CN103372570A - 一种冷轧工艺段辅助辊自动调速方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷轧工艺段辅助辊自动调速方法，该调速方法根据电力拖动理论学，计算出张力辊组达到设定张力时各电机所应输出的电流值、在设定速度下克服机械损失的各电机电流输出值，进而计算出电流偏差值，通过电流偏差值与调节允许的设定范围相比较，从而进行相应的辅助辊速度调整控制，使得电流偏差值处于允许的设定范围内，以实现该区域带钢张力稳定。

Description

一种冷轧工艺段辅助辊自动调速方法

技术领域

本发明涉及冷轧张力控制技术，更具体地说，涉及一种冷轧工艺段辅助辊自动调速方法。 

背景技术

冷轧处理线工艺段主要用于对带钢进行清洗、退火、涂层等处理，工艺段张力是否稳定直接影响机组通板性和正常生产，因此工艺段张力稳定性具有至关重要的作用。 

工艺段张力控制一般是通过设置于工艺段的张力辊组控制来保证，依据各段张力设定值及张力实际值(该段张力计反馈值或通过张力辊组电流折算后的计算张力)偏差，通过张力辊组负荷平衡调节等控制方法使该段张力实际值趋近于张力设定值。而对于工艺段中的清洗段及退火段，为保证带钢通板性，设置了大量的辅助辊(如清洗段的沉没辊、转向辊、支撑辊等及退火炉的炉辊等)，以上区域辅助辊通常采用垂下控制(DROOP控制)方式进行调节，即通过各辅助辊辊速微差保证辅助辊间带钢张力，而对于该区域的张力偏差无调节和修正手段。 

工艺段张力稳定性，主要基于张力辊组处于正常工作范围。但在实际的大生产过程中，由于通过工艺段的带钢材质存在较大差异的可能性，因此存在由于带钢材质变化造成带钢与张力辊组摩擦系数降低可能性，并使张力辊组打滑产生张力波动。而对于辅助辊，由于垂下控制仅局限于各辊内部自调节，因此一旦出现张力波动，无法从系统上进行调节，易产生失张或断带异常，影响机组通板性。 

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺点，本发明的目的是提供一种冷轧工艺段辅助辊自动调速方法，能够对工艺段辅助辊的速度自动调节，以实现该区域带钢张力稳定。 

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

该冷轧工艺段辅助辊自动调速方法，包括以下步骤： 

A.根据电力拖动理论学，计算出张力辊组达到设定张力时，各电机所应输出的电流值I_COMPENSION； 

B.计算出该张力辊组在设定速度下克服机械损失的各电机电流输出值I_MECHLOSS； 

C.计算出该张力辊组在达到设定张力和设定速度时，各电机的理论输出电流总和I_CACULATE； 

D.根据电流值实际反馈值I_ACT，计算出电流偏差值I_BIAS； 

E.根据I_BIAS进行以下辅助辊的速度调节： 

当I_BIAS在调节允许的设定范围内时，控制辅助辊仍按当前速度主给定值进行运行； 

当I_BIAS超出调节允许的设定范围时，控制辅助辊以α为单位增量进行辅助辊速度的递增或递减调节，直至I_BIAS达到允许的设定范围内。 

在步骤A中，所述的I_COMPENSION的计算公式如下： 

$I_{\mathrm{COMPENSION}}=\frac{T_{\mathrm{DIFFERENCE}}\×N}{6120}\×\frac{\mathrm{\Σ}{I}_{\mathrm{TOTAL}}}{\mathrm{\Σ}{P}_{\mathrm{TOTAL}}}$

式中，T_DIFFERENCE为：张力辊组前、后张力设定差值； 

N为：张力辊组中主辊速度； 

∑I_TOTAL为：该张力辊组所有电机的额定电流之和； 

∑P_TOTAL为：该张力辊组所有电机的功率之和。 

在步骤B中，所述的I_MECHLOSS通过以下方法得到： 

对该张力辊组在空载时以10％速度为间距，测定在相应速度下该张力辊组各辊的相应机械损失，以此确定出该张力辊组在相应速度下克服机械损失的各电机电流输出值，通过描点法推算出该张力辊组在设定速度下克服机械损失的各电机电流输出值I_MECHLOSS。 

在步骤C中，所述的I_CACULATE的计算公式如下： 

I_CACULATE＝I_COMPENSION+I_MECHLOSS。 

在步骤D中，所述的I_BIAS的计算公式如下： 

I_BIAS＝I_CACULATE-I_ACT。 

在步骤E中，所述的设定范围为-β～+β，其中β的取值为∑_ITOTAL×1％。 

在步骤E中，所述的单位增量α的取值为0.01米/分钟。 

在上述技术方案中，本发明的冷轧工艺段辅助辊自动调速方法根据电力拖动理论学，计算出张力辊组达到设定张力时各电机所应输出的电流值、在设定速度下克服机械损失的各电机电流输出值，进而计算出电流偏差值，通过电流偏差值与调节允许的设定范围相比较，从而进行相应的辅助辊速度调整控制，使得电流偏差值处于允许的设定范围内，以实现该区域带钢张力稳定。 

附图说明

图1是本发明的张力辊组电机速度-I_MECHLOSS曲线图； 

图2是本发明的辅助辊速度自动调整原理图； 

图3是本发明的辅助辊速度自动调整的流程框图； 

图4是本发明的一实施例的工艺段某一张力辊组示意图。 

图5是采用本发明自动调速后的张力辊组实际张力与辅助辊速度补偿曲线图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。 

本发明的冷轧工艺段辅助辊自动调速方法主要包括以下具体步骤： 

首先，根据电力拖动理论学计算公式，电机的额定功率、输出转矩与速度通用公式如下： 

式1 

其中，式1中各参数含义如下： 

P_rate：电机额定功率(单位：KW) 

T：电机输出转矩(单位：Kgf) 

n：电机速度(单位：米/分钟) 

根据电力拖动学理论可知，电机的输出转矩与电机的电流成线性对应关系。因此在同一速度(n)下达到设定输出转矩T_SET可采用如下公式进 行换算： 

$T_{\mathrm{SET}}=\frac{6120\×P_{\mathrm{rate}}}{n}\×\frac{I_{\mathrm{SET}}}{I_{\mathrm{rate}}}$ 式2 

其中，式2中各参数含义如下： 

T_SET：电机设定输出转矩(单位：Kgf) 

I_SET：电机设定输出转矩时电机电流(单位：A) 

基于以上基础公式，在本发明中，为保证张力辊组前、后达到张力设定值(即电机达到设定输出转矩)，计算张力辊组电机所应输出的电流具体计算公式如下： 

$I_{\mathrm{COMPENSION}}=\frac{T_{\mathrm{DIFFERENCE}}\×N}{6120}\×\frac{\mathrm{\Σ}{I}_{\mathrm{TOTAL}}}{\mathrm{\Σ}{P}_{\mathrm{TOTAL}}}$ 式3 

式3中： 

I_COMPENSION：张力辊组前、后达到张力设定值时各电机所应输出电流值；(单位：A)

T_DIFFERENCE：张力辊组前、后张力设定值差值；(单位：Kgf) 

N：张力辊组速度；(单位：米/分钟) 

∑I_TOTAL：该张力辊组所有电机额定电流之和；(单位：A) 

∑P_TOTAL：该张力辊组所有电机功率之和；(单位：KW) 

然后，对该张力辊组空载时(辊子无带钢)以10％速度为间距，测定各速度下该张力辊组各辊机械损失，确定该张力辊组各辊在该速度下的各电机输出实际电流值；通过如图1所示的描点法及软件编程，推算出达到设定速度下，克服机械损失该张力辊组各电机的电流输出值I_MECHLOSS。 

再确定达到设定张力和设定速度时，张力辊组各电机理论输出电流总和为I_CACULATE。在张力建立的情况下，为使张力辊组达到设定速度，张力辊组输出有两部分组成：为使张力辊组前、后各段达到设定张力所产生的输出；为达到设定速度克服自身机械损失的输出。以上两部分的输出，可以用电机电流进行表征，分别记作I_COMPENSION和I_MECHLOSS，其关系式为： 

I_CACULATE＝I_COMPENSION+I_MECHLOSS    式4 

最后，根据电流值实际反馈I_ACT，确定电流偏差值I_BIAS，其关系式为： 

I_BIAS＝I_CACULATE-I_ACT    式5 

此部分偏差I_BIAS，可能由于张力辊组内部扰动(如张力辊组打滑)造成。如仍通过张力辊组内部控制进行调节，有可能造成扰动加大或调节无效。因此本发明需要把此部分偏差通过调节辅助辊的速度予以消除，其具体控制框图如图2所示： 

首先，确定控制的内部变量β和α。其中β为I_BIAS调节允许范围(β＞0，经验取值为∑I_TOTAL×1％，单位：A)：当I_BIAS在-β至+β范围内不进行调节；当I_BIAS超出此范围(即I_BIAS＜-β或I_BIAS＞β)时，需要进行调节。α为调节单位增量(α＞0)：当I_BIAS超出允许范围(即I_BIAS＜-β或_IBIAS＞β)时，以α为单位增量递增或递减进行调节，直至I_BIAS达到允许偏差(即I_BIAS在-β至+β范围内)。 

其次，确定辅助辊最终速度_NREF、辅助辊速度主给定N_MASTER和辅助辊附加速度N_ADD关系式及N_ADD方向。其中，N_ADD叠加在N_MASTER上并获得辅助辊最终速度N_REF。考虑到辅助辊与张力辊组布置不同，附加速度方向也不同。因此，按如下原则确定： 

在机组带钢运行的通道线中，如辅助辊在张力辊组前方，N_REF＝N_MASTER+N_ADD  式6； 

在机组带钢运行的通道线中，如辅助辊在张力辊组后方，N_REF＝N_MASTER-N_ADD  式7； 

再次，确定N_ADD大小：N_ADD由当前速度补偿值N_{COMPENSION_n+1}进行限幅检查后获得。进行限幅检查，主要目的是避免速度补偿值过大造成系统扰动，因此把速度补偿值限定在一定范围内，使辅助辊的调节值控制在设定范围内；其过程是：如N_{COMPENSION_n+1}未超过上、下限幅，则N_ADD等于N_{COMPENSION_n+1}；如超过上限幅或低于下限幅，则N_ADD等于上限幅值N_UPPERLIMIT或下限幅值N_LOWER LIMIT。N_ADD大小确定方法如下：当I_BIAS在-β至+β范围内不进行调节，此时N_ADD为0，即辅助辊按N_REF运行；当I_BIAS超出偏差范围时：如果大于+β(即张力辊组实际电流I_ACT小于I_CACULATE)，以0为初始值，在一个扫描周期内，当前速度补偿值N_{COMPENSION_n+1}为上一扫描周期速度补偿值N_{COMPENSION_n}-α，按以上方式对上一扫描周期速度补偿 值N_{COMPENSION_n}以α为单位增量递减进行控制，直至I_BIAS达到-β至+β偏差允许范围内(即张力辊组实际电流I_ACT趋近于I_CACULATE)；如果小于-β(即张力辊组实际电流I_ACT大于I_CACULATE)，以0为初始值，在一个扫描周期内，当前速度补偿值N_{COMPENSION_n+1}为上一扫描周期速度补偿值N_{COMPENSION_n}+α，按以上方式对上一扫描周期速度补偿值N_{COMPENSION_n}以α为单位增量递增进行控制，直至I_BIAS达到-β至+β偏差允许范围内(即张力辊组实际电流I_ACT趋近于I_CACULATE)。 

具体控制方法工作过程如下： 

如辅助辊位于通道线上张力辊组前方，当张力辊组实际电流I_ACT小于I_CACULATE时(I_BIAS＞+β)，表征张力辊组实际张力小于设定张力，此时N_ADD以0为初始值按递减的方式控制，根据公式6可知，N_REF小于N_MASTER，即辅助辊实际速度低于机组速度，此时张力辊组与辅助辊间的张紧力变大，反映在张力辊组实际电流值逐渐增加，通过本专利所涉及的控制方法进行控制，使张力辊组电流偏差逐步达到允许偏差范围内(I_BIAS在-β至+β范围内)，即张力辊组实际张力逐渐趋近于设定张力并达到允许偏差范围，此时，N_ADD为0；当张力辊组实际电流I_ACT大于I_CACULATE时(I_BIAS＜-β)，表征张力辊组实际张力大于设定张力，此时N_ADD以0为初始值按递增的方式控制，即N_REF大于N_MASTER，此时张力辊组与辅助辊间的张紧力变小，反映在张力辊组实际电流值逐渐减小，当张力辊组实际电流在允许偏差范围内时(I_BIAS在-β至+β范围内)，此时，张力辊组实际张力逐渐趋近于设定张力并达到允许偏差范围，这时，N_ADD为0。 

如辅助辊位于通道线上张力辊组后方，当张力辊组实际电流I_ACT小于I_CACULATE时(I_BIAS＞+β)，表征张力辊组实际张力小于设定张力，此时辅N_ADD以0为初始值按递减的方式控制，根据公式7可知，N_REF大于N_MASTER，即辅助辊实际速度大于机组速度，此时张力辊组与辅助辊间的张紧力变大，反映在张力辊组实际电流值逐渐增加，当张力辊组实际电流在允许偏差范围内时(I_BIAS在-β至+β范围内)，此时，张力辊组处实际张力接近设定张力，N_ADD为0；当张力辊组实际电流I_ACT大于I_CACULATE时(I_BIAS＜-β)，表征张力辊组实际张力大于设定张力，此时N_ADD以0为初始值按递 增的方式控制，即N_REF小于N_MASTER，此时张力辊组与辅助辊间的张紧力变小，反映在张力辊组实际电流值逐渐减小，当张力辊组实际电流在允许偏差范围内时(I_BIAS在-β至+β范围内)，此时，张力辊组处实际张力接近设定张力，N_ADD为0。 

通过以上方法，微调各辅助辊的速度补偿量，使张力辊组处的张力偏差值予以减小并趋于稳定。 

以下进行具体举例说明： 

某机组工艺段最高速度为165mpm，工艺段一张力辊组(3#张力辊组)，辅助辊设置在张力辊组入口侧；张力辊组入口单位张力设定为10N/mm²，张力辊组出口单位张力设定为4N/mm²；该机组工艺段共有4根带传动的张力辊，如图4所示： 

该张力辊组各电机的功率及额定电流参数如表1： 

表一、张力辊组各辊电机的功率及额定电流参数 

在无带钢的情况下，对张力辊组4根辊子进行机械损失(MECHLOSS)测试，4根辊子在各种速度下(以机组最高速度为100％，以10％为间距进行测量)电流总和如表2： 

以规格为1236mm(宽度)×0.5mm(厚度)通过带钢为例，该张力辊组入口单位张力设定为10N/mm²，张力辊组出口单位张力设定为 4N/mm²；按单位面积张力计算公式为单位张力×板宽×板厚可知，该张力辊组入口及出口单位面积总张力如下： 

张力辊组入口单位面积总张力：10N/mm²×1236mm×0.5mm＝6180N(折合为630.6Kgf) 

张力辊组出口单位面积总张力：4N/mm²×1236mm×0.5mm＝2472N(折合为252.2Kgf) 

因此，该张力辊组入、出口张力差T_DIFFERENCE＝630.6-252.2＝378.4Kgf； 

依据表1，可知∑_ITOTAL＝95+36.5+25+18.5＝175A；∑_PTOTAL＝37+15+11+7.5＝70.5KW； 

当机组以最高速度165mpm运转时，依据公式3，可知为达到张力辊组入口、出口设定张力，该张力辊组理论输出电流如下： 

$I_{\mathrm{COMPENSION}}=\frac{T_{\mathrm{DIFFERENCE}}\×N}{6120}\×\frac{\mathrm{\Σ}{I}_{\mathrm{TOTAL}}}{\mathrm{\Σ}{P}_{\mathrm{TOTAL}}}=\frac{378.4\×165}{6120}\×\frac{175}{70.5}=25.3A$

依据表2，可知在机组速度165mpm下，为克服机械损失，该张力辊组应输出电流I_MECHLOSS为32.3A。 

根据公式4，可知按设定张力设定，机组运行165mpm速度，该张力辊组最终输出电流应为I_CACULATE＝I_COMPENSION+I_MECHLOSS＝25.3+32.3＝57.6A 

针对图2，根据现场实际使用情况，设置调节范围参数β＝2A，即当实际电流反馈I_ACT与I_CACULATE偏差I_BIAS在-2A至+2A范围内不进行调节，当超出偏差范围时，才进行调节；对辅助辊补偿增量设定为α＝0.01mpm，即当需对辅助辊速度进行自动调整时，以0为初始值，按0.01mpm的增量进行递增或递减调节；对限幅设定上、下限为〔-2.5，2.5〕，即叠加至辅助辊的附加速度最多在+/-2.5mpm范围。 

考虑到理想状况，电流实际反馈I_ACT应趋近于I_CACULATE，即I_BIAS趋近于零；按本实施例中的设定范围，当其差值在-2A至+2A范围内，辅助辊不进行速度自动调节； 

当出现张力辊组打滑情况时，此时电流实际反馈小于I_CACULATE(即张 力辊组入口侧实际张力小于设定张力)，当I_BIAS大于2A时，通过附图2中的自动调节功能进行调节，按0.01的增量进行递减调节，直至达到下限幅-2.5mpm，此部分N_ADD叠加至张力辊组入口各辅助辊速度给定回路中，使各辅助辊速度偏慢并使辅助辊与张力辊组间张力逐渐增大，直至使张力辊组负荷(即张力辊组实际电流反馈)逐渐趋近于理论电流推算值I_CACULATE系统才停止调节。同样，当张力辊组出现负荷变大情况(即张力辊组入口侧实际张力大于设定张力)，此时电流实际反馈大于I_CACULATE，当I_BIAS小于-2A时，通过附图2中的自动调节功能进行调节，按0.01的增量进行递增调节，直至达到上限幅2.5mpm，此部分附加速度N_ADD叠加至张力辊组入口各辅助辊速度给定回路中，使各辅助辊速度偏快并使辅助辊与张力辊组间张力逐渐减小，直至使张力辊组负荷(即张力辊组实际电流反馈)逐渐趋近于I_CACULATE系统才停止调节。 

图5是某机组辅助辊速度采用本发明的自动调速后，张力辊组实际张力与辅助辊速度补偿曲线。当实际张力T_ACT大于设定张力T_SET且超过允许偏差范围时，此时N_ADD大于零，在叠加在N_MASETR后，使N_REF大于机组速度，通过调节，使辅助辊与张力辊组间张紧力逐渐变小，并逐渐趋近于T_SET。当T_ACT达到T_SET允许偏差范围时，此时N_ADD等于零。当T_ACT小于T_SET且超过允许偏差范围时，此时N_ADD小于零，在叠加在N_MASETR后，使N_REF小于机组速度，通过调节，使辅助辊与张力辊组间张紧力逐渐变大，并逐渐趋近于T_SET。 

综上所述，通过本发明能够实现通过辅助辊速度自动调节来达到稳定张力的目的。

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 (7)

1.一种冷轧工艺段辅助辊自动调速方法，其特征在于：

包括以下步骤：

A.根据电力拖动理论学，计算出张力辊组达到设定张力时，各电机所应输出的电流值I_COMPENSION；

B.计算出该张力辊组在设定速度下克服机械损失的各电机电流输出值I_MECHLOSS；

C.计算出该张力辊组在达到设定张力和设定速度时，各电机的理论输出电流总和I_CACULATE；

D.根据电流值实际反馈值I_ACT，计算出电流偏差值I_BIAS；

E.根据I_BIAS进行以下辅助辊的速度调节：

当I_BIAS在调节允许的设定范围内时，控制辅助辊仍按当前速度主给定值进行运行；

当I_BIAS超出调节允许的设定范围时，控制辅助辊以α为单位增量进行辅助辊速度的递增或递减调节，直至I_BIAS达到允许的设定范围内。

2.如权利要求1所述的冷轧工艺段辅助辊自动调速方法，其特征在于：

在步骤A中，所述的I_COMPENSION的计算公式如下：

$I_{\mathrm{COMPENSION}}=\frac{T_{\mathrm{DIFFERENCE}}\×N}{6120}\×\frac{\mathrm{\Σ}{I}_{\mathrm{TOTAL}}}{\mathrm{\Σ}{P}_{\mathrm{TOTAL}}}$

式中，T_DIFFERENCE为：张力辊组前、后张力设定差值；

N为：张力辊组速度；

∑I_TOTAL为：该张力辊组所有电机的额定电流之和；

∑P_TOTAL为：该张力辊组所有电机的功率之和。

3.如权利要求1所述的冷轧工艺段辅助辊自动调速方法，其特征在于：

在步骤B中，所述的I_MECHLOSS通过以下方法得到：

对该张力辊组在空载时以10％速度为间距，测定在相应速度下该张力辊组各辊的相应机械损失，以此确定出该张力辊组在相应速度下克服机械损失的各电机电流输出值，通过描点法推算出该张力辊组在设定速度下克服机械损失的各电机电流输出值I_MECHLOSS。

4.如权利要求1所述的冷轧工艺段辅助辊自动调速方法，其特征在于：

在步骤C中，所述的I_CACULATE的计算公式如下：

I_CACULATE＝I_COMPENSION+I_MECHLOSS。

5.如权利要求1所述的冷轧工艺段辅助辊自动调速方法，其特征在于：

在步骤D中，所述的I_BIAS的计算公式如下：

I_BIAS＝I_CACULATE-I_ACT。

6.如权利要求1所述的冷轧工艺段辅助辊自动调速方法，其特征在于：

在步骤E中，所述的设定范围为-β～+β，其中β的取值为∑I_TOTAL×1％。

7.如权利要求1所述的冷轧工艺段辅助辊自动调速方法，其特征在于：

在步骤E中，所述的单位增量α的取值为0.01米/分钟。

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