CN104338756B - 保证处理线上带钢张力稳定的张力辊控制方法 - Google Patents

保证处理线上带钢张力稳定的张力辊控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种保证处理线上带钢张力稳定的张力辊控制方法，步骤如下：1)PLC接收处理线上运行带钢的屈服强度和厚度参数；2)根据前述参数设定PLC的张力辊力矩控制参数Qn；3)当处理线上带钢恒速运行时，通过将调节系数A设定为最小值控制张力辊力矩控制器；当带钢处于加减速时，调大所有张力辊力矩控制器调节系数A；当处于加减速的带钢加速度超过加速度变化死区范围时，将所有张力辊力矩控制器调节系数A设为最大值。本发明能够保证张力辊张力稳定、避免张力振荡对产品质量影响，可广泛应用于带钢生产技术领域。

Description

保证处理线上带钢张力稳定的张力辊控制方法
技术领域
本发明涉及带钢生产技术领域，具体地指一种保证处理线上带钢张力稳定的张力辊控制方法。
背景技术
随着高强钢品种的开发，处理线在生产轧制厚规格高强钢时,由于张力辊调节控制与张力辊机械系统不匹配，致使处理线上张力辊间带钢张力出现振荡现象，造成带钢产品质量差，严重时会导致停机废钢，严重影响处理线生产的正常进行，带来很大的经济损失。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种保证张力辊张力稳定、避免张力振荡对产品质量影响的保证处理线上带钢张力稳定的张力辊控制方法。
为实现上述目的，本发明所设计的保证处理线上带钢张力稳定的张力辊控制方法，包括如下步骤：1)PLC(Programmable LogicController可编程逻辑控制器)接收处理线上运行带钢的屈服强度和厚度参数；2)根据前述参数设定PLC的张力辊力矩控制器的输出Qn：Qn＝Qn-1+A*GAIN*(T0/Tn)*(DEVn+DEVn-1)/2，其中，Qn：为采样时刻n的张力辊力矩控制器的输出，Qn-1：为采样时刻n-1的张力辊力矩控制器的输出，T0：程序扫描时间，Tn：积分时间，GAIN：增益比例系数，A：张力辊力矩控制器调节系数，DEVn：为采样时刻n的张力辊力矩差Nm，所述力矩差Nm＝给定力矩-实际力矩，DEVn-1：为采样时刻n-1的张力辊力矩差Nm，所述力矩差Nm＝给定力矩-实际力矩；3)当处理线上带钢恒速运行时，通过将张力辊力矩控制器调节系数A设定为最小值控制张力辊力矩控制器；当带钢处于加减速时，调大所有张力辊力矩控制器调节系数A；当处于加减速的带钢加速度超过加速度变化死区范围时，将所有张力辊力矩控制器调节系数A设为最大值。
作为优选方案，所述步骤3)中，当带钢处于加减速时，越靠近中段活套的张力辊力矩控制器调节系数A取值越小，而越接近开卷机前段和卷取机后段的张力辊力矩控制器调节系数A取值越大，分别与开卷机的前段和卷取机的后段对应的张力辊力矩控制器调节系数A取值最大。
进一步地，所述步骤3)中，张力辊力矩控制器调节系数A的取值范围为0.7-1。
再进一步地，所述步骤3)中，张力辊共有七个，分别为依次排列的1#张力辊、2#张力辊、4#张力辊、5#张力辊、6#张力辊、8#张力辊和9#张力辊，其中，1#张力辊靠近开卷机，9#张力辊靠近卷取机，5#张力辊靠近中段的活套；当处理线上带钢恒速运行时，七个张力辊调节系数A设定为最小值为0.7；当带钢处于加减速时，5#张力辊对应的张力辊力矩控制器调节系数A为0.75，分别与1#张力辊和9#张力辊对应的张力辊力矩控制器的调节系数A取值为1，2#张力辊和8#张力辊对应的张力辊力矩控制器调节系数A取值为0.9，4#张力辊和6#张力辊对应的张力辊力矩控制器调节系数A取值为0.8；带钢加速度超过加速度变化死区范围时，将张力辊力矩控制器调节系数A设为1。
还进一步地，所述步骤3)中，越靠近中段活套的张力辊力矩控制器的加速度变化死区范围取值越大，而越接近开卷机前段和卷取机后段的张力辊力矩控制器的加速度变化死区范围取值越小，分别与开卷机前段和卷取机后段对应的张力辊力矩控制器的加速度变化死区范围取值最小，与中段活套对应的张力辊力矩控制器的加速度变化死区范围取值最大。
更进一步地，加速度变化死区范围为0.02m/s2-0.08m/s2。
更进一步地，所述步骤2)中，Qn和Qn-1的输出范围是0-1，T0程序扫描时间为1-15ms，Tn积分时间为5-15s，GAIN增益比例系数为9*10-6-18*10-6。
本发明的工作原理是这样的：根据处理线上带钢屈服强度(大于400N/mm2)和成品厚度(大于2mm)，做为对应的厚规格高强钢的判断处理标志。再根据带钢的跟踪信号完成逻辑连锁功能，从而满足张力辊自动控制要求。
正常情况下除区域主速度张力辊外的其余七个张力辊的控制为力矩控制，它能解决带钢张力调节的技术控制问题。针对厚规格高强钢的张力辊力矩控制器由PLC控制，实现了调节系数引导的带钢张力自动控制，通过改变张力辊力矩控制器调节系数A的大小，实现张力辊力矩控制器与机械系统之间的控制匹配，满足了带钢控制工艺要求。通过计算和实际调试，确定了除区域主速度张力辊外的张力辊力矩的控制参数。
除区域主速度张力辊外的张力辊力矩控制器的输出Qn算法如下:
Qn＝Qn-1+A*GAIN*(T0/Tn)*(DEVn+DEVn-1)/2，
其中，
Qn：为采样时刻n的张力辊力矩控制器的输出(0-1)，
Qn-1：为采样时刻n-1的张力辊力矩控制器的输出(0-1)，
T0：程序扫描时间(1-15ms)，
Tn：积分时间(5-15s)，
GAIN：增益比例系数(9*10-6-18*10-6)，
A：张力辊力矩控制器调节系数(0.7-1)，
DEVn：为采样时刻n的张力辊力矩差Nm，所述力矩差Nm＝给定力矩-实际力矩，
DEVn-1：为采样时刻n-1的张力辊力矩差Nm，所述力矩差Nm＝给定力矩-实际力矩。
张力辊传动装置根据PLC控制芯片传来的张力辊力矩控制器调节系数A调整张力辊的力矩输出，从而调整处理线上张力辊间带钢张力的大小，保证了处理线上带钢张力的稳定。
在设定张力辊力矩控制器调节系数A时，需考虑以下两个方面：
1、逻辑关系：
当处理线上带钢恒速运行时，张力辊正常控制，将张力辊力矩控制器调节系数A设定为最小值0.7。当处理线上带钢处于加减速状态且加速度超过加速度变化死区范围时，将所有张力辊力矩控制器调节系数A设为最大值“1”，从而改变张力辊的力矩控制，既确保了张力辊的正常控制，又同时解决了加减速时张力振荡问题，并保证了带钢产品质量。加速度变化死区范围根据设备特性具体调试确定。
2、张力辊力矩控制器调节系数A设定：
张力辊力矩控制器调节系数A在带钢恒速运行时取值为0.7，当带钢处于加减速时，调大所有张力辊力矩控制器调节系数A，其中，越靠近中段活套的张力辊力矩控制器调节系数A取值越小，而越接近开卷机前段和卷取机后段的张力辊力矩控制器调节系数A取值越大，分别与开卷机的前段和卷取机的后段对应的张力辊力矩控制器调节系数A取值最大，每个张力辊对应的张力辊力矩控制器调节系数A具体数值取决于张力辊传动设备和张力辊各自的特性；加速度变化死区范围可根据情况选择确定，一般越靠近中段活套的张力辊力矩控制器的加速度变化死区范围取值越大，而越接近开卷机前段和卷取机后段的张力辊力矩控制器的加速度变化死区范围取值越小，分别与开卷机前段和卷取机后段对应的张力辊力矩控制器的加速度变化死区范围取值最小，与中段活套对应的张力辊力矩控制器的加速度变化死区范围取值最大，具体数值需要结合设备工艺调试确定，参考范围为0.02m/s2-0.08m/s2。
综上所述，本发明的优点在于：
1、在生产厚规格高强钢时，实现了张力辊自动控制，解决了处理线上张力辊间出现的张力振荡等问题，减少了异常停机时间。
2、确保了张力辊的控制正常，不仅保证了加减速时张力辊的控制，而且也确保了稳态时张力辊的自动控制，避免了由于张力振荡对机械设备的损坏；并大大降低了由于加减速时张力振荡现象造成的产品质量问题，合理解决了张力辊控制的快速性与稳定性的关系，保证了对张力辊的正常控制。
3、减少了故障时间，提高了产品合格率。
附图说明
图1为本发明保证处理线上带钢张力稳定的张力辊控制方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
参见图1，本发明保证处理线上带钢张力稳定的张力辊控制方法，包括如下步骤：
1)PLC接收处理线上运行带钢的屈服强度和厚度参数；
2)根据前述参数设定PLC的张力辊力矩控制器的输出Qn：
Qn＝Qn-1+A*GAIN*(T0/Tn)*(DEVn+DEVn-1)/2，
其中，
Qn：为采样时刻n的张力辊力矩控制器的输出(0-1)，
Qn-1：为采样时刻n-1的张力辊力矩控制器的输出(0-1)，
T0：程序扫描时间(1-15ms)，
Tn：积分时间(5-15s)，
GAIN：增益比例系数(9*10-6-18*10-6)，
A：张力辊力矩控制器调节系数(0.7-1)，
DEVn：为采样时刻n的张力辊力矩差Nm，所述力矩差Nm＝给定力矩-实际力矩，
DEVn-1：为采样时刻n-1的张力辊力矩差Nm，所述力矩差Nm＝给定力矩-实际力矩；
3)当处理线上带钢恒速运行时，通过将调节系数A设定为最小值控制张力辊力矩控制器；当带钢处于加减速时，调大所有张力辊力矩控制器调节系数A；当处于加减速的带钢加速度超过加速度变化死区范围时，将所有张力辊力矩控制器调节系数A设为最大值。
其中，所述步骤3)中，当带钢处于加减速时，越靠近中段活套的张力辊力矩控制器调节系数A取值越小，而越接近开卷机前段和卷取机后段的张力辊力矩控制器调节系数A取值越大，分别与开卷机的前段和卷取机的后段对应的张力辊力矩控制器的调节系数A取值最大。在本实施例中，张力辊力矩控制器调节系数A的取值范围为0.7-1，具体调节数值如下：除区域主速度张力辊外的张力辊共有七个，分别为依次排列的1#张力辊、2#张力辊、4#张力辊、5#张力辊、6#张力辊、8#张力辊和9#张力辊，由于3#张力辊和7#张力辊均为区域主速度张力辊，所以不在本发明的考虑范围之内，其中，1#张力辊靠近开卷机，9#张力辊靠近卷取机，5#张力辊靠近中段的活套；当处理线上带钢恒速运行时，七个张力辊张力辊力矩控制器调节系数A设定为最小值为0.7；当带钢处于加减速时，5#张力辊对应的张力辊力矩控制器调节系数A为0.75，分别与1#张力辊和9#张力辊对应的张力辊力矩控制器调节系数A取值为1，2#张力辊和8#张力辊对应的张力辊力矩控制器调节系数A取值为0.9，4#张力辊和6#张力辊对应的张力辊力矩控制器调节系数A取值为0.8；带钢加速度超过加速度变化死区范围时，将张力辊力矩控制器调节系数A设为1。具体参见表1。
表1生产厚规格高强钢时张力辊力矩控制器调节系数A设定数据
所述步骤3)中，越靠近中段活套的张力辊力矩控制器的加速度变化死区范围取值越大，而越接近开卷机前段和卷取机后段的张力辊力矩控制器的加速度变化死区范围取值越小，分别与开卷机前段和卷取机后段对应的张力辊力矩控制器的加速度变化死区范围取值最小，与中段活套对应的张力辊力矩控制器的加速度变化死区范围取值最大。在本实施例中，加速度变化死区范围为0.02m/s2-0.08m/s2。
本发明的工作原理如下所述：根据处理线上带钢屈服强度(大于400N/mm2)和成品厚度(大于2mm)，做为对应的厚规格高强钢的判断处理标志。再根据带钢的跟踪信号完成逻辑连锁功能，从而满足张力辊自动控制要求。
正常情况下除区域主速度张力辊外的其余七个张力辊的控制为力矩控制，它能解决带钢张力调节的技术控制问题。针对厚规格高强钢的张力辊力矩控制器由PLC控制，实现了张力辊力矩控制器调节系数A引导的带钢张力自动控制，通过改变张力辊力矩控制器调节系数A的大小，实现张力辊力矩控制器与机械系统之间的控制匹配，满足了带钢控制工艺要求。通过计算和实际调试，确定了除区域主速度张力辊外的张力辊力矩的控制参数。
除区域主速度张力辊外的张力辊力矩控制器的输出Qn算法如下:
Qn＝Qn-1+A*GAIN*(T0/Tn)*(DEVn+DEVn-1)/2，
其中，
Qn：为采样时刻n的张力辊力矩控制器的输出(0-1)，
Qn-1：为采样时刻n-1的张力辊力矩控制器的输出(0-1)，
T0：程序扫描时间(1-15ms)，
Tn：积分时间(5-15s)，
GAIN：增益比例系数(9*10-6-18*10-6)，
A：张力辊力矩控制器调节系数(0.7-1)，
DEVn：为采样时刻n的张力辊力矩差Nm，所述力矩差Nm＝给定力矩-实际力矩，
DEVn-1：为采样时刻n-1的张力辊力矩差Nm，所述力矩差Nm＝给定力矩-实际力矩。
张力辊传动装置根据PLC控制芯片传来的张力辊力矩控制器调节系数A调整张力辊的力矩输出，从而调整处理线上张力辊间带钢张力的大小，保证了处理线上带钢张力的稳定。
在设定张力辊力矩控制器调节系数A时，需考虑以下两个方面：
1、逻辑关系：
当处理线上带钢恒速运行时，张力辊正常控制，将张力辊力矩控制器调节系数A设定为最小值0.7。当处理线上带钢处于加减速状态且加速度超过加速度变化死区范围时，将所有张力辊力矩控制器调节系数A设为最大值“1”，从而改变张力辊的力矩控制，既确保了张力辊的正常控制，又同时解决了加减速时张力振荡问题，并保证了带钢产品质量。加速度变化死区范围根据设备特性具体调试确定。
2、张力辊力矩控制器调节系数A设定：
张力辊力矩控制器调节系数A在带钢恒速运行时取值为0.7，当带钢处于加减速时，调大所有张力辊力矩控制器调节系数A，其中，越靠近中段活套的张力辊力矩控制器调节系数A取值越小，而越接近开卷机前段和卷取机后段的张力辊力矩控制器调节系数A取值越大，分别与开卷机的前段和卷取机的后段对应的张力辊力矩控制器调节系数A取值最大，每个张力辊对应的张力辊力矩控制器调节系数A具体数值取决于张力辊传动设备和张力辊各自的特性；加速度变化死区范围可根据情况选择确定，一般越靠近中段活套的张力辊力矩控制器的加速度变化死区范围取值越大，而越接近开卷机前段和卷取机后段的张力辊力矩控制器的加速度变化死区范围取值越小，分别与开卷机前段和卷取机后段对应的张力辊力矩控制器的加速度变化死区范围取值最小，与中段活套对应的张力辊力矩控制器的加速度变化死区范围取值最大，具体数值需要结合设备工艺调试确定，参考范围为0.02m/s2-0.08m/s2。
本发明保证处理线上带钢张力稳定的张力辊控制方法所涉及到的控制装置如下：
本实施例的PLC采用科孚德公司HPC(High PerformanceController)高性能控制器，控制信号通道为CAN232。张力辊传动控制采用ALSPA MD2000，型号为：MD2000-029-205006。张力辊控制方法所涉算法程序计算出张力辊力矩控制值，该值通过点对点形式作用于张力辊传动电机上，最终通过对张力辊设备的控制实现处理线上带钢的张力调节。

Claims (7)

1.一种保证处理线上带钢张力稳定的张力辊控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)PLC接收处理线上运行带钢的屈服强度和厚度参数；
2)根据前述屈服强度和厚度参数设定PLC的张力辊力矩控制器的输出Qn：
Qn＝Qn-1+A*GAIN*(T0/Tn)*(DEVn+DEVn-1)/2，
其中，
Qn：为采样时刻n的张力辊力矩控制器的输出，
Qn-1：为采样时刻n-1的张力辊力矩控制器的输出，
T0：程序扫描时间，
Tn：积分时间，
GAIN：增益比例系数，
A：张力辊力矩控制器调节系数，
DEVn：为采样时刻n的张力辊力矩差Nm，所述力矩差Nm＝给定力矩-实际力矩，
DEVn-1：为采样时刻n-1的张力辊力矩差Nm，所述力矩差Nm＝给定力矩-实际力矩；
3)当处理线上带钢恒速运行时，通过将张力辊力矩控制器调节系数A设定为最小值控制张力辊力矩控制器；当带钢处于加减速时，调大所有张力辊力矩控制器调节系数A；当处于加减速的带钢加速度超过加速度变化死区范围时，将所有张力辊力矩控制器调节系数A设为最大值。
2.根据权利要求1所述的保证处理线上带钢张力稳定的张力辊控制方法，其特征在于：所述步骤3)中，当带钢处于加减速时，越靠近中段活套的张力辊力矩控制器调节系数A取值越小，而越接近开卷机前段和卷取机后段的张力辊力矩控制器调节系数A取值越大，分别与开卷机的前段和卷取机的后段对应的张力辊力矩控制器调节系数A取值最大。
3.根据权利要求2所述的保证处理线上带钢张力稳定的张力辊控制方法，其特征在于：所述步骤3)中，张力辊力矩控制器调节系数A的取值范围为0.7-1。
4.根据权利要求3所述的保证处理线上带钢张力稳定的张力辊控制方法，其特征在于：所述步骤3)中，张力辊共有七个，分别为依次排列的1#张力辊、2#张力辊、4#张力辊、5#张力辊、6#张力辊、8#张力辊和9#张力辊，其中，1#张力辊靠近开卷机，9#张力辊靠近卷取机，5#张力辊靠近中段的活套；当处理线上带钢恒速运行时，七个张力辊张力辊力矩控制器调节系数A设定为最小值为0.7；当带钢处于加减速时，5#张力辊对应的张力辊力矩控制器调节系数A为0.75，分别与1#张力辊和9#张力辊对应的张力辊力矩控制器调节系数A取值为1，2#张力辊和8#张力辊对应的张力辊力矩控制器调节系数A取值为0.9，4#张力辊和6#张力辊对应的张力辊力矩控制器调节系数A取值为0.8；带钢加速度超过加速度变化死区范围时，将张力辊力矩控制器调节系数A设为1。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的保证处理线上带钢张力稳定的张力辊控制方法，其特征在于：所述步骤3)中，越靠近中段活套的张力辊力矩控制器的加速度变化死区范围取值越大，而越接近开卷机前段和卷取机后段的张力辊力矩控制器的加速度变化死区范围取值越小，分别与开卷机前段和卷取机后段对应的张力辊力矩控制器的加速度变化死区范围取值最小，与中段活套对应的张力辊力矩控制器的加速度变化死区范围取值最大。
6.根据权利要求5所述的保证处理线上带钢张力稳定的张力辊控制方法，其特征在于：加速度变化死区范围为0.02m/s2-0.08m/s2。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的保证处理线上带钢张力稳定的张力辊控制方法，其特征在于：所述步骤2)中，Qn和Qn-1的输出范围是0-1，T0程序扫描时间为1-15ms，Tn积分时间为5-15s，GAIN增益比例系数为9*10-6-18*10-6。
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