CN107977793B - 一种冷轧轧制升降速过程中加速度设定的优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种冷轧轧制升降速过程中加速度设定的优化方法，包括：轧前准备工作，保持稳定的轧制工艺；选取不同板带，在AGC厚度控制下板带出口厚度稳定后，在后续道次中升降速轧制板带，实时记录相关轧制数据进行轧制速度‑加速度关系的测试；实时计算当前加速度设定系数，设定当前加速度，将加速度设定值发送至传动控制系统；若轧机出口测厚仪测得的板带厚度偏差超出预定的偏差范围，对加速度设定系数进行二次设定，否则按照当前加速度进行升降速操作。采用易于操作方式控制传动系统并记录实际输出速度、加速时间、厚度偏差数据，获得轧机速度‑加速度设定系数曲线，通过调节加速度改变轧制节奏有效发挥工况剧烈变化情况下AGC厚控能力。

Description

一种冷轧轧制升降速过程中加速度设定的优化方法
技术领域
本发明属于轧制过程自动控制技术领域，特别涉及一种冷轧轧制升降速过程中加速度设定的优化方法。
背景技术
厚度精度是成品质量和成品合格率的重要指标，良好的工艺生产状况和出色的厚度控制系统是保证厚度精度的必要条件和手段。在带材轧制生产过程中，经常需要根据现场的实际工况不断调整轧制速度，特别是轧制开始和结束阶段，需要频繁进行轧机变速操作，其中轧机速度在500m/min以下变速时，带钢与轧辊间的摩擦状态等现场工况会对轧制状态产生严重的影响，并且随着轧制速度的变化，乳化液的润滑状态会发生剧烈变化，从而影响带钢的厚度精度，同时这一问题也制约生产节奏，最终影响板带的质量和产量。
以某1100mm六辊单机架可逆轧机为例，当轧制MRT2.5镀锡基板0.20mm*900mm的板带时，升降速过程中，因速度变化导致的轧制状态变化而使板带厚度偏差在10μm以上的产品长度就超过300m。这种状况严重的影响板带产品的质量和企业的效益。
单机架轧机在升降速过程中，一般主要是通过轧机自动厚度控制系统(AGC，automatic gage control)控制系统中的前馈控制和监控控制共同作用，来调节辊缝，改善轧制效果，然而这种控制方式无法迅速、有效消除升降速过程中工况变化产生的厚度影响。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种冷轧轧制升降速过程中加速度设定的优化方法，在轧制过程中，根据实测的轧制数据，实时设定加速度，以缓解轧制升降速过程中，轧制工况剧烈变化对板带厚度问题，通过调节变速节奏，进而充分发挥AGC厚控能力，以达到提高轧制板带厚度控制精度的目的。
本发明的技术方案是：
一种冷轧轧制升降速过程中加速度设定的优化方法，依据轧机控制系统中的仪表设备，读取轧机的实时速度、轧制力、带钢厚度偏差数据，通过控制系统计算，针对不同的速度选取相应的设定系数，经计算后重新设定加速度，调节轧制节奏，从而有效发挥AGC调控能力，以保证轧制带钢的厚度偏差，包括以下步骤：
步骤一，营造良好、稳定的轧制环境：设定合理的乳化液制度，维持稳定、良好的乳化液状态：温度、浓度、乳化液喷射压力，保证设备仪表精准的工作状态；
步骤二，低速运转轧机，预热轧辊20～40min；
步骤三，选取相应的数据输入信号，连接到控制系统，在PLC中读取所需的参数；
步骤四，选取不同钢种，正常投入AGC系统情况下，升降速过程中变加速度轧制带钢；
步骤五，依据轧机变速时，轧制带钢的塑性系数和实时速度，计算出加速度设定系数；
步骤六，根据计算的加速度设定系数，重新设定加速度，将最终的加速度发送至传动系统中。
一种冷轧轧制升降速过程中加速度设定的优化方法，具体步骤如下：
步骤1：轧前准备工作，保持稳定的轧制工艺；
步骤2：选取不同板带，在AGC控制出口板带厚度稳定后，在后续道次通过升降速轧制板带进行轧制加速度对出口厚度的影响测试；
步骤2.1：记录当前道次板带的来料设定厚度hen_set和目标设定厚度hex_set，轧机启动并低速轧制，待轧机入口板带厚度稳定后保持AGC厚度控制；
步骤2.2：根据轧机变速时轧机速度和设定加速度的变化，回归出某一塑性系数下的速度-加速度设定系数的关系；
步骤2.3：针对不同钢种，通过线性插值法得到不同塑性系数下的速度-加速度设定系数的关系；
步骤3：通过获取轧机的实际速度和实际轧制力，实时计算加速度设定系数，将最终的加速度调节量发送到传动控制系统；
步骤4：若轧机出口测厚仪测得的板带厚度偏差超出预定的偏差范围，则对加速度设定量进行二次设定：若轧机出口测厚仪测得的板带厚度偏差绝超出预定的偏差范围，则减少加速设定系数，从而减缓速度调节节奏，否则按照当前加速度进行升降速操作。
所述步骤1按如下步骤进行：
步骤1.1：保证工作设备稳定运转，检测仪表正常，设定乳化液制度以维持稳定、良好的乳化液状态；
步骤1.2：低速转动轧机，预热轧辊。
所述步骤2.2按如下步骤进行：
步骤2.2.1：设轧机低速为v0，轧机高速为v，将v0至v的速度区间分为m段；
步骤2.2.2：板带在v0时，待轧制至来料设定厚度hen_set时，记录轧机的实时速度v1'0、升速同时开始计时，并持续加速轧机至速度
Figure BDA0001506852440000031
步骤2.2.3：待轧机速度到达设定速度时，记录下轧机实时速度v1'、升速时间t1'、阶段厚度偏差Δh1'；
步骤2.2.4：板带达到目标设定厚度hex_set后，调整轧机加速度，升速同时重新开始计时，持续升速至
Figure BDA0001506852440000032
待轧机速度到达设定速度时，记录下轧机实时速度v'2、时间t'2、阶段厚度偏差Δh'2，重复此过程；
步骤2.2.5：直至轧机调整至高速度v，记录轧制力Fl'，最终得到m组不同数据；
步骤2.2.6：按照步骤2.2.1～步骤2.2.5的逆过程分段降速，并同样记录下轧机的实时速度值vl”、阶段厚度偏差Δhl”以及相应的变速tl”，l＝0,1,···m；
步骤2.2.7：重复步骤2.2.1～步骤2.2.6，在此过程中，升降速时，若上一次实验中阶段厚度偏差Δhl'为在偏差范围以外，则减小加速度；否则，适当增大加速度；
步骤2.2.8：根据轧制过程中的实时轧制力计算板带的塑性系数；
Figure BDA0001506852440000041
式中，CM——板带的塑性系数，kN/mm；
F——轧制过程中高速轧制时的实时轧制力，kN；
Δh——板带的绝对压下量，mm，其中
Figure BDA0001506852440000046
步骤2.2.9：根据步骤2.2.7～步骤2.2.8中的实时速度、加速时间与塑性系数的数据，将加速时间tl累加作为横坐标，速度vl作为纵坐标绘制时间-速度曲线；
步骤2.2.10：计算每个加速过程的加速度；
Figure BDA0001506852440000042
式中，al'—第l段的计算加速度，m/s2；
vl'—第l段升速结束后的实时速度，m/s；
tl'—第l段升速时间，s；
步骤2.2.11：确定轧机的实时速度、塑性系数与设定加速度之间的对应关系：
Figure BDA0001506852440000043
式中，(vl,al)表示平均速度为vl时的平均加速度al；
步骤2.2.12：根据步骤2.2.7～步骤2.2.11中的实时速度、加速度与塑性系数的数据，将平均速度vl作为横坐标，平均加速度al作为纵坐标绘制速度-加速度曲线；
步骤2.2.13：取高速轧制时的加速度am为基准，得到实时加速度设定系数
Figure BDA0001506852440000044
al是每个速度段的加速度平均值；
步骤2.2.14：利用线性回归方法确定速度-加速度设定系数的关系式：
Figure BDA0001506852440000045
其中，当v≤v0时，补偿系数取恒定的低速加速度设定系数；vm≤v时，轧制工况对厚度的影响较小，故可以保持高速时的加速度设定系数完成升降速操作；
步骤2.2.15：得到板带塑性系数为CM的速度-加速度设定系数曲线，进而得到该塑性系数CM下的速度-加速度设定系数曲线。
所述步骤3按如下步骤进行：
根据轧机的实际速度，实时计算相应的加速度设定系数ηa，重新调整加速度为ηaam，输出至传动控制系统中。
所述步骤4中对加速度设定系数进行二次设定后得到的加速度设定系数ηa如下：
ηa＝b·((v,CM),η)
式中，b为二次设定系数，((v,CM),η)表示速度为v、塑性系数为CM时的加速度设定系数η。
所述的冷轧轧制升降速过程中加速度设定的优化方法，轧机低速运转的速度为100～300m/min。
所述的冷轧轧制升降速过程中加速度设定的优化方法，轧机高速运转的速度为400～600m/min。
本发明的优点及有益效果是：
本发明采用易于操作的方式控制传动系统并记录实际输出速度、设定加速度、厚度偏差等数据，获得基于轧机速度-加速度设定曲线，根据轧制速度、加速度和轧件塑性系数关系计算回归出升降速过程中加速度设定系数。本发明方法在大多传动调试环境下均能方便的实现，且不需要成本上的投入，可以大幅度提高轧制升降速过程中厚度控制的精度并提高轧制过程的稳定性，可以广泛推广到冷轧单机架生产中。
附图说明
图1是本发明具体实施方式采用的轧机设备示意图，1-板型仪，2-测速仪，3-X射线测厚仪；
图2是本发明具体实施方式的时间-速度曲线示意图；
图3是本发明具体实施方式的速度-加速度曲线示意图；
图4是本发明具体实施方式的速度-加速度设定系数曲线示意图；
图5是本发明具体实施方式的冷轧轧制升降速过程中加速度设定的优化方法流程图。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明提供一种冷轧轧制升降速过程中加速度设定的优化方法，包括：轧前准备工作，保持稳定的轧制工艺；选取不同板带，在AGC厚度控制下板带出口厚度稳定后，在后续道次中升降速轧制板带，实时记录相关轧制数据进行轧制速度-加速度关系的测试；实时计算当前加速度设定系数，设定当前加速度，将加速度设定值发送至传动控制系统；若轧机出口测厚仪测得的板带厚度偏差超出预定的偏差范围，则对加速度设定系数进行二次设定，否则按照当前加速度进行升降速操作。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例
本实施例中，采用如图1所示的某1100mm单机架六辊可逆冷轧机组电气控制系统，轧机左右侧各有一台非接触式X射线测厚仪，采用西门子S7-400PLC+FM458系统作为测试和数据记录工具，设定的轧机速度为0～900m/min，生产产品(板带)厚度为0.18～0.45mm。轧机设备布置如图1所示，1为板型仪(FM)，2为测速仪(LS)，3为X射线测厚仪(X1)，板带的下面设置板型仪1，板带上设置X射线测厚仪3，板带的上方设置测速仪2，轧机设备的轧制方向为水平可逆。
如图5所示，一种冷轧轧制升降速过程中加速度设定的优化方法，包括以下步骤：
步骤1：轧前准备工作，保持稳定的轧制工艺，即稳定的张力控制、良好的乳化液轧制条件；
步骤1.1：设定乳化液制度以维持稳定、良好的乳化液状态，乳化液制度包括：乳化液温度保持在55±2℃、乳化液浓度3.5wt％～4.5wt％、乳化液喷射压力保持在0.65±0.02MPa左右；
步骤1.2：以200m/min的低速转动轧机30min，预热轧辊，使轧机机械设备达到热运转状态，确保测试时机械设备的正常运转状态并保持稳定；
轧制现场的PLC控制系统(Programmable Logic Controller)读取电机实际速度、测厚仪测量厚度偏差等数据，并记录每一控制周期的实际数据；
步骤2：选取MRT2.5冷轧带钢2.0mm*900mm原料轧成0.2mm*900mm，以100m/min的速度轧制2道次消除原有热轧板带的厚度波动，经2道次轧制后，板带厚度波动可控制在5μm内，此时AGC厚度控制下板带出口厚度稳定，第3道次开始通过升降速轧制板带进行轧制速度-加速度关系的测试；
步骤2.1：记录当前道次板带的来料设定厚度hen_set和目标设定厚度hex_set，轧机启动并低速轧制，待轧机入口板带厚度稳定后保持AGC厚度控制；
步骤2.2：依据轧机变速时加速度调整时，出口厚度偏差的变化，回归出某一塑性系数下的速度-加速度设定系数的关系；
步骤2.2.1：设轧机低速为v0＝100m/min，轧机高速为v＝500m/min，以50m/min为一段将v0至v的速度区间分为m＝8段；
步骤2.2.2：板带在v0时，待轧制至来料设定厚度hen_set时，记录轧机的实时速度v'0，开始计时并调整轧机加速至速度
Figure BDA0001506852440000071
运转；
步骤2.2.3：待加速至设定速度时，记录下轧机实时速度v1'＝150.2m/min、加速时间t1'＝1.129s、该阶段厚度偏差Δh1'；
步骤2.2.4：待轧制至来料设定厚度hen_set后，调整设定加速度，开始计时并轧机升速至
Figure BDA0001506852440000072
待轧制到设定速度后，记录下轧机实时速度v'2、加速时间t'2＝1.11s、阶段厚度偏差Δh'2，重复此过程；
步骤2.2.5：至轧机调整至高速度v＝500m/min，记录轧制力Fh，最终得到m组不同数据；
步骤2.2.6：按照步骤2.2.1～步骤2.2.5的逆过程分段降速，并同样记录下轧机的实时速度值vl”、加速时间tl”、以及厚度偏差Δhl”l＝1,2,···m-1；
步骤2.2.7：重复步骤2.2.1～步骤2.2.6，在此升降速过程中，若上一次实验中实时厚度偏差Δhl为在偏差范围以外，则减小加速度；否则，适当增大加速度，保证厚度偏差在偏差范围以内。
调整所有阶段厚度偏差均在偏差范围以内，数据测试实验完成。
最终得数据：
v1'＝150.1m/min，t1'＝1.13m/s
v2'＝200.7m/min，t2'＝1.11m/s
v3'＝250.5m/min，t3'＝1.08m/s
…
v8'＝500.4m/min，t8'＝0.897m/s，Fl'＝6001.1kN。
步骤2.2.8：根据轧制过程中的实时轧制力计算板带的塑性系数；
Figure BDA0001506852440000081
式中，CM——板带的塑性系数，kN/mm；
F——轧制过程中高速轧制时的实时轧制力，kN；
Δh——板带的绝对压下量，mm，其中
Figure BDA0001506852440000083
根据相关测得速度可计算该轧件的塑性系数为17.5kN/mm。
步骤2.2.9：根据步骤2.2.7～步骤2.2.8中的实时速度、加速时间与塑性系数的数据，将加速时间tl累加作为横坐标，速度vl作为纵坐标绘制时间-速度曲线，如图2所示；
步骤2.2.10：计算每个加速过程的加速度；
Figure BDA0001506852440000082
式中，al'—第l段的计算加速度，m/s2；
vl'—第l段升速结束后的实时速度，m/s；
tl'—第l段升速时间，s；
步骤2.2.11：确定轧机的实时速度、塑性系数与实时加速度之间的对应关系：
Figure BDA0001506852440000091
式中，(vl,al)表示平均速度为vl时的平均加速度al；
步骤2.2.12：根据步骤2.2.7～步骤2.2.11中的实时速度与设定加速度之间的关系，以平均速度vl作为横坐标，平均加速度al作为纵坐标绘制速度-加速度曲线，如图3所示；
步骤2.2.13：取高速轧制时的加速度am为基准，得到实时加速度系数
Figure BDA0001506852440000092
al是每个速度点设定的加速度平均值；
步骤2.2.14：利用线性回归方法确定速度-加速度设定系数的关系式：
Figure BDA0001506852440000093
步骤2.2.15：得到板带塑性系数为CM的速度-加速度设定系数关系，去掉其中的奇异点取剩下几组的曲线作为最终结果，所述的奇异点是指入口厚度波动大时产生的轧后厚度或因不可控制情况出现的厚度偏差。以速度为横坐标，加速度系设定数为纵坐标绘制速度-加速度设定系数曲线，如图4。
步骤2.4：针对不同钢种，通过线性插值法得到不同塑性系数下的速度-加速度设定系数的关系；
将塑性系数分为2、5、10、17、28、45、100(单位是kN/mm)多段，每种强度之间存在插值过渡，通过线性插值法得到升降速过程中速度-加速度设定系数的关系。
ηa＝((v,CM),η)
步骤3：根据轧机的实际速度，实时调取相应的加速度设定系数ηa，重新调整加速度为ηaam，输出至传动控制系统中。
ηa＝((v,CM),η)
式中，((v,CM),η)表示速度为v、塑性系数为CM时的加速度设定系数η。
步骤4：若轧机出口测厚仪测得的板带厚度偏差超出预定的偏差范围，则对加速度设定系数进行二次设定：若轧机出口测厚仪测得的板带厚度偏差超出预定的偏差范围为目标厚度的2％，则减少加速度设定系数，从而减缓速度调节节奏，否则按照当前加速度进行升降速操作。
所述步骤4中对加速度设定量进行二次设定后得到的加速度设定系数ηa如下：
ηa＝b·((v,CM),η)
式中，b为二次设定系数，((v,CM),η)表示速度为v、塑性系数为CM时的设定系数η。
轧制过程中，当轧制板带的厚度波动超出目标厚度的2.5％时，一次设定系数已经无法有效调节轧制效果，这时需要对辊缝进行二次设定，添加一个动态二次设定系数b：正常情况下，二次设定系数b取值1，升降速时，若出口测厚仪检测到的出口厚度偏差在目标厚度的2.5％以外时，设定系数取值0.8。
实施例结果表明，本发明采用易于操作的方式控制传动系统并记录实际输出速度、设定加速度、厚度偏差数据，获得轧机速度-加速度设定系数曲线，通过调节加速度改变轧制节奏有效发挥工况剧烈变化情况下AGC厚控能力，从而改善升降速轧制过程中厚度精度并保证轧制过程稳定性。

Claims (4)

1.一种冷轧轧制升降速过程中加速度设定的优化方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1：轧前准备工作，保持稳定的轧制工艺；
步骤2：选取不同板带，在AGC控制出口板带厚度稳定后，在后续道次通过升降速轧制板带进行轧制加速度对出口厚度的影响测试；
步骤2.1：记录当前道次板带的来料设定厚度hen_set和目标设定厚度hex_set，轧机启动并低速轧制，待轧机入口板带厚度稳定后保持AGC厚度控制；
步骤2.2：根据轧机变速时轧机速度和设定加速度的变化，回归出某一塑性系数下的速度-加速度设定系数的关系；
步骤2.3：针对不同钢种，通过线性插值法得到不同塑性系数下的速度-加速度设定系数的关系；
步骤3：通过获取轧机的实际速度和实际轧制力，实时计算加速度设定系数，将最终的加速度调节量发送到传动控制系统；
步骤4：若轧机出口测厚仪测得的板带厚度偏差超出预定的偏差范围，则对加速度设定量进行二次设定：若轧机出口测厚仪测得的板带厚度偏差绝超出预定的偏差范围，则减少加速设定系数，从而减缓速度调节节奏，否则按照当前加速度进行升降速操作；
所述步骤2.2按如下步骤进行：
步骤2.2.1：设轧机低速为v0，轧机高速为v，将v0至v的速度区间分为m段；
步骤2.2.2：板带在v0时，待轧制至来料设定厚度hen_set时，记录轧机的实时速度v′0、升速同时开始计时，并持续加速轧机至速度
Figure FDA0003304369060000011
步骤2.2.3：待轧机速度到达设定速度时，记录下轧机实时速度v′1、升速时间t′1、阶段厚度偏差Δh′1；
步骤2.2.4：板带达到目标设定厚度hex_set后，调整轧机加速度，升速同时重新开始计时，持续升速至
Figure FDA0003304369060000021
待轧机速度到达设定速度时，记录下轧机实时速度v′2、时间t′2、阶段厚度偏差Δh′2，重复此过程；
步骤2.2.5：直至轧机调整至高速度v，记录轧制力F′l，最终得到m组不同数据；
步骤2.2.6：按照步骤2.2.1～步骤2.2.5的逆过程分段降速，并同样记录下轧机的实时速度值v″l、阶段厚度偏差Δh″l以及相应的变速t″l，l＝0,1,…m；
步骤2.2.7：重复步骤2.2.1～步骤2.2.6，在此过程中，升降速时，若上一次实验中阶段厚度偏差Δhl'为在偏差范围以外，则减小加速度；否则，适当增大加速度；
步骤2.2.8：根据轧制过程中的实时轧制力计算板带的塑性系数；
Figure FDA0003304369060000022
式中，CM——板带的塑性系数，kN/mm；
F——轧制过程中高速轧制时的实时轧制力，kN；
Δh——板带的绝对压下量，mm，其中
Figure FDA0003304369060000025
步骤2.2.9：根据步骤2.2.7～步骤2.2.8中的实时速度、加速时间与塑性系数的数据，将加速时间tl累加作为横坐标，速度vl作为纵坐标绘制时间-速度曲线；
步骤2.2.10：计算每个加速过程的加速度；
Figure FDA0003304369060000023
式中，a′l—第l段的计算加速度，m/s2；
v′l—第l段升速结束后的实时速度，m/s；
t′l—第l段升速时间，s；
步骤2.2.11：确定轧机的实时速度、塑性系数与设定加速度之间的对应关系：
Figure FDA0003304369060000024
式中，(vl,al)表示平均速度为vl时的平均加速度al；
步骤2.2.12：根据步骤2.2.7～步骤2.2.11中的实时速度、加速度与塑性系数的数据，将平均速度vl作为横坐标，平均加速度al作为纵坐标绘制速度-加速度曲线；
步骤2.2.13：取高速轧制时的加速度am为基准，得到实时加速度设定系数
Figure FDA0003304369060000031
al是每个速度段的加速度平均值；
步骤2.2.14：利用线性回归方法确定速度-加速度设定系数的关系式：
Figure FDA0003304369060000032
其中，当v≤v0时，补偿系数取恒定的低速加速度设定系数；vm≤v时，轧制工况对厚度的影响较小，故可以保持高速时的加速度设定系数完成升降速操作；
步骤2.2.15：得到板带塑性系数为CM的速度-加速度设定系数曲线，进而得到该塑性系数CM下的速度-加速度设定系数曲线；
所述步骤3按如下步骤进行：
根据轧机的实际速度，实时计算相应的加速度设定系数ηa，重新调整加速度为ηaam，输出至传动控制系统中；
所述步骤4中对加速度设定系数进行二次设定后得到的加速度设定系数ηa如下：
ηa＝b·((v,CM),η)
式中，b为二次设定系数，((v,CM),η)表示速度为v、塑性系数为CM时的加速度设定系数η。
2.按照权利要求1所述的冷轧轧制升降速过程中加速度设定的优化方法，其特征在于，所述步骤1按如下步骤进行：
步骤1.1：保证工作设备稳定运转，检测仪表正常，设定乳化液制度以维持稳定、良好的乳化液状态；
步骤1.2：低速转动轧机，预热轧辊。
3.按照权利要求1所述的冷轧轧制升降速过程中加速度设定的优化方法，其特征在于，轧机低速运转的速度为100～300m/min。
4.按照权利要求1所述的冷轧轧制升降速过程中加速度设定的优化方法，其特征在于，轧机高速运转的速度为400～600m/min。
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