CN103984870B - 一种先进的冷轧机板形辊包角确定方法 - Google Patents
一种先进的冷轧机板形辊包角确定方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种先进的冷轧机板形辊包角确定方法，即通过轧机与板形辊的水平/垂直距离值以及轧机实际压上（或压下）量等参数计算板形辊的前包角值、利用板形辊和卷取机的增量式编码器计算卷取机的卷取直径值，将计算的卷取直径值进行平均化和线性化处理，通过卷取机与板形辊的水平/垂直距离以及卷取机卷取直径值等参数计算板形辊的后包角值。本发明方法利用较少的电气设备实现板形辊包角的实时计算，提高了带钢与板形辊包角的计算精度，解决了生产过程中板形辊包角计算误差过大导致板形检测失真的问题，并最终达到提高板形控制质量的目的。
Description
技术领域
本发明涉及电气控制领域，尤其涉及一种冷轧机板形辊包角确定方法。
背景技术
目前，先进的冷轧机组一般会配备板形检测设备来进行板形的在线测量，以提高带钢产品的板形控制效果。接触式板形仪是目前在冷轧生产线上应用最多的板形检测设备，它由安装有若干压力传感器件的板形辊和板形控制系统构成。板形辊安装在冷轧机出口的带钢之下，生产时被带钢紧紧包裹，实时检测带钢对不同部位传感器的径向压力，依据带钢内部张应力与带钢对板形辊径向压力之间的物理关系换算出带钢横向不同部位的内部张应力的大小，进而得到轧机出口带钢的板形分布值。将测量的板形分布值送入板形控制系统计算出轧机板形控制机构的调节量，完成冷轧机带钢板形的闭环控制。
在进行径向压力到内部张应力转换时，需要使用带钢对板形辊的包角值。对于在板形辊与卷取机之间安装有导向辊的生产线，板形辊的包角值是恒定不变的；对于板形辊和卷取机之间没有配备导向辊的生产线，带钢对板形辊的包角会随着生产的进行而发生变化。目前，对于板形辊包角的测量没有更好的办法，只能通过影响板形辊包角的相关参数进行计算。
未安装导向辊的生产线中，卷取机上钢卷直径的变化是影响板形辊包角最重要的因素。工程中已有几种典型的卷取直径计算方法：其中基于外部测量设备的卷径计算方法可以得到高精度、连续的卷取直径值，但是由于需要设置直径测量设备，增加了工程投资成本，且增加了设备维护量，所以在冷轧机项目中很少使用；利用带钢厚度可以实现基于理论的卷取直径计算，但是这种方法忽略了带钢厚度的变化以及带钢卷绕过程中间隙的存在，导致卷取直径计算误差偏大，无法满足高精度的板形测量的需求。
申请号为201210292700.3的中国专利公开了一种冷轧带钢板形辊包角在线计算方法，其特征在于利用卷取机前的激光测速仪实时计算带钢卷取直径，利用该带钢卷取直径计算板形辊包角。该专利仅考虑到卷取机卷取直径变化对板形辊包角的影响，而忽略了轧机轧制线变化对板形辊包角的影响，利用该专利进行板形辊包角计算的精度难以保证；该专利技术对卷取直径的计算依赖于激光测速仪，而随着轧机控制技术的发展，再加上减少投资成本的考虑，越来越多的冷轧机在卷取机前不再配置激光测速仪，因此该专利技术对这些轧机生产线无法实施；该专利技术周期性地计算卷取直径，计算出的数值会呈现间断跳跃，利用该值计算出的板形辊包角变化也会不连续，最终会导致板形测量精度的降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种先进的冷轧机板形辊包角确定方法，能大大提高板形辊包角计算的精度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种先进的冷轧机板形辊包角确定方法，包括以下步骤：
1)计算带钢与板形辊前包角的大小：利用轧机机架实际压上或压下量与压上或压下位置零点计算水平轧制线的变化，利用轧机与板形辊的水平/垂直距离、水平轧制线的变化量计算板形辊前包角值的大小；
2)利用板形辊和卷取机的增量式编码器计算卷取机卷取直径值；
3)根据卷取机的卷取直径值计算带钢与板形辊后包角的大小：利用板形辊与轧机的水平/垂直距离和卷取机的卷取直径计算带钢与板形辊后包角的大小。
按上述方案，所述步骤2)中卷取直径值的计算采用以下公式：
D＝d×Δn1/Δn2
式中，D为卷取机的实时卷取直径；d为板形辊的直径；Δn1为该段时间内板形辊旋转的圈数；Δn2为该段时间内卷取机旋转的圈数；
其中Δn2需满足：
式中：T为程序扫描周期；Vmax为机组最高运行速度；Dmin为卷取机上钢卷最小外径。
按上述方案，所述步骤2)还包括卷取直径值的处理步骤：
2.1)对卷取直径值进行平均化处理；
2.2)将平均化处理后的卷取直径值进行线性化处理。
按上述方案，所述步骤2.1)中平均化处理采用以下公式：
D′＝((D1+D2+…+Dn))/n+DΔ
其中，D′为平均化处理后的钢卷直径；D1…Dn为近n个计算周期的卷取直径计算值；n为平均计算的周期值；DΔ为卷取直径附加值，DΔ＝(n-1)×h×NR，h为带钢厚度；NR为决定计算周期的卷取机旋转圈数值。
按上述方案，所述步骤2.2)中线性化处理采用以下公式：
D″n为当前程序扫描周期的卷取直径线性化输出值；D″n-1为前一程序扫描周期的卷取直径线性化输出值；D′为当前计算周期的卷取直径平均值；N为一个计算周期内的卷取机旋转实时圈数值(0～NR)；NR为决定计算周期的卷取机旋转圈数值；D″Δ为线性化卷取直径附加值：h为带钢厚度。
本发明产生的有益效果是：1、本发明具有良好的通用性，适用于所有轧机类型，例如CVC型、UCM型、森基米尔轧机、森德威轧机、四辊/六辊/多辊轧机等，且适用于所有轧机生产线，例如单机架可逆轧机、双机架可逆/连续轧机、多机架连轧机等；
2、本发明与现有技术相比，利用更少的而且是机组必不可少的电气设备实现板形辊包角计算，减少机组投资建设成本；
3、本发明充分考虑轧机机组中影响板形辊包角的因素，使得板形辊包角计算的精度大大提高；
4、在卷取直径计算中加入了平均化和线性化处理，减少测量误差带来的影响，得到更平稳和平滑的计算值，使最后包角值的计算结果更加真实有效；
5、本发明在不增加任何硬件设备的情况下计算获得高精度的冷轧机板形辊包角值，有效解决了冷轧机生产过程中由于带钢与板形辊的包角实时变化而导致板形测量出现偏差，并最终导致板形控制效果下降的问题。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是六辊轧机板形辊包角示意图；
图2是二十辊轧机板形辊包角示意图；
图3是本发明实施例利用上机架压下量计算水平轧制线示意图；
图4是本发明实施例利用板形辊和卷取机的增量式编码器计算卷取直径示意图；
图5是本发明实施例上卷取板形辊后包角计算示意图；
图6是本发明实施例下卷取板形辊后包角计算示意图；
图7是本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图7所示，本发明提供的板形辊包角确定方法，是一种先进的高精度冷轧机板形辊包角确定方法，具体如下：
如图1、图2所示，带钢经过轧机工作辊、绕过板形辊，最终卷绕到卷取机上。板形辊固定安装在生产线上，而且板形辊表面采用耐磨损的高强度合金钢，因此可以认为板形辊水平上切线位置固定不变。随着生产的进行，轧机轧辊磨损严重，水平轧制线上升或下降，导致板形辊前带钢的包角变小或变大；卷取机卷绕带钢，卷取直径不断变大，导致板形辊后带钢的包角不断变化。这些变化都对带钢与板形辊的包角产生影响，因此，必须对轧机和卷取机对板形辊包角产生的影响分别进行计算。
图中参数说明如下：
α为带钢与板形辊的后包角；β为带钢与板形辊的前包角；d为板形辊的直径；D为卷取机的卷取直径；V1为水平轧制线与板形辊水平上切线间的垂直距离；H1为板形辊与轧机垂直中心线间的距离；V2为板形辊与卷取机水平中心线间的距离；H2为板形辊与卷取机垂直中心线间的距离；h为出口带钢的厚度；V为压下零点的位置值；V′为实际压下的位置值。
一.带钢与板形辊前包角的计算：
从图1和图2可以看出，带钢与板形辊前包角的大小由距离值H1和V1决定，其计算公式为：
式中：β为带钢与板形辊的前包角；V1为水平轧制线与板形辊水平上切线间的垂直距离；H1为板形辊与轧机垂直中心线间的距离。
板形辊是固定辊，轧机机架不能前后移动，因此距离H1是固定值。板形辊水平上切线位置固定，那么，带钢与板形辊前包角的大小就由轧机水平轧制线的高度值决定。
无论是四辊、六辊或是多辊轧机，无论是上机架压下或是下机架压上的轧机，其水平轧制线均由固定机架决定。固定机架通过斜楔上下移动，完成对水平轧制线的高度调整。每次调整完成时，水平轧制线与板形辊水平上切线间的垂直距离V1是固定值。固定机架调整完成后，会对压下或压上机架的位置进行重新标定，以确定压下或压上零点。
随着生产的进行，轧辊磨损加剧，下机架固定的轧机的水平轧制线下降，上机架固定的轧机的水平轧制线上升，导致V1发生变化。如图3所示，V1的变化量ΔV1可以利用生产过程中压下机架的压下量或压上机架的压上量进行计算，其计算公式如下：
式中：ΔV1为距离值V1的补偿值；V为压下或压上零点的位置值；V′为实际压下或压上的位置值；h为出口带钢厚度。
那么，带钢与板形辊前包角的计算公式就为：
其中：‘+’为上机架压下轧机/‘-’为下机架压上轧机。
二.卷取机的卷取直径带钢与板形辊后包角的计算：
从图1和图2可以看出，带钢与板形辊后包角的大小由距离值H2、V2、板形辊直径d和卷取直径D决定。其中距离值H2和V2为固定值，板形辊直径d也可以认为不变，那么，得到卷取机的卷取直径D就能计算出板形辊后包角的大小。
卷取机和板形辊均由电机驱动，为了进行精确的速度闭环控制，电机轴端都装有增量式编码器检测电机实际转速。利用板形辊和卷取机的增量式编码器可以精确地计算卷取机的卷取直径，进而计算出板形辊后包角的大小，其计算过程如下：
1.利用增量式编码器计算卷取直径
如图4所示，在生产过程中，带钢建张，轧机到卷取机的带钢同属于一段张力控制。带钢绕过板形辊卷绕到卷取机上，带钢与板形辊的包角较大，保证了高速生产时板形辊与带钢之间不会发生滑动，确保板形测量的准确。那么，可以认为建张生产过程中，板形辊始终与卷取机同步运行，即经过板形辊辊面的带钢长度等于卷取机卷绕的带钢长度。
在已知减速比和编码器每转脉冲数的情况下，通过读取编码器脉冲可以分别计算出卷取机和板形辊所转过的圈数，其计算公式如下：
n＝I/(N×i)
式中：n为卷取机或板形辊旋转的圈数；I为一定时间内累加的编码器脉冲数；N为卷取机或板形辊电机旋转一圈编码器发出的脉冲数；i为变速箱齿轮比。
在一定时间内，卷取机卷绕的带钢长度与通过板形辊辊面的带钢长度一致，即π×d×Δn1＝π×D×Δn2，那么，卷取机的卷取直径计算如下：
D＝d×Δn1/Δn2
式中：D为卷取机的实时卷取直径；d为板形辊的直径；Δn1为该段时间内板形辊旋转的圈数；Δn2为该段时间内卷取机旋转的圈数。
板形辊的直径d理论上保持不变。由上式分析可知，在连续生产过程中，当卷取机旋转过一定圈数Δn2时，通过计算板形辊在同时间内旋转过的圈数Δn1就可以计算出当前的卷取直径D，因此将卷取机旋转过某一固定圈数作为计算周期。由于卷取机通常将带钢卷绕成一个不规则的圆形(椭圆形)，因此不能将钢卷整个外圆周划分成多个区域(例如0.3圈)，每个区域作为一个计算周期，而应当选择旋转整数圈作为计算周期。
为了保证计算的连续和稳定，在选取卷取机钢卷外径的计算周期时通常要综合考虑机组最高运行速度、卷取机上钢卷最小外径、程序扫描周期等因素，要求一个计算周期必须至少持续10到15个程序扫描周期，即Δn2必须满足：
式中：T为程序扫描周期[ms]；Vmax为机组最高运行速度[m/min]；Dmin为卷取机上钢卷最小外径[m]。
2.平均化处理
在计算过程中，测量误差(例如板形辊偶尔发生的带钢滑动，增量式编码器脉冲信号偶尔丢失等)的出现会导致卷取机钢卷直径计算值产生波动。为了减少测量误差带来的影响，对近n(5～15)个计算周期的钢卷直径计算值进行一个平均化处理，产生一个更平稳的输出。
D′＝((D1+D2+…+Dn))/n+DΔ
式中：D′为平均化处理后的钢卷直径；D1…Dn为近n个计算周期的卷取直径计算值；n为平均计算的周期值(5～15)。
卷取直径平均化处理的缺点是卷取直径平均值较卷取直径实际值存在滞后。为了对该滞后进行补偿，将一个附加的卷取直径理论值累加到卷取直径平均值中。该卷取直径附加值基于带钢厚度计算得到，计算公式为
DΔ＝(n-1)×h×NR
式中：DΔ为平均化卷取直径附加值；n为平均计算的周期值(5～15)；h为带钢厚度；NR为决定计算周期的卷取机旋转圈数值。
3.线性化处理
因为每个计算周期计算一次卷取直径，导致输出的卷取直径值要么长时间不变，要么以大约(2×NR)倍带钢厚度值的幅度突变。对卷取直径平均值进行线性化处理，使最终的卷取直径输出为一个平滑、连续变化的数值。线性化处理函数如下：
其中：D″n为当前程序扫描周期的卷取直径线性化输出值；D″n-1为前一程序扫描周期的卷取直径线性化输出值；D′为当前计算周期的卷取直径平均值；N为一个计算周期内的卷取机旋转实时圈数值(0～NR)；NR为决定计算周期的卷取机旋转圈数值。
在线性化处理中使用到了延时处理，这也会导致卷取直径的滞后，必须累加一个附加卷取直径值到线性化卷取直径输出中，该卷取直径附加值也是基于带钢厚度计算得到：
式中：D″Δ为线性化卷取直径附加值；N为一个计算周期内的卷取机旋转实时圈数值(0～NR)；NR为决定计算周期的圈数值；h为带钢厚度。
三.带钢与板形辊后包角的计算：
通过步骤二中的1、2、3计算出的卷取直径是一个平滑、连续的数值，反映了卷取机实际卷取直径的变化。如图5和图6所示，通过该值可以计算出板形辊后包角的大小，对于上卷取的卷取机其计算公式如下：
对于下卷取的卷取机其计算公式如下：
其中：α为带钢与板形辊的后包角；d为板形辊的直径；D为卷取机的卷取直径；V2为板形辊与卷取机水平中心线间的距离；H2为板形辊与卷取机垂直中心线间的距离。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种先进的冷轧机板形辊包角确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)计算带钢与板形辊前包角的大小：利用轧机机架实际压上或压下量与压上或压下位置零点计算水平轧制线的变化，利用轧机与板形辊的水平/垂直距离、水平轧制线的变化量计算板形辊前包角值的大小；
2)利用板形辊和卷取机的增量式编码器计算卷取机卷取直径值；
3)根据卷取机的卷取直径值计算带钢与板形辊后包角的大小：利用板形辊与轧机的水平/垂直距离和卷取机的卷取直径计算带钢与板形辊后包角的大小；
所述步骤2)中卷取直径值的计算采用以下公式：
D＝d×Δn1/Δn2
式中，D为卷取机的实时卷取直径；d为板形辊的直径；Δn1为该段时间内板形辊旋转的圈数；Δn2为该段时间内卷取机旋转的圈数；
其中，该段时间是卷取机旋转Δn2圈所需的时间；
其中Δn2需满足：
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</mrow>
式中：T为程序扫描周期；Vmax为机组最高运行速度；Dmin为卷取机上钢卷最小外径。
2.根据权利要求1所述的包角确定方法，其特征在于，所述步骤2)还包括卷取直径值的处理步骤：
2.1)对卷取直径值进行平均化处理；
2.2)将平均化处理后的卷取直径值进行线性化处理。
3.根据权利要求2所述的包角确定方法，其特征在于，所述步骤2.1)中平均化处理采用以下公式：
D′＝(D1+D2+…+Dn)/n+DΔ
其中，D′为平均化处理后的钢卷直径；D1…Dn为近n个计算周期的卷取直径计算值；n为平均计算的周期值；DΔ为平均化卷取直径附加值，DΔ＝(n-1)×h×NR，h为带钢厚度；NR为决定计算周期的卷取机旋转圈数值。
4.根据权利要求3所述的包角确定方法，其特征在于，所述步骤2.2)中线性化处理采用以下公式：
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D″n为当前程序扫描周期的卷取直径线性化输出值；D″n-1为前一程序扫描周期的卷取直径线性化输出值；D'为当前计算周期的卷取直径平均值；N为一个计算周期内的卷取机旋转实时圈数值；NR为决定计算周期的卷取机旋转圈数值；D″Δ为线性化卷取直径附加值：h为带钢厚度。
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| CN103984870A (zh) | 2014-08-13 |
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