CN104785542A - 一种粗轧机张力调节控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种粗轧机张力调节控制方法，该方法由上位机设定轧制中所需要达到的张力，由主控CPU通过实时采集机架水平辊与立辊的轧制负荷及速度，测算出机架内板坯的实际张力，主控CPU根据实际张力和设定张力的偏差值，得到立辊的速度修正值，根据该速度修正值，通过改变立辊的轧制速度的方式，来调节并控制机架内张力。可以根据实际测算出的张力，实时的进行调节，而不再依靠上位机所估算出来的速度。该方法可以根据实际测算出的张力，实时的对张力进行调节，不再依靠上位机所估算出来的速度来调节张力。解决了现有的轧制方式中，张力无法根据实际情况调节以及立辊的过载问题。

Description

一种粗轧机张力调节控制方法

技术领域

本发明涉及轧钢自动控制领域，具体涉及一种粗轧机张力调节控制方法。

背景技术

在带钢生产中，张力是最活跃、最关键、最具决定性的因素，张力的恒定与否将对轧件和轧制变形区的参数产生直接影响，轧制线上能否高水平的完成带钢的轧制过程，生产出高质量的带钢，在很大程度上取决于对张力的控制，张力控制是热轧带钢中的核心问题之一，是带钢热连轧控制系统中最重要的环节，是保证生产出高精度的带钢产品的根本。

众所周知，保证连轧过程正常进行的条件是各机架在单位时间内的“秒流量”相等，若“秒流量”不等，便会引起机架间的轧件有张力作用或失张，从而导致产生拉钢或堆钢。从理想的稳定轧制来说，应使各机架的“秒流量”完全相等，以实现无张力轧制，但由于实际生产过程中，其它因素如压下量、轧制压力、轧制力矩、轧制速度和前滑等的影响，做到无张力轧制几乎是不可能的。

张力的控制方法有活套控制和无活套控制，在粗轧区采用无活套控制，在精轧区通常采用活套控制。本发明的方法在粗轧区进行，粗轧机由入口辊道、入口机架辊、立辊、水平辊、出口机架辊、出口辊道等设备组成，如图1所示，1为支承辊，2为水平辊，3为立辊，4为带钢。粗轧立辊和水平辊电机的惯性系数相差六倍以上，即立辊的惯性系数远比水平辊小，所以张力影响极小，不用考虑。水平辊由转速恒定的同步机驱动，所以要控制张力就是调整立辊的速度。

在正常生产过程中，入口辊道、入口机架辊、立辊、水平辊、出口机架辊、出口辊道是联动的，他们之间必须保持合适的速度差才能确保带钢正常轧制。水平辊的基准设定速度由轧制规程表提供，这些基准设定速度主要包括：咬钢速度、轧制速度、抛钢速度，还有爬行速度。水平辊的基准设定速度经过爬坡斜坡发生器形成水平辊主斜坡速度。在水平辊主传动的速度设定中，还要考虑到翘扣头补偿和咬钢冲击补偿。

由于轧制过程中要保证板坯轧制前后的秒流量相等，计算立辊的速度时要考虑水平辊的前后滑系数，计算辊道的速度时要同时考虑水平辊和立辊的前后滑系数。计算立辊的速度时，首先根据水平辊的系数计算出轧机的入口速度，然后除以立辊的前滑系数，即可计算出立辊的主速度。

立辊和水平辊之间的速度匹配有无张力方式和带张力方式，无张力时，立辊和水平辊之间经常会发生拱钢或立辊的过载；带张力时，如张力不合适，会造成水平辊过载。现有的带张力轧制主要依靠上位机根据计划预估立辊与水平辊速度，之后以固定值下发给基础自动化，在轧制过程中立辊速度按照设定值保持不变。但由于上位机并不能完全掌握此时实际轧制的各项指标，此时实际的张力与理论计算的张力之间可能差距非常大，由于立辊速度固定，张力无法根据实际情况调节，就会造成实际轧制效果达不到设定所预期的效果，甚至导致水平辊过载等情况。

因此，发明一种粗轧机张力调节控制方法，使轧制过程中能够根据实际情况自动调节机架的张力是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种粗轧机张力调节控制方法，通过实时采集机架水平辊与立辊的轧制负荷及速度，测算出机架内板坯的实际张力，利用改变立辊的轧制速度的方式，来调节并控制机架内张力，用以解决现有的轧制方式中，张力无法根据实际情况调节以及立辊的过载问题。

为实现上述目的，本发明的方案是：一种粗轧机张力调节控制方法，所述的粗轧机包括入口辊道、入口机架辊、立辊、水平辊、出口机架辊和出口辊道，立辊设置在水平辊的入口前，该方法采用的张力调节装置包括速度传感器、压力传感器、负荷传感器及主控CPU和上位机，通信连接，所述的速度传感器、上位机均与主控CPU的信号输入端连接，所述的压力传感器和负荷传感器均与立辊传功控制器的信号输入端连接，所述的立辊传动控制器与所述的主控CPU通信连接，该方法包括如下步骤：

（1）速度传感器采集立辊当前的实际运转速度，作为立辊速度调节的依据；压力传感器采集当前立辊的轧制力数据；负荷传感器采集当前立辊电机的实际电流大小，换算成当前立辊的输出力矩；

（2）上位机设定此次轧制中机架所需要达到的张力，该设定张力作为张力控制的基准值，由主控CPU接收；

（3）立辊受载后，主控CPU从负荷传感器及压力传感器采集未建立张力时的立辊输出力矩和轧制力数据；

（4）水平辊受载并延时预定时间后，主控CPU从负荷传感器及压力传感器实时采集轧制时的立辊输出力矩和轧制力数据，分析得到机架当前的实际张力；

（5）主控CPU将所述的实际张力与接收的上位机设定张力进行比较，根据张力的偏差值得到立辊速度修正值，通过调节立辊速度来调节机架张力；

（6）判断立辊是否抛钢，如果抛钢，则张力调节结束，如果未抛钢，则继续对机架张力进行调节。

进一步地，所述的步骤（4）中，机架当前的实际张力为：

$T_{M1}=\frac{G_{M1}-\frac{G_{0M1}}{P_{0M1}}\·P_{M1}}{A_{M1}\·\frac{V_{\mathrm{EM}1}}{2}}\×{10}^{-3}$

其中，T_M1为检测的机架张力；

G_0M1为未建立张力时的立辊输出力矩；

P_0M1为未建立张力时的立辊轧制力；

G_M1为轧制时的立辊输出力矩；

P_M1为轧制时的立辊轧制力；

A_M1为立辊与水平辊间的横截面积；

V_EM1为立辊的辊径。

进一步地，所述的步骤（5）中，立辊的速度修正值为：

$V_{\mathrm{FTC}}=\frac{1+\mathrm{\αs}}{\mathrm{\βs}}\·(T_{M1\mathrm{REF}}-T_{M1})$

其中，V_FTC为立辊的速度修正值；

T_M1REF为上位机设定张力值；

T_M1为机架的实际张力值；

α、β为调节增益；

s为拉普拉斯算子。

进一步地，所述的步骤（5）中，将得到的立辊的速度修正值与立辊当前的实际运转速度叠加后，作为立辊速度控制的设定值发送给立辊传动控制器，通过立辊传动控制器来调节立辊速度。

本发明达到的有益效果：本发明的控制方法中，上位机仅需要下发本次轧制所要达到的设定张力，主控CPU通过比较实际测算出的张力和接收到的设定张力，对机架张力实时地进行调节，而不再依靠上位机所估算出来的速度对张力进行调节，因此，主控CPU能够在轧制过程中根据实际情况对张力进行自动调节，使得实际轧制效果达到设定所预期的效果，同时可以避免水平辊过载的情况发生。

附图说明

图1是粗轧机的组成示意图；

图2是本发明采用的张力调节装置结构示意图；

图3是本发明的方法流程图；

图4是本发明的张力控制介入及停止时序图；

图5是本发明的张力控制介入及停止示意图；

图6是本发明一个应用实例的张力控制曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图2，本发明的方法采用的张力调节装置包括速度传感器、压力传感器、负荷传感器及主控CPU和上位机，通信连接，所述的速度传感器、上位机均与主控CPU的信号输入端连接，所述的压力传感器和负荷传感器均与立辊传功控制器的信号输入端连接，所述的立辊传动控制器与所述的主控CPU通信连接。

速度传感器用于采集立辊当前的实际运转速度，作为立辊速度调节的依据；压力传感器则用于采集当前立辊的轧制力数据；负荷传感器则用于采集当前立辊电机的实际电流大小，换算成当前立辊的输出力矩，该输出力矩与压力传感器采集的轧制力作为机架内张力的计算依据；通过上位机确定此次轧制中所需要达到的张力值，作为张力控制的基准值；主控CPU用于实现张力的测算及调节。

如图3，本发明的方法包括如下步骤：

（1）速度传感器采集立辊当前的实际运转速度，作为立辊速度调节的依据；压力传感器采集当前立辊的轧制力数据；负荷传感器采集当前立辊电机的实际电流大小，换算成当前立辊的输出力矩；

（2）上位机设定此次轧制中所需要达到的张力，作为张力控制的基准值，并由主控CPU接收；

（3）立辊受载后，主控CPU从负荷传感器及压力传感器采集未建立张力时的立辊输出力矩和轧制力数据；

（4）水平辊受载并延时预定时间后，主控CPU从负荷传感器及压力传感器实时采集轧制时的立辊输出力矩和轧制力数据，分析得到机架当前的实际张力；

（5）主控CPU将所述的实际张力与接收的上位机设定张力进行比较，根据张力的偏差值得到立辊速度修正值，通过调节立辊速度来调节机架张力；

（6）判断立辊是否抛钢，如果抛钢，则张力调节结束，如果未抛钢，则继续调节机架张力。

如图4和图5所示，在奇道次轧制时，立辊首先咬钢，之后水平辊咬钢，水平辊咬钢后，延迟一段时间T之后，张力控制开始，当立辊抛钢后，张力控制结束。本发明的方法与原有方法的区别在于：本发明可以根据实际测算出的张力，实时的进行调节，而不再依靠上位机所估算出来的速度。上位机仅需要下发所要达到的张力，主控CPU根据这一设定值对张力进行自动调节。

本发明中，机架当前的实际张力的测算通过下式得到：

$T_{M1}=\frac{G_{M1}-\frac{G_{0M1}}{P_{0M1}}\·P_{M1}}{A_{M1}\·\frac{V_{\mathrm{EM}1}}{2}}\×{10}^{-3}$

其中，T_M1为检测的机架张力；

G_0M1为未建立张力时的立辊输出力矩；

P_0M1为未建立张力时的立辊轧制力；

G_M1为轧制时的立辊输出力矩；

P_M1为轧制时的立辊轧制力；

A_M1为立辊与水平辊间的横截面积；

V_EM1为立辊的辊径。

本发明中，立辊的速度修正值通过下式得到：

$V_{\mathrm{FTC}}=\frac{1+\mathrm{\αs}}{\mathrm{\βs}}\·(T_{M1\mathrm{REF}}-T_{M1})$

其中，V_FTC为立辊的速度修正值；

T_M1REF为上位机设定张力值；

T_M1为机架的实际张力值；

α、β为调节增益；

s为拉普拉斯算子。

通过该式计算出的速度修正值，与立辊的轧制速度叠加后，作为立辊速度控制的设定值发送给立辊传动控制器，通过立辊传动控制器调节立辊速度。

下面介绍本发明的一个应用实例：

本发明的方法在宝钢1880粗轧机的第2架轧机上进行了测试，测试时道次为第5道次，张力控制延迟时间T为0.1s，张力设定为1MPa，立辊轧制速度设定为4m/s，采用的立辊辊径为1183mm，本次轧制立辊与水平辊间的横截面积为0.05565m2，未建立张力时的立辊输出力矩为152.48kNm，未建立张力时的立辊轧制力为1210.2kN，轧制过程中采集得的轧制时的立辊输出力矩64.703Nm。计算得未建张时，其实测张力为0.135MPa。

PI调节器的参数α设定为0.6，β设定为0.42。其输入为张力给定与实际张力的差值，T_M1REF-T_M1=1-0.135=0.865，经过PI调节器计算后，输出速度修正值V_FTC=-0.1958m/s。

经过速度修正，张力建立后，立辊输出力矩为1.566Nm，轧制力为549.4kNm，其余参数未变，计算得张力建立后，其实测张力为1.07MPa，其张力控制曲线如图6所示，从图6可以看出，张力基本稳定在设定的1MPa目标值，实现了张力控制的目标。

本发明的方法由上位机设定轧制中所需要达到的张力，由主控CPU通过实时采集机架水平辊与立辊的轧制负荷及速度，测算出机架内板坯的实际张力，主控CPU根据实际张力和设定张力的偏差值，得到立辊的速度修正值，根据该速度修正值，通过改变立辊的轧制速度的方式，来调节并控制机架内张力。可以根据实际测算出的张力，实时的进行调节，而不再依靠上位机所估算出来的速度。该方法可以根据实际测算出的张力，实时的对张力进行调节，不再依靠上位机所估算出来的速度来调节张力，使得实际轧制效果达到设定所预期的效果，同时可以避免水平辊过载的情况发生。

Claims (4)

1.一种粗轧机张力调节控制方法，所述的粗轧机包括入口辊道、入口机架辊、立辊、水平辊、出口机架辊和出口辊道，立辊设置在水平辊的入口前，其特征在于：该方法采用的张力调节装置包括速度传感器、压力传感器、负荷传感器及主控CPU和上位机，通信连接，所述的速度传感器、上位机均与主控CPU的信号输入端连接，所述的压力传感器和负荷传感器均与立辊传功控制器的信号输入端连接，所述的立辊传动控制器与所述的主控CPU通信连接，该方法包括如下步骤：

（1）速度传感器采集立辊当前的实际运转速度，作为立辊速度调节的依据；压力传感器采集当前立辊的轧制力数据；负荷传感器采集当前立辊电机的实际电流大小，并换算成当前立辊的输出力矩；

（2）上位机设定此次轧制中机架所需要达到的张力，该设定张力作为张力控制的基准值，由主控CPU接收；

（3）立辊受载后，主控CPU从负荷传感器及压力传感器采集未建立张力时的立辊输出力矩和轧制力数据；

（4）水平辊受载并延时预定时间后，主控CPU从负荷传感器及压力传感器实时采集轧制时的立辊输出力矩和轧制力数据，并分析得到机架当前的实际张力；

（5）主控CPU将所述的实际张力与上位机设定张力进行比较，根据张力的偏差值得到立辊速度修正值，通过调节立辊速度来调节机架张力；

（6）判断立辊是否抛钢，如果抛钢，则张力调节结束；如果未抛钢，则继续对机架张力进行调节。

2.根据权利要求1所述的粗轧机张力调节控制方法，其特征在于所述的步骤（4）中，机架当前的实际张力为：

$T_{M1}=\frac{G_{M1}-\frac{G_{0M1}}{P_{0M1}}\·P_{M1}}{A_{M1}\·\frac{V_{\mathrm{EM}1}}{2}}\×{10}^{-3}$

其中，T_M1为检测的机架张力；

G_0M1为未建立张力时的立辊输出力矩；

P_0M1为未建立张力时的立辊轧制力；

G_M1为轧制时的立辊输出力矩；

P_M1为轧制时的立辊轧制力；

A_M1为立辊与水平辊间的横截面积；

V_EM1为立辊的辊径。

3.根据权利要求1所述的粗轧机张力调节控制方法，其特征在于所述的步骤（5）中，立辊的速度修正值为：

$V_{\mathrm{FTC}}=\frac{1+\mathrm{\αs}}{\mathrm{\βs}}\·(T_{M1\mathrm{REF}}-T_{M1})$

其中，V_FTC为立辊的速度修正值；

T_M1REF为上位机设定张力值；

T_M1为机架的实际张力值；

α、β为调节增益；

s为拉普拉斯算子。

4.根据权利要求1所述的粗轧机张力调节控制方法，其特征在于所述的步骤（5）中，将得到的立辊的速度修正值与立辊当前的实际运转速度叠加后，作为立辊速度控制的设定值发送给立辊传动控制器，通过立辊传动控制器来调节立辊速度。