CN103223422A - 一种热连轧机机架间带钢张力波动的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热连轧机机架间带钢张力波动的控制方法，其包括下列步骤：(1)过程计算机向控制PLC下发带钢张力设定值T_REF；(2)热连轧机的前、后机架咬钢后，采用测压头检测前、后机架间的带钢张力实际值T_ACT，并将该带钢张力实际值T_ACT传输至控制PLC；(3)控制PLC进行机架间张力增益一次调整；(4)采用所述测压头再次测量前、后机架间的带钢张力实际值T_ACT‘，并将检测结果传输至控制PLC，控制PLC根据前、后机架间的带钢张力波动分别进行张力闭环设定增益调整和张力闭环锁定增益调整，使得前、后机架之间的带钢张力波动趋于稳定。

Description

一种热连轧机机架间带钢张力波动的控制方法

技术领域

本发明涉及一种冶金过程中的控制方法，尤其涉及热连轧机中带钢张力的控制方法。

背景技术

在热连轧生产中，机架间的带钢张力对稳定穿带和产品质量的影响很大。为了更好地调节带钢张力，大多数热连轧相邻机架间都安装有活套。根据机械设备的不同，活套经历了从气动活套到电动活套、液压活套的发展过程。目前，带钢生产线都使用定位精度高、响应速度快的液压活套，其结构如图1所示，上游机架1和下游机架2之间设有活套辊4，活套角度为C，前仰角为A，后仰角为B，液压缸6带动转轴5驱动活套辊4运动，从而调节带钢3在机架间的张力。

在热轧连轧机组的实际轧钢过程中，当带钢完成机架咬钢后，在前后机架间的带钢上会形成一定的张力，对于不同的钢种其张力波动也会有所不同。例如表1显示了不同的钢种在不同的活套处(热连轧机具有七个机架，因此对应的设有1#-6#六个活套)的张力波动情况。

表1

表1中张力波动F(X)是指张力反馈值的平均波动值，而张力波动F(A)是指张力实际值与设定值的波动量偏差。从表1中可以看出各机架轧制不同品种的带钢时，其张力波动也呈现不同的形态。

图2显示了具有不同形态的热连轧机中带钢张力设定值曲线P与带钢张力实际值曲线Q，其中纵轴表征张力F，横轴表征时间t。同样，图2还显示了张力实际值(或者成为反馈值)的平均波动曲线F(X)与设定张力值曲线P之间的偏差。

发明内容

本发明的目的是提供一种热连轧机机架间带钢张力波动的控制方法，其通过对机架间带钢张力的增益调整，得到热连轧机的主电机速度控制值，然后根据该主电机速度控制值调整热连轧机的传动速度，从而达到稳定带钢间张力波动的目的。

本发明根据上述发明目的，提供了一种热连轧机机架间带钢张力波动的控制方法，其包括下列步骤：

(1)过程计算机向控制PLC下发带钢张力设定值T_REF。需要说明的是，由于带钢的钢种不同，且具有不同的厚度和不同的宽度，因此过程计算机下发的带钢张力设定值T_REF根据不同的实际情况均有所不同。即使是同种钢种、同种厚度、同种宽度的带钢，针对热轧7个机架间的6个活套，过程计算机所下发的设定张力也不相同，通常情况从前机架活套到后机架活套依次增大。

(2)热连轧机的前、后机架咬钢后，采用测压头检测前、后机架间的带钢张力实际值T_ACT，并将该带钢张力实际值T_ACT传输至控制PLC。

(3)控制PLC进行机架间张力增益一次调整：将带钢张力设定值T_REF和带钢张力实际值T_ACT分别输入一第一PIC控制器，得到一第一PIC控制器输出值T1，将所述第一PIC控制器输出值T1乘以一总张力增益系数K_TT后，再分别乘以一张力闭环调整系数K_I011和一张力闭环反馈调整系数K_F011，所得的结果作为两路输入值输入一第二PIC控制器，得到一第二PIC控制器输出值T2，将所述第二PIC控制器输出值T2乘以一张力输出调节增益系数K_S1，得到热连轧机的主电机速度控制值ΔV_MREF，控制PLC根据主电机速度控制值ΔV_MREF对该热连轧机的主电机速度进行控制；所述总张力增益系数K_TT的取值为1.0～2.0，所述张力输出调节增益系数K_S1的取值为0.5～10，所述张力闭环调整系数K_I011和张力闭环反馈调整系数K_F011的计算模型分别为：

$K_{I011}=-\frac{L\×\mathrm{WTC}}{E\×\mathrm{FS}}$

$K_{F011}=-\frac{L}{E\×\mathrm{FS}}$

式中，L为机架间距，mm；WTC为测压头的张力反馈响应时间(该响应时间由检测元件的固有属性决定，一般是越小越好)，rad/s；E为带钢的杨氏模量，MPa；FS为前机架的前滑系数，其为过程计算机设定的设定值。

(4)采用所述测压头再次测量前、后机架间的带钢张力实际值T_ACT‘，并将检测结果传输至控制PLC，控制PLC判断前、后机架间的带钢张力波动：

当|(T_REF-T_ACT’)/T_REF|＞2％～6％时，执行步骤(5a)；

当|(F-T_ACT’)/F|＞1.8％～6％时，执行步骤(5b)；

当|(T_REF-T_ACT’)/TREF|≤2％且|(F-T_ACT’)/F|≤1.8％时，直接执行步骤(6)；

其中，F为带钢锁定张力，带钢锁定张力F为若干个带钢张力实际值的均值；

(5)控制PLC进行张力增益调整：

(5a)控制PLC进行张力闭环设定增益调整：将带钢张力设定值T_REF和带钢张力实际值T_ACT’分别输入一第三PIC控制器，得到一第三PIC控制器输出值T3，将所述第三PIC控制器输出值T3乘以所述总张力增益系数K_TT后，再分别乘以所述张力闭环调整系数K_I011和所述张力闭环反馈调整系数K_F011，所得的结果再分别对应乘以一张力闭环设定调整增益系数K₁以及一张力闭环锁定调整增益系数K₂，所得的结果作为两路输入值输入一第四PIC控制器，得到一第四PIC控制器输出值T4，将所述第四PIC控制器输出值T4乘以所述张力输出调节增益系数K_S1，得到热连轧机的主电机速度控制值ΔV_MREF’，控制PLC根据主电机速度控制值ΔV_MREF’对该热连轧机的主电机速度进行控制，执行步骤(6)；所述张力闭环设定调整增益系数K₁和张力闭环锁定调整增益系数K₂的计算模型分别为：

K1＝cX+d

K2＝aX+b

式中，X为带钢厚度，mm；a、c为带钢厚度系数，a的取值范围为0.8～1.2，c的取值范围为0.8～1.2；b、d为经验值，b的取值范围为0.01～0.1，d的取值范围为0.01～0.1；

(5b)控制PLC进行张力闭环锁定增益调整：将带钢锁定张力F和带钢张力实际值T_ACT’分别输入一第五PIC控制器，得到一第五PIC控制器输出值T5，将所述第五PIC控制器输出值T5乘以所述总张力增益系数K_TT后，再分别乘以所述张力闭环调整系数K_I011和所述张力闭环反馈调整系数K_F011，所得的结果再分别对应乘以所述张力闭环设定调整增益系数K₁和所述张力闭环锁定调整增益系数K₂，所得的结果作为两路输入值输入一第六PIC控制器，得到一第六PIC控制器输出值T6，将所述第六PIC控制器输出值T6乘以所述张力输出调节增益系数K_S1，得到热连轧机的主电机速度控制值ΔV_MREF“，控制PLC根据主电机速度控制值ΔV_MREF“对该热连轧机的主电机速度进行控制；

步骤(5a)和(5b)分别循环进行，直至|(T_REF-T_ACT’)/T_REF|≤2％且|(F-T_ACT’)/F|≤1.8％，执行步骤(6)。

需要说明的是，步骤(5)中的(5a)和(5b)是彼此独立的，其可以同时进行，也可以先后进行，二者没有逻辑上或时间上的先后次序。

(6)返回执行步骤(2)，直至机架抛钢，结束。

优选地，所述步骤(4)中当|(T_REF-T_ACT’)/T_REF|＞2％～6％时，采用测压头再一次检测前、后机架间的带钢张力实际值T_ACT“，控制PLC再次进行判断：

当|(T_REF-T_ACT“)/T_REF|＞1.8％～6％时，执行步骤(5a)；

当|(F-T_ACT“)/F|＞1.8％～6％时，执行步骤(5b)；

当|(T_REF-T_ACT“)/TREF|≤1.8％且|(F-T_ACT“)/F|≤1.8％时，直接执行步骤(6)；并且

所述步骤(5)中，输入第三PIC控制器和第五PIC控制器的带钢张力实际值均为T_ACT“；并且

所述步骤(5)中，步骤(5a)和(5b)分别循环进行，直至|(T_REF-T_{ACT “})/T_REF|≤1.8％且|(F-T_ACT“)/F|≤1.8％，执行步骤(6)。

加设控制PLC再次进行判断的步骤是为了使控制PLC对机架间带钢张力的判断更为精确，且当进行第二次判断时，控制PLC采用了更为严格的标准。

本发明所述的热连轧机机架间带钢张力波动的控制方法，通过对机架间带钢张力的增益调整，得到热连轧机的主电机速度控制值，然后根据该主电机速度控制值调整热连轧机的传动速度，从而达到了对机架间的带钢张力波动进行控制的目的。

附图说明

图1为活套的结构设置示意图。

图2显示了热连轧机中带钢张力设定值曲线P、带钢张力实际值曲线Q以及张力实际值的平均波动曲线F(X)。

图3为本发明所述的热连轧机机架间带钢张力波动的控制方法的流程图。

图4为本发明所述的热连轧机机架间带钢张力波动的控制方法中步骤(3)所进行的张力增益一次调整过程示意图。

图5为本发明所述的热连轧机机架间带钢张力波动的控制方法中步骤(5a)所进行的张力闭环设定增益调整过程示意图。

图6为本发明所述的热连轧机机架间带钢张力波动的控制方法中步骤(5b)所进行的张力闭环锁定增益调整过程示意图。

具体实施方式

本实施例中对普碳钢带钢(厚度为3.0mm，宽度为1295mm)，在F1和F2机架之间的带钢进行张力波动控制，其控制过程如图3所示，包括下列步骤：

(1)过程计算机向控制PLC下发带钢张力设定值T_REF＝12MPa。

(2)热连轧机的F1、F2机架咬钢后，采用测压头检测F1和F2机架间的带钢张力实际值T_ACT，并将该带钢张力实际值T_ACT传输至控制PLC。

(3)如图4所示，控制PLC进行机架间张力增益一次调整：带钢张力设定值T_REF和带钢张力实际值T_ACT作为两路输入值输入第一PIC控制器，得到一第一PIC控制器输出值T1，第一PIC控制器输出值T1乘以一总张力增益系数K_TT＝1.1后，再分别乘以张力闭环调整系数K_I011和张力闭环反馈调整系数K_F011(计算结果见下文)，所得的结果作为两路输入值输入一第二PIC控制器，得到一第二PIC控制器输出值T2，将第二PIC控制器输出值T2乘以张力输出调节增益系数K_S1＝4.0，得到热连轧机的主电机速度控制值ΔV_MREF，控制PLC根据主电机速度控制值ΔV_MREF对该热连轧机的主电机速度进行控制。

$K_{I011}=-\frac{L\×\mathrm{WTC}}{E\×\mathrm{FS}}=-\frac{5800\×10}{12000\×1.057}=-4.57$

$K_{F011}=-\frac{L}{E\×\mathrm{FS}}=-\frac{5800}{12000\×1.057}=-0.457$

式中，L为机架间距，mm；WTC为测压头的张力反馈响应时间(该响应时间由检测元件的固有属性决定，一般是越小越好)，rad/s；E为带钢的杨氏模量，MPa；FS为前机架的前滑系数，其为过程计算机设定的设定值。

(4)采用所述测压头再次测量前、后机架间的带钢张力实际值T_ACT‘，并将检测结果传输至控制PLC，控制PLC判断前、后机架间的带钢张力波动：

当|(T_REF-T_ACT’)/T_REF|＞2％～6％时，采用测压头再一次检测前、后机架间的带钢张力实际值T_ACT“，控制PLC再次进行判断：

当|(T_REF-T_ACT“)/T_REF|＞1.8％～6％时，执行步骤(5a)；

当|(F-T_ACT“)/F |＞1.8％～6％时，执行步骤(5b)；

当|(T_REF-T_ACT“)/TREF|≤1.8％且|(F-T_ACT“)/F|≤1.8％时，直接执行步骤(6)，其中，F为带钢锁定张力，带钢锁定张力F为若干个带钢张力实际值的均值。

(5)控制PLC按照下述步骤(5a)和(5b)进行张力增益调整：

(5a)如图5所示，控制PLC进行张力闭环设定增益调整：将带钢张力设定值T_REF和带钢张力实际值T_ACT“(需要说明的是，当PLC仅进行了一次带钢张力波动的判断时，此处的“T_ACT“”应当对应的是“T_ACT’”)分别输入第三PIC控制器，得到第三PIC控制器输出值T3，将第三PIC控制器输出值T3乘以总张力增益系数K_TT后，再分别乘以张力闭环调整系数K_I011和张力闭环反馈调整系数K_F011，所得的结果再分别对应乘以张力闭环设定调整增益系数K₁以及张力闭环锁定调整增益系数K₂(计算过程和结果见下文)，所得的结果作为两路输入值输入第四PIC控制器，得到第四PIC控制器输出值T4，将第四PIC控制器输出值T4乘以张力输出调节增益系数K_S1，得到热连轧机的主电机速度控制值ΔV_MREF’，控制PLC根据主电机速度控制值ΔV_MREF’对该热连轧机的主电机速度进行控制，执行步骤(6)；所述张力闭环设定调整增益系数K₁和张力闭环锁定调整增益系数K₂的计算模型分别为：

K1＝cX+d＝2.49

K2＝aX+b＝2.8

式中，X为带钢厚度，mm；a、c为带钢厚度系数，b、d为经验值。本实施例中带钢厚度X＝3.0mm，取a＝0.8，b＝0.09，c＝0.9，d＝0.1，此时K1＝2.49，K2＝2.8。

(5b)如图6所示，控制PLC进行张力闭环锁定增益调整：将带钢锁定张力F和带钢张力实际值T_ACT“分别输入第五PIC控制器，得到一第五PIC控制器输出值T5，将第五PIC控制器输出值T5乘以所述总张力增益系数K_TT后，再分别乘以张力闭环调整系数K_I011和张力闭环反馈调整系数K_F011，所得的结果再分别对应乘以张力闭环设定调整增益系数K₁和张力闭环锁定调整增益系数K₂，所得的结果作为两路输入值输入第六PIC控制器，得到第六PIC控制器输出值T6，将第六PIC控制器输出值T6乘以张力输出调节增益系数K_S1，得到热连轧机的主电机速度控制值ΔV_MREF“，控制PLC根据主电机速度控制值ΔV_MREF“对该热连轧机的主电机速度进行控制；

步骤(5a)和(5b)分别循环进行，直至|(T_REF-T_ACT“)/T_REF|≤1.8％且|(F-T_ACT“)/F|≤1.8％，执行步骤(6)。

(6)返回执行步骤(2)，直至机架抛钢，结束。

要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种热连轧机机架间带钢张力波动的控制方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)过程计算机向控制PLC下发带钢张力设定值T_REF；

(2)热连轧机的前、后机架咬钢后，采用测压头检测前、后机架间的带钢张力实际值T_ACT，并将该带钢张力实际值T_ACT传输至控制PLC；

(3)控制PLC进行机架间张力增益一次调整：将带钢张力设定值T_REF和带钢张力实际值T_ACT分别输入一第一PIC控制器，得到一第一PIC控制器输出值T1，将所述第一PIC控制器输出值T1乘以一总张力增益系数K_TT后，再分别乘以一张力闭环调整系数K_I011和一张力闭环反馈调整系数K_F011，所得的结果作为两路输入值输入一第二PIC控制器，得到一第二PIC控制器输出值T2，将所述第二PIC控制器输出值T2乘以一张力输出调节增益系数K_S1，得到热连轧机的主电机速度控制值ΔV_MREF，控制PLC根据主电机速度控制值ΔV_MREF对该热连轧机的主电机速度进行控制；所述总张力增益系数K_TT的取值为1.0～2.0，所述张力输出调节增益系数K_S1的取值为0.5～10，所述张力闭环调整系数K_I011和张力闭环反馈调整系数K_F011的计算模型分别为：

$K_{I011}=-\frac{L\×\mathrm{WTC}}{E\×\mathrm{FS}}$

$K_{F011}=-\frac{L}{E\×\mathrm{FS}}$

式中，L为机架间距，mm；WTC为测压头的张力反馈响应时间，rad/s；E为带钢的杨氏模量，MPa；FS为前机架的前滑系数；

(4)采用所述测压头再次测量前、后机架间的带钢张力实际值T_ACT‘，并将检测结果传输至控制PLC，控制PLC判断前、后机架间的带钢张力波动：

当|(T_REF-T_ACT’)/T_REF|＞2％～6％时，执行步骤(5a)；

当|(F-T_ACT’)/F|＞1.8％～6％时，执行步骤(5b)；

当|(T_REF-T_ACT’)/TREF|≤2％且|(F-T_ACT’)/F|≤1.8％时，直接执行步骤(6)；

其中，F为带钢锁定张力，带钢锁定张力F为若干个带钢张力实际值的均值；

(5)控制PLC进行张力增益调整：

(5a)控制PLC进行张力闭环设定增益调整：将带钢张力设定值T_REF和带钢张力实际值T_ACT’分别输入一第三PIC控制器，得到一第三PIC控制器输出值T3，将所述第三PIC控制器输出值T3乘以所述总张力增益系数K_TT后，再分别乘以所述张力闭环调整系数K_I011和所述张力闭环反馈调整系数K_F011，所得的结果再分别对应乘以一张力闭环设定调整增益系数K₁以及一张力闭环锁定调整增益系数K₂，所得的结果作为两路输入值输入一第四PIC控制器，得到一第四PIC控制器输出值T4，将所述第四PIC控制器输出值T4乘以所述张力输出调节增益系数K_S1，得到热连轧机的主电机速度控制值ΔV_MREF’，控制PLC根据主电机速度控制值ΔV_MREF’对该热连轧机的主电机速度进行控制；所述张力闭环设定调整增益系数K₁和张力闭环锁定调整增益系数K₂的计算模型分别为：

K1＝cX+d

K2＝aX+b

式中，X为带钢厚度，mm；a、c为带钢厚度系数，a的取值范围为0.8～1.2，c的取值范围为0.8～1.2；b、d为经验值，b的取值范围为0.01～0.1，d的取值范围为0.01～0.1；

(5b)控制PLC进行张力闭环锁定增益调整：将带钢锁定张力F和带钢张力实际值T_ACT’分别输入一第五PIC控制器，得到一第五PIC控制器输出值T5，将所述第五PIC控制器输出值T5乘以所述总张力增益系数K_TT后，再分别乘以所述张力闭环调整系数K_I011和所述张力闭环反馈调整系数K_F011，所得的结果再分别对应乘以所述张力闭环设定调整增益系数K₁和所述张力闭环锁定调整增益系数K₂，所得的结果作为两路输入值输入一第六PIC控制器，得到一第六PIC控制器输出值T6，将所述第六PIC控制器输出值T6乘以所述张力输出调节增益系数K_S1，得到热连轧机的主电机速度控制值ΔV_MREF“，控制PLC根据主电机速度控制值ΔV_MREF“对该热连轧机的主电机速度进行控制；

步骤(5a)和(5b)分别循环进行，直至|(T_REF-T_ACT’)/T_REF|≤2％且|(F-T_ACT’)/F|≤1.8％，执行步骤(6)；

(6)返回执行步骤(2)，直至机架抛钢，结束。

2.如权利要求1所述的热连轧机机架间带钢张力波动的控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中当|(T_REF-T_ACT’)/T_REF|＞2％～6％时，采用测压头再一次检测前、后机架间的带钢张力实际值T_ACT“，控制PLC再次进行判断：

当|(T_REF-T_ACT“)/T_REF|＞1.8％～6％时，执行步骤(5a)；

当|(F-T_ACT“)/F|＞1.8％～6％时，执行步骤(5b)；

当|(T_REF-T_ACT“)/TREF|≤1.8％且|(F-T_ACT“)/F|≤1.8％时，直接执行步骤(6)；并且

所述步骤(5)中，输入第三PIC控制器和第五PIC控制器的带钢张力实际值均为T_ACT“；并且

步骤(5a)和(5b)分别循环进行，直至|(T_REF-T_ACT“)/T_REF|≤1.8％且|(F-T_ACT“)/F|≤1.8％，执行步骤(6)。

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