CN110064662A - 一种避免单机架冷轧带钢平整机s辊打滑的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法，属于冶金自动化技术领域。该方法根据平整带钢厚度的不同，对S辊控制模式进行转矩控制模式和速度控制模式切换，使S辊不打滑。转矩控制模式，给S辊一个超前(出口S辊)或滞后(入口S辊)于带钢的速度，然后对其转矩进行张力限幅，使其工作于转矩闭环；速度控制模式，即以实测带钢速度作为S辊给定速度，同时对S辊转矩进行较小限幅，这样就能保证在平整厚度较薄带钢时，S辊不产生打滑现象。该方法既能满足平整厚带钢时所需的大张力，又能避免在平整薄带钢时S辊打滑的问题。

Description

一种避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法

技术领域

本发明涉及冶金自动化技术领域，特别是指一种避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法。

背景技术

平整过程是冷轧带钢退火后的一道工序，其目的是为了消除材料的屈服平台，改善带钢表面粗糙度，矫正带钢板形等，因此，平整工序质量控制的好坏将直接影响产品的使用效果。

平整机质量控制主要包括延伸率控制、张力控制、板形控制和表面质量控制。冷轧平整机组按照工艺要求，需要建立较大的机前、机后张力，为了避免开卷机和卷取机设备的重型化，在平整机前后均配置有S辊，作为张力辊来使用，其目的之一就是为了利用S辊增大平整机前、后张力。根据平整机组S辊的设计目的，在平整较厚退火带钢时，平整机组需要较大的前后张力，此时带钢作用在S辊表面的作用力就较大，S辊与带钢表面的摩擦力就大，因此不易产生打滑情况，并且S辊可以为机组提供一定的张力值。然而，在平整较薄退火带钢时，尤其是0.5mm及以下厚度，平整机组需要的张力就较小，此时，带钢作用在S辊表面的作用力较小，S辊与带钢表面摩擦力也就较小，因此容易产生打滑现象。若S辊在生产过程中产生了打滑现象，必定会在带钢表面产生擦划伤，影响了带钢表面质量，严重时导致产品不合格。所以，避免S辊打滑现象的出现，是提高表面质量的关键。

对于平整0.5mm及以下厚度的退火带钢，开卷机和卷取机的设备能力可以提供机组所需的张力，该种情况下，S辊无需为机组提供张力，仅作为转向辊使用即可。所以要根据产品厚度的不同，对S辊控制模式进行切换，在厚规格产品生产时，S辊作为张力辊使用，为机组提供一定的张力；在薄规格产品生产时，S辊作为转向辊使用。

在工业生产过程中，避免S辊打滑的一般做法是提高S辊辊面粗糙度，以保证有足够的摩擦力避免其打滑，但是由于带钢与S辊辊面材质硬度的不同，随着生产的进行，S辊辊面粗糙度会逐渐减小，S辊打滑概率逐渐增大，该方法成本高，换辊周期短，可行性差，不能彻底解决打滑问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法，该方法根据带钢厚度的不同，对S辊控制模式进行切换，实现避免S辊打滑的目的。

该方法根据平整带钢厚度的不同，对S辊控制模式在转矩控制模式和速度控制模式之间进行切换，其中，转矩控制模式为给S辊一个超前或滞后于带钢的速度，然后对其转矩进行张力限幅，使其工作于转矩闭环；速度控制模式为以实测带钢速度作为S辊给定速度，同时对S辊转矩进行较小限幅。

该方法具体包括步骤如下：

S1：根据欧拉公式，在设定张力T₀下，计算S辊间和S辊与平整机间的最大张力：

其中，T₀为开卷机或卷取机与S辊间张力，T₁为上下S辊间的最大张力，T₂为S辊与平整机间最大张力，μ₁为下S辊辊面摩擦系数，α₁为下S辊处带钢包角，μ₂为上S辊辊面摩擦系数，α₂为上S辊处带钢包角，λ₁、λ₂为张力补偿系数，根据经验一般取值为0.6～1.0。

S2：计算上下S辊能够提供的最大张力及两者之间的比例关系：

其中，T_Top为上S辊所能提供的最大张力，T_Bot为下S辊所能提供的最大张力，θ₁为上S辊张力比例系数，θ₂为下S辊张力比例系数；

S3：以Δv为速度步长，在空载情况下，采集m组S辊速度与转矩对应数据，并利用m组数据拟合出S辊速度v与转矩M的关系函数：

其中，F₁(v)为上S辊转矩和转速关系函数，F₂(v)为下S辊转矩与转速关系函数；

S4：对带钢实际线速度进行滤波处理：

v_act＝βv_n+(1-β)v_act′

其中，v_n为当前扫描周期速度反馈值，v_act’为上扫描周期速度滤波值，β为滤波系数，v_act为滤波后的带钢速度值；

S5：根据不同的带钢厚度h，对S辊设定速度和设定转矩进行不同的控制模式选择：

①当h≥h₁时：

②当h＜h₁时：

其中，h₁为切换控制模式厚度值，v_{Top_Ref}为上S辊速度设定值，v_{Bot_Ref}为下S辊速度设定值，f_Top为上S辊速度系数，f_Bot为下S辊速度系数，v₀为平整机速度设定值，_{Top_Ref}为上S辊转矩设定值，M_{Bot_Ref}为下S辊转矩设定值，T为S辊张力设定值，R_Top为上S辊半径，R_Bot为下S辊半径。

其中，S1中摩擦系数μ₁、μ₂按照经验取值，取值范围为0.1～0.18。

S3中采样数m不小于10。

S3中转速和转矩关系采用一次函数进行拟合，拟合函数如下：

F₁(v)＝a₁v+b₁

F₂(v)＝a₂v+b₂

其中，a₁，a₂为函数一次项系数，b₁，b₂为函数常数项系数。

S4中带钢实际线速度反馈值来自激光测速仪或安装在S辊的速度编码器。

S5中S辊速度系数，对于入口S辊有：f_Bot<f_Top<1.0；对于出口S辊有：f_Bot>f_Top>1.0。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，对S辊的控制更合理，根据厚度的不同，对S辊控制模式进行切换，既能满足平整厚带钢时所需的大张力，又能避免在平整薄带钢时S辊打滑的问题。所述方法分别计算上下S辊的张力分配系数，根据分配系数对S辊张力进行合理的分配，也能够避免单个S辊打滑的情况，同时拟合出S辊速度与转矩的对应关系，也避免了由于转矩设定过大导致的S辊打滑。该方法实现简单，在不增加任何硬件的情况下即可实现，成本低，效果明显。

附图说明

图1为本发明的避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法所涉及的冷轧带钢平整机设备布置图；

图2为本发明中S辊受力分析图，其中，T₀为开卷机或卷取机与S辊间张力，T₁为上下S辊间的最大张力，T₂为S辊与平整机间最大张力，α₁为下S辊处带钢包角，α₂为上S辊处带钢包角。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法。

该方法所涉及设备如图1所示，根据平整带钢厚度的不同，对S辊控制模式在转矩控制模式和速度控制模式之间进行切换，其中，转矩控制模式为给S辊一个超前或滞后于带钢的速度，然后对其转矩进行张力限幅，使其工作于转矩闭环；速度控制模式为以实测带钢速度作为S辊给定速度，同时对S辊转矩进行较小限幅。

如图2所示，为S辊受力分析图，通过分析，该方法具体包括步骤如下：

S1：根据欧拉公式，在设定张力T₀下，计算S辊间和S辊与平整机间的最大张力：

其中，T₀为开卷机或卷取机与S辊间张力，T₁为上下S辊间的最大张力，T₂为S辊与平整机间最大张力，μ₁为下S辊辊面摩擦系数，α₁为下S辊处带钢包角，μ₂为上S辊辊面摩擦系数，α₂为上S辊处带钢包角，λ₁、λ₂为张力补偿系数，根据经验一般取值为0.6～1.0；

S2：计算上下S辊能够提供的最大张力及两者之间的比例关系：

其中，T_Top为上S辊所能提供的最大张力，T_Bot为下S辊所能提供的最大张力，θ₁为上S辊张力比例系数，θ₂为下S辊张力比例系数；

S3：以Δv为速度步长，在空载情况下，采集m组S辊速度与转矩对应数据，并利用m组数据拟合出S辊速度v与转矩M的关系函数：

其中，F₁(v)为上S辊转矩和转速关系函数，F₂(v)为下S辊转矩与转速关系函数；

S4：对带钢实际线速度进行滤波处理：

v_act＝βv_n+(1-β)v_act′

其中，v_n为当前扫描周期速度反馈值，v_act’为上扫描周期速度滤波值，β为滤波系数，v_act为滤波后的带钢速度值；

S5：根据不同的带钢厚度h，对S辊设定速度和设定转矩进行不同的控制模式选择：

①当h≥h₁时：

②当h＜h₁时：

其中，h₁为切换控制模式厚度值，v_{Top_Ref}为上S辊速度设定值，v_{Bot_Ref}为下S辊速度设定值，f_Top为上S辊速度系数，f_Bot为下S辊速度系数，v₀为平整机速度设定值，M_{Top_Ref}为上S辊转矩设定值，M_{Bot_Ref}为下S辊转矩设定值，T为S辊张力设定值，R_Top为上S辊半径，R_Bot为下S辊半径。

其中，S1中摩擦系数μ₁、μ₂按照经验取值，取值范围为0.1～0.18。

S3中采样数m不小于10。

S3中转速和转矩关系采用一次函数进行拟合，拟合函数如下：

F₁(v)＝a₁v+b₁

F₂(v)＝a₂v+b₂

其中，a₁，a₂为函数一次项系数，b₁，b₂为函数常数项系数。

S4中带钢实际线速度反馈值来自激光测速仪或安装在S辊的速度编码器。

S5中S辊速度系数，对于入口S辊有：f_Bot<f_Top<1.0；对于出口S辊有：f_Bot>f_Top>1.0。

下面结合具体实施例予以说明。

该方案在某厂1450mm单机架冷轧平整上实施，采用带钢原料厚度为0.2mm和1.0mm，宽度为1150mm的退火钢卷，最高平整速度为600m/min。

具体实施步骤如下：

步骤一：1、根据欧拉公式，在设定张力T₀下，计算S辊间和S辊与平整机间的最大张力：

其中，T₀为开卷机或卷取机与S辊间张力，T₁为上下S辊间的最大张力，T₂为S辊与平整机间最大张力，μ₁为下S辊辊面摩擦系数，取值为0.15，α₁为下S辊处带钢包角，取值为2.92，μ₂为上S辊辊面摩擦系数，取值为0.15，α₂为上S辊处带钢包角，取值为3.05，λ₁，λ₂为张力补偿系数，取值为0.9。

步骤二：计算上下S辊能够提供的最大张力及两者之间的比例关系：

其中，T_Top为上S辊所能提供的最大张力，T_Bot为下S辊所能提供的最大张力，θ₁为上S辊张力比例系数，θ₂为下S辊张力比例系数。

步骤三：以Δv为速度步长，在空载情况下，采集20组S辊速度与转矩对应数据，并利用20组数据拟合出S辊速度v与转矩M的关系函数：

F₁(v)＝a₁v+b₁

F₂(v)＝a₂v+b₂

其中，F₁(v)为上S辊转矩和转速关系函数，F₂(v)为下S辊转矩与转速关系函数，a₁，a₂为函数一次项系数，b₁，b₂为函数常数项系数。

步骤四：对带钢实际线速度进行滤波处理：

v_act＝βv_n+(1-β)v_act′

其中，v_n为当前扫描周期速度反馈值，v_act’为上扫描周期速度滤波值，β为滤波系数，取值为0.05，v_act为滤波后的带钢速度值。

步骤五：根据不同的带钢厚度h，对S辊设定速度和设定转矩进行不同的控制模式选择，即：

①当h≥h₁时：

②当h＜h₁时：

其中，h₁为切换控制模式厚度值，取值为0.5，v_{Top_Ref}为上S辊速度设定值，v_{Bot_Ref}为下S辊速度设定值，f_Top为上S辊速度系数，f_Bot为下S辊速度系数，v₀为平整机速度设定值，v_act为带钢实际速度，M_{Top_Ref}为上S辊转矩设定值，M_{Bot_Ref}为下S辊转矩设定值，T为S辊张力设定值，R_Top为上S辊半径，R_Bot为下S辊半径。

采用本发明设计的控制方法，在平整1.0mm厚度的带钢时，S辊作为张力辊进行控制，在平整0.2mm厚度的带钢时，S辊作为转向辊进行控制，在实际生产过程中，没有出现S辊打滑的情况，平整之后，检查带钢表面没有发现擦划伤，现场应用说明这种方法控制效果良好，避免了S辊的打滑，提高了产品质量和成材率。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法，其特征在于：根据平整带钢厚度的不同，对S辊控制模式在转矩控制模式和速度控制模式之间进行切换，其中，转矩控制模式为给S辊一个超前或滞后于带钢的速度，然后对其转矩进行张力限幅，使其工作于转矩闭环；速度控制模式为以实测带钢速度作为S辊给定速度，同时对S辊转矩进行较小限幅。

2.根据权利要求1所述的避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法，其特征在于：包括步骤如下：

S1：根据欧拉公式，在设定张力T₀下，计算S辊间和S辊与平整机间的最大张力：

其中，T₀为开卷机或卷取机与S辊间张力，T₁为上下S辊间的最大张力，T₂为S辊与平整机间最大张力，μ₁为下S辊辊面摩擦系数，α₁为下S辊处带钢包角，μ₂为上S辊辊面摩擦系数，α₂为上S辊处带钢包角，λ₁、λ₂为张力补偿系数，λ₁、λ₂取值范围为0.6～1.0；

S2：计算上下S辊能够提供的最大张力及两者之间的比例关系：

其中，T_Top为上S辊所能提供的最大张力，T_Bot为下S辊所能提供的最大张力，θ₁为上S辊张力比例系数，θ₂为下S辊张力比例系数；

S3：以Δv为速度步长，在空载情况下，采集m组S辊速度与转矩对应数据，并利用m组数据拟合出S辊速度v与转矩M的关系函数：

其中，F₁(v)为上S辊转矩和转速关系函数，F₂(v)为下S辊转矩与转速关系函数；

S4：对带钢实际线速度进行滤波处理：

v_act＝βv_n+(1-β)v_act′

其中，v_n为当前扫描周期速度反馈值，v_act’为上扫描周期速度滤波值，β为滤波系数，v_act为滤波后的带钢速度值；

S5：根据不同的带钢厚度h，对S辊设定速度和设定转矩进行不同的控制模式选择：

①当h≥h₁时：

②当h＜h₁时：

其中，h₁为切换控制模式厚度值，v_{Top_Ref}为上S辊速度设定值，v_{Bot_Ref}为下S辊速度设定值，f_Top为上S辊速度系数，f_Bot为下S辊速度系数，v₀为平整机速度设定值，M_{Top_Ref}为上S辊转矩设定值，M_{Bot_Ref}为下S辊转矩设定值，T为S辊张力设定值，R_Top为上S辊半径，R_Bot为下S辊半径。

3.根据权利要求1所述的避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法，其特征在于：所述S1中摩擦系数μ₁、μ₂按照经验取值，取值范围为0.1～0.18。

4.根据权利要求1所述的避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法，其特征在于：所述S3中采样数m不小于10。

5.根据权利要求1所述的避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法，其特征在于：所述S3中转速和转矩关系采用一次函数进行拟合，拟合函数如下：

F₁(v)＝a₁v+b₁

F₂(v)＝a₂v+b₂

其中，a₁，a₂为函数一次项系数，b₁，b₂为函数常数项系数。

6.根据权利要求1所述的避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法，其特征在于：所述S4中带钢实际线速度反馈值来自激光测速仪或安装在S辊的速度编码器。

7.根据权利要求1所述的避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法，其特征在于：所述S5中S辊速度系数，对于入口S辊有：f_Bot<f_Top<1.0；对于出口S辊有：f_Bot>f_Top>1.0。