记录并存储压下位移传感器的伸出值。