CN104475461B - 一种在线带钢延伸率的复合测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线带钢延伸率的复合测量方法，该方法包括以下步骤：在平整机架前后分别安装与带钢接触的测长辊和非接触的激光测速仪；在带钢建立张力后，机组运行到延伸率有效测量速度和轧制力时，打开延伸率测量窗口；分别计算两种测量方式下的延伸率；根据两种测量方式下的线速度实际值与设定值的误差，利用误差筛选策略分别计算出两种测量方式下延伸率的动态权值；对两种测量方式下延伸率的动态权值进行指数平滑处理；将两种测量方式下的延伸率和动态权值，做加权平均值运算，得到复合延伸率。本发明可以根据测量精度要求灵活配置测长辊编码器和激光测速仪的数量，降低成本：有效减小测量误差，提高延伸率测量精度。

Description

一种在线带钢延伸率的复合测量方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种在线带钢延伸率的复合测量方法。

背景技术

在冷轧工艺中，冷轧并退火后的钢卷，通过平整能够提高带钢机械性能、改善带钢板形、调整带钢表面粗糙度。平整轧制实际是一种小压下率的二次冷轧，由于压下量很小，用测厚仪难以测量出平整机入、出口的带钢厚度偏差。所以平整轧制更侧重于带钢延伸率的控制，从而得到良好的板形和带钢表面质量。延伸率是平整轧制中控制带钢力学性能的唯一指标，其数值是根据钢种组织结构特性和最终用途来给定的，其大小和均匀程度直接影响带钢的平整质量和深加工性能，一般控制在3％以下。因此，真实、准确测量在线带钢的延伸率是平整轧制中至关重要的问题。

延伸率的定义是平整轧制前后带钢长度的变化率，其表达式为：

式中：μ为延伸率；L_entry为轧制前带钢长度；L_exit为轧制后带钢长度。

离线测量延伸率的方法是：在来料带钢标记1米带钢，经过轧制后，测量标记段长度，多用于延伸率校准或者质量检验阶段。在线带钢的延伸率测量更具有实际生产意义。

在传统的延伸率测量中，测长辊和激光测速仪这两种测量方式是独立存在的。

测长辊属于接触式测量，在与带钢接触的测量辊上安装脉冲编码器，成本低廉，测量精度取决于脉冲编码器的分辨率和安装精度，在较老的冷轧生产线被广泛应用，但以下三个因素是影响测量稳定性的主要因素：

1、接触面打滑；2、辊面磨损导致辊径变化；3、在低速、加减速时精度不高。

激光测速仪采用多普勒效应和激光干涉原理，属于非接触式测量，有效避免了接触式测量方式的打滑和辊径变化，如今广泛应用于新建处理线。但仪表对工作环境要求较高，易受乳化液、水雾影响，而且对带钢表面有一定要求，比如薄带钢未建张时，测速不准确。

两种测量方式各有优劣，分别采用长度和速度来计算延伸率，难以实现灵活配置。

高配置的生产线会采用测长辊编码器和激光测速仪的组合配置，一旦某种测量方式发生故障，只能停机后再切换至另一种测量方式，无法实现无扰切换。相应增加了操作人员的工作强度，降低了工作效率；此外，一旦某种测量方式发生故障，导致延伸率控制器输出达到限幅，可能会导致断带，从而增加事故处理难度和故障恢复时间，最终降低处理线单位时间内的产量。

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，提供一种在线带钢延伸率的复合测量方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种在线带钢延伸率的复合测量方法,包括以下步骤：

1)在平整机架前后分别安装与带钢接触的测长辊；在平整机架前后分别安装非接触的激光测速仪；

2)在带钢建立张力后，机组运行到延伸率有效测量速度和轧制力时，打开延伸率测量窗口；

3)通过高速计数器采集平整机架入、出口测长辊编码器脉冲，计算得到测长辊测得的平整机架入、出口带钢长度；

4)高速计数器采集平整机架入、出口激光测速仪脉冲，计算得到激光测速仪测得的平整机架入、出口带钢长度；

5)根据步骤3)和4)的结果分别计算两种测量方式下的延伸率；

6)根据两种测量方式下的线速度实际值与设定值的误差，利用误差筛选策略分别计算出两种测量方式下延伸率的动态权值；所述误差筛选策略包括：

(a)若测长辊与带钢接触面打滑时，其动态权值设为0，并提醒操作员注意；

(b)若测长辊辊径磨损时，将其动态权值变动范围变小，并提醒操作员注意；

(c)测长辊低速、加减速时，其动态权值暂时不变；

(d)若激光测速仪测速严重不准时，其动态权值为0，并提醒操作员注意；

(e)若激光测速仪测速不准时，其动态权值范围变小，并提醒操作员注意；

(f)若测长辊和/或激光测速仪测速在允许范围时，两者动态权值由两者线速度实际值与设定值的误差动态分配；

(g)按照以上策略，出现两者动态权值之和不为1，则策略失效，输出为0。

7)对两种测量方式下延伸率的动态权值进行指数平滑处理；

8)将两种测量方式下的延伸率和动态权值，做加权平均值运算，得到复合延伸率。

按上述方案，所述步骤2)和3)中计算平整机架入、出口带钢长度的具体过程如下：

高速计数器采集平整机架入、出口测长辊编码器脉冲，转换为转速，经过减速比、辊径换算成线速度，经过单位时间的积分，得到平整机架入、出口带钢长度；

高速计数器采集平整机架入、出口激光测速仪脉冲，转换为线速度，经过单位时间的积分，得到平整机架入、出口带钢长度。

按上述方案，所述单位时间t_unit由以下公式确定：

式中：t_unit为单位时间；L_unit为单位长度；V_set为平整轧制速度设定值。

按上述方案，所述单位时间的上下限幅根据控制器性能和控制精度要求确定。

按上述方案，指数平滑处理采用以下公式：

Y(t)＝X×(1-e^-t/T)

式中：Y(t)为t时刻平滑输出；X为需要平滑处理的值；T为平滑时间常数。

本发明产生的有益效果是：

一、可以根据测量精度要求灵活配置测长辊编码器和激光测速仪数量，降低成本：

采用本方法后，可以根据实际情况灵活配置延伸率的测量方式，比如平整机入口张力波动较大，测长辊辊径磨损频繁，适合采用激光测速仪，平整机出口张力稳定，可以仅采用测长辊。采用本发明所提供的技术方案，可以使得单机架冷轧处理线节省一台/套激光测速仪或测长辊编码器。

二、有效减小测长辊、激光测速仪的测量误差，提高延伸率测量精度：

采用本方法后，误差筛选策略计算出的动态权值充分考虑了测长辊打滑、辊径变化、加减速不稳定、激光测速仪信号毛刺等现象，有效减小了测量误差。该技术方案得到的复合延伸率在匀速时精度达到±0.08％，加减速时精度达到±0.15％。

三、可以避免两种测量方式中某一仪表故障导致停机，实现无扰切换，提高可用性：

在正常生产时，假如某一仪表发生故障，按照传统的测量方法，延伸率实际值可能达到最大限幅或最小限幅，而延伸率控制器输出的轧制力或张力调节量也会达到限幅，从而导致机组停机甚至断带。采用本发明所提供的技术方案后，任一种测量方式中的仪表发生故障，误差筛选策略会将这种测量方式的动态权值调整至极小值直至0，使得复合延伸率主要由另一种无故障的测量方式来计算得到，实现了两种测量方式的无扰切换，避免停机，提高带钢成材率和处理线的生产效率。

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是冷轧处理线单机架平整工艺布置示意图；

图2是在线带钢延伸率的复合测量方法流程示意图。

图中：1.平整机架；2.轧件-带钢；3.入口测长辊；4.出口测长辊；5.入口测长辊编码器；6.出口测长辊编码器；7.入口激光测速仪；8.出口激光测速仪。

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2所示，本发明提供的在线带钢延伸率的复合测量(计算)方法，具体是：带钢建立张力后，通过平整机架前后的测长辊和/或激光测速仪时，高速计数器采集测长辊编码器脉冲和/或激光测速仪的脉冲，得到带钢实际速度信号，计算出单位时间内通过的带钢长度，从而统一两种测量方式的计量单位，并根据延伸率定义分别计算出两种测量方式的延伸率；再比较两种测量方式下带钢实际速度与设定速度之间的误差，通过误差筛选策略计算出两种测量方式的动态权值，将动态权值经过指数平滑后加权计算出在线带钢的复合延伸率。

下面结合实例及图1对本发明作进一步说明。

(1)在平整机架前后分别安装与带钢下表面接触的测长辊3；在平整机架1前后分别安装激光测速仪；在带钢2建立张力后，平整机架1运行到延伸率有效测量速度(比如60m/min)和轧制力(比如运行轧制力2000kN)时，打开延伸率测量窗口；

(2)将入口测长辊编码器5、出口测长辊编码器6生成的脉冲经过高速计数器采集，根据辊径、减速比等换算成线速度：

式中：V为线速度；V_rpm为测长辊电机转速；D_roll为测长辊辊径；i为测长辊减速比。

由以下公式确定单位时间t_unit：

式中：t_unit为单位时间；L_unit为单位长度；V_set为平整轧制速度设定值。

在单位时间t_unit内积分：

式中：V为线速度；L为单位时间内测量长度；t_unit为单位时间。

在控制器中离散化：

式中：V_n为第n次采样时的线速度；T_A为控制器扫描周期；t_unit为单位时间，即积分时间；L_n-1为第n-1次采样时的积分结果；L_n为第n次采样时的积分结果。

根据不同的控制器性能和控制精度要求，单位时间t_unit应该有其上下限幅，建议不小于控制器扫描周期，不大于控制器扫描周期的20倍。

(3)入口激光测速仪7、出口激光测速仪8生成的脉冲经过高速计数器采集，根据仪表量程直接换算成线速度V，然后同(2)计算出单位时间内测量长度L。

(4)根据下式分别计算两种测量方式下的延伸率μ₁和μ₂；

式中：μ为延伸率；L_entry为轧制前带钢长度；L_exit为轧制后带钢长度。

同时，根据两种测量方式下的线速度实际值V与设定值V_set的误差，利用误差筛选策略分别计算出两种测量方式下延伸率的动态权值，误差筛选策略主要包括：

(a)测长辊与带钢接触面打滑时，其动态权值为0，并提醒操作员注意：

当时

式中：e_limit1为打滑误差限幅。此时，将测长辊动态权值设为0，即Y₁＝0。

(b)测长辊辊径磨损时，其动态权值范围变小，并提醒操作员注意：

式中：e_limit2为测长辊允许误差限幅，此时，将测长辊动态权值范围设为0≤Y₁≤Y_limit1。其中Y_limit1为动态权值限幅。Y_limit1的经验取值为0.3，若对精度有更高要求，可将Y_limit1的值取为0.1

(c)测长辊低速、加减速时，其动态权值暂时不变；

(d)激光测速仪测速严重不准时，其动态权值置为0，并提醒操作员注意：

式中：e′_limit1为激光测速超差限幅。此时，激光测速仪动态权值设为0，即Y₂＝0。

(e)激光测速仪测速不准时，其动态权值范围变小，并提醒操作员注意：

式中：e′_limit2为激光测速允许误差限幅。此时，0≤Y₂≤Y_limit2。其中Y_limit2为动态权值限幅。Y_limit2的经验取值为0.5,若对精度有更高要求，可将Y_limit2的值取为0.3。

(f)测长辊和/或激光测速仪测速在允许范围时，两者动态权值由两者线速度实际值与设定值的误差动态分配：

即当

时

式中：Y₁为测长辊测量方式动态权值；Y₂为激光测速仪测量方式动态权值；V为测长辊测量方式线速度；V′为激光测速仪测量方式线速度；V_set为平整轧制速度设定值。此时，Y₁+Y₂＝1。

(g)若按照以上策略，出现两者动态权值之和不为1，则策略失效，输出为0。

5)对两种测量方式下延伸率的动态权值进行指数平滑处理：

Y(t)＝X×(1-e^-t/T)

式中：Y(t)为t时刻平滑输出；X为需要平滑处理的值；T为平滑时间常数。

在控制器中离散化：

式中：X_n为第n次采样时的平滑输入；T_A为控制器扫描周期；T为平滑时间常数；Y_n-1为第n-1次采样时的平滑结果；Y_n为第n次采样时的平滑结果。

根据不同的控制器性能和控制精度要求，平滑时间常数T应该有其上下限幅，建议不小于控制器扫描周期，不大于控制器扫描周期的10倍。

(6)将两种测量方式下的延伸率和动态权值，做加权平均值运算，得到复合延伸率：

μ＝μ₁×Y₁+μ₂×Y₂；

式中：μ为复合延伸率；μ₁为第一种测量方式延伸率；Y₁为第一种测量方式动态权值；μ₂为第二种测量方式延伸率；Y₂为第二种测量方式动态权值。

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 (5)

1.一种在线带钢延伸率的复合测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在平整机架前后分别安装与带钢接触的测长辊；在平整机架前后分别安装非接触的激光测速仪；

2)在带钢建立张力后，机组运行到延伸率有效测量速度和轧制力时，打开延伸率测量窗口；

3)通过高速计数器采集平整机架入、出口测长辊编码器脉冲，计算得到测长辊测得的平整机架入、出口带钢长度；

4)高速计数器采集平整机架入、出口激光测速仪脉冲，计算得到激光测速仪测得的平整机架入、出口带钢长度；

5)根据步骤3)和4)的结果分别计算两种测量方式下的延伸率；

6)根据两种测量方式下的线速度实际值与设定值的误差，利用误差筛选策略分别计算出两种测量方式下延伸率的动态权值；所述误差筛选策略包括：

根据两种测量方式下的线速度实际值V与设定值V_set的误差，利用误差筛选策略分别计算出两种测量方式下延伸率的动态权值，误差筛选策略主要包括：

(a)测长辊与带钢接触面打滑时，其动态权值为0，并提醒操作员注意：

当时

式中：e_limit1为打滑误差限幅；此时，将测长辊动态权值设为0；

(b)测长辊辊径磨损时，其动态权值范围变小，并提醒操作员注意：

式中：e_limit2为测长辊允许误差限幅，此时，将测长辊动态权值范围设为0≤Y₁≤T_limit1；其中Y_limit1为动态权值限幅；Y_limit1的值取为0.1；

(c)测长辊低速、加减速时，其动态权值暂时不变；

(d)激光测速仪测速严重不准时，其动态权值置为0，并提醒操作员注意：

式中：e′_limit1为激光测速超差限幅，此时，激光测速仪动态权值设为0；

(e)激光测速仪测速不准时，其动态权值范围变小，并提醒操作员注意：

式中：e′_limit2为激光测速允许误差限幅；此时，0≤Y₂≤Y_limit2；其中Y_limit2为动态权值限幅；Y_limit2的值取为0.3；

(f)测长辊和/或激光测速仪测速在允许范围时，两者动态权值由两者线速度实际值与设定值的误差动态分配：

即当

时

式中：Y₁为测长辊测量方式动态权值；Y₂为激光测速仪测量方式动态权值；V为测长辊测量方式线速度；V′为激光测速仪测量方式线速度；V_set为平整轧制速度设定值；

(g)若按照以上策略，出现两者动态权值之和不为1，则策略失效，输出为0；

7)对两种测量方式下延伸率的动态权值进行指数平滑处理；

8)将两种测量方式下的延伸率和动态权值，做加权平均值运算，得到复合延 伸率。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述步骤2)和3)中计算平整机架入、出口带钢长度的具体过程如下：

高速计数器采集平整机架入、出口测长辊编码器脉冲，转换为转速，经过减速比、辊径换算成线速度，经过单位时间的积分，得到平整机架入、出口带钢长度；

高速计数器采集平整机架入、出口激光测速仪脉冲，转换为线速度，经过单位时间的积分，得到平整机架入、出口带钢长度。

3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述单位时间t_unit由以下公式确定：

式中：t_unit为单位时间；L_unit为单位长度；V_set为平整轧制速度设定值。

4.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述单位时间的上下限幅根据控制器性能和控制精度要求确定。

5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，步骤7)中指数平滑处理采用以下公式：

Y(t)＝X×(1-e^-t/T)

式中：Y(t)为t时刻平滑输出；X为需要平滑处理的值；T为平滑时间常数。