CN110449469A - 一种波纹辊轧机辊系振动检测控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于轧机振动控制领域，具体涉及一种波纹辊轧机辊系振动检测控制装置及控制方法。包括波纹辊轧机X方向振动控制单元、波纹辊轧机Y方向振动控制单元、波纹辊轧机振动检测单元、波纹辊轧机信号处理单元以及工业控制计算机。所述波纹辊轧机信号处理单元将波纹辊轧机振动检测单元检测到的信号实时处理并传输给工业控制计算机，工业控制计算机将控制信号发送至各个控制单元的振动控制器上，振动控制器将信号通过报警器发出报警，同时振动控制器将指令传递给信号发生器从而使信号发生器发出阻尼信号，并分别传递给AGC液压系统和衬板液压系统，进而分别对X方向和Y方向的振动进行控制。本发明可以为生产过程中辊系的更换提供科学依据。

Description

一种波纹辊轧机辊系振动检测控制装置及控制方法

技术领域

本发明属于轧机振动控制领域，具体涉及一种波纹辊轧机辊系振动检测控制装置及控制方法。

背景技术

轧机振动研究已有半个多世纪的历史，随着轧机朝着大型化、高速化、连续化、智能化的快速发展以及大量新技术的采用使轧机振动出现了许多新问题，常常表现为“幽灵”式多态耦合振动，主要包含轧辊的垂直振动、水平振动、轴向窜动、带钢的横向和纵向振动、主传动系统的扭转振动和轴向振动等，直接影响轧制过程稳定性和轧件质量，成为国内外众多学者和专家的研究热点。传统的复合板轧制生产工艺是轧机的上下工作辊都分别采用平辊。但是在实际的生产中，由于上下两种金属的延伸率不一样，很容易造成金属大曲率翘曲，不能连续化生产。复合板波纹辊轧制技术是一项变革性与颠覆性技术，可以促进两种材料更好的实现冶金结合，提高结合强度，实现连续化生产。但是，由于波纹辊的辊型曲线为正弦函数曲线，在实验过程中通过在线检测发现：波纹辊轧机上工作辊轴承座X方向和Y方向的振动强烈，影响复合板的结合强度和表面质量。实验过程中定义板材前进的方向为X方向，与机架平行且垂直于X方向为Y方向。试验工况：转速0.18m/s，压下量50％，得到的X方向和Y方向的振动信号频谱图如图1-图4所示。

发明内容

本发明的目的是提供一种波纹辊轧机辊系振动检测控制装置及控制方法，简单有效的控制波纹辊轧机在复合板轧制生产过程中上波纹辊产生的振动。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种波纹辊轧机辊系振动检测控制装置，包括波纹辊轧机X方向振动控制单元、波纹辊轧机Y方向振动控制单元、波纹辊轧机振动检测单元、波纹辊轧机信号处理单元以及工业控制计算机；

所述波纹辊轧机振动检测单元包括X方向红外测距仪、Y方向红外测距仪；

所述波纹辊轧机X方向振动控制单元包括波纹辊轧机X方向振动控制器、波纹辊轧机X方向振动报警器、X方向信号发生器；

所述波纹辊轧机Y方向振动控制单元包括波纹辊轧机Y方向振动控制器、波纹辊轧机Y方向振动报警器、Y方向信号发生器；

所述波纹辊轧机信号处理单元将波纹辊轧机振动检测单元检测到的信号实时处理并传输给工业控制计算机，工业控制计算机将控制信号发送至各个控制单元的振动控制器上，振动控制器将信号通过报警器发出报警，同时振动控制器将指令传递给信号发生器从而使信号发生器发出阻尼信号，并分别传递给AGC液压系统和衬板液压系统，进而分别对X方向和Y方向的振动进行控制。

所述的AGC液压系统通过伺服阀与位置传感器组成位置闭环来调整；所述的衬板液压系统通过高频响比例伺服阀与压力传感器组成压力闭环来调整。本发明进一步提供了一种波纹辊轧机辊系振动控制方法，是通过上述波纹辊轧机辊系振动检测控制装置实现的，所述控制方法包括波纹辊轧机X方向振动控制方法和波纹辊轧机Y方向振动控制方法；

所述波纹辊轧机X方向振动控制方法包括以下步骤：

其中，M₀为波纹辊轧机X方向的位移设定阈值；

M_波峰是通过X方向红外测距仪在线实时检测到的X方向波峰的位移值；

M_波谷是通过X方向红外测距仪在线实时检测到的X方向相邻波谷的位移值；

ΔM是通过X方向红外测距仪在线实时检测到的X方向相邻波峰与波谷之间的位移差；

当X方向红外测距仪在线实时检测到的上波纹辊轴承座X方向波峰与相邻波谷之间的位移差ΔM大于波纹辊轧机X方向位移设定阈值M₀时，波纹辊轧机X方向振动控制器开始工作并且将指令传递给X方向信号发生器，X方向信号发生器产生阻尼抑振信号并传递给衬板液压系统的高频响比例伺服阀的信号输入端，从而对上波纹辊轴承座X方向的振动进行控制；

所述波纹辊轧机Y方向振动控制方法包括以下步骤：

其中，N₀为波纹辊轧机Y方向的位移设定阈值；

N_波峰是通过Y方向红外测距仪在线实时检测到的Y方向波峰的位移值；

N_波谷是通过Y方向红外测距仪在线实时检测到的Y方向相邻波谷的位移值；

ΔN是通过Y方向红外测距仪在线实时检测到的Y方向相邻波峰与波谷之间的位移差；

当Y方向红外测距仪在线实时检测到的上波纹辊轴承座Y方向波峰与相邻波谷之间的位移差ΔN大于波纹辊轧机Y方向的位移设定阈值N₀时，波纹辊轧机Y方向振动控制器开始工作并且将指令传递给Y方向信号发生器，Y方向信号发生器产生阻尼抑振信号并传递给AGC液压系统的伺服阀的信号输入端，从而对上波纹辊轴承座Y方向的振动进行控制。

进一步的，此发明可以为波纹辊轧机辊系的更换提供科学依据，具体计算过程如下：

当S≤S₀时，证明辊型曲线发生了变化，上波纹辊磨损严重，需要及时更换；

当S＞S₀时，证明辊系未发生严重磨损，可以继续在线服役；

所述S₀是波纹辊辊型曲线波峰的位移设定阈值；

其中，是通过计算得到从t时刻到t+n时刻X方向波峰的位移平均值；

M(t)_波峰是通过X方向红外测距仪检测到t时刻X方向波峰的位移值；

M(t+1)_波峰是通过X方向红外测距仪检测到t+1时刻X方向波峰的位移值；

M(t+2)_波峰是通过X方向红外测距仪检测到t+2时刻X方向波峰的位移值；

……

M(t+n)_波峰是通过X方向红外测距仪检测到t+n时刻X方向波峰的位移值；

其中，是通过计算得到从t时刻到t+n时刻Y方向波峰的位移平均值；

N(t)_波峰是通过Y方向红外测距仪检测到t时刻Y方向波峰的位移值；

N(t+1)_波峰是通过Y方向红外测距仪检测到t+1时刻Y方向波峰的位移值；

N(t+2)_波峰是通过Y方向红外测距仪检测到t+2时刻Y方向波峰的位移值；

……

N(t+n)_波峰是通过Y方向红外测距仪检测到t+n时刻Y方向波峰的位移值；

S是从t时刻到t+n时刻X方向波峰的位移平均值和Y方向波峰的位移平均值的算术平均值。

本发明的优点与积极效果是：

1)本发明简单易懂，易于实现，可以实现波纹辊轧机辊系振动的在线判定与抑制，优化了波纹辊轧机的控制性能。

2)本发明可以为生产过程中辊系的更换提供科学依据。

3)本发明的实现为其他轧机的抑振提供了一种新思路，对现实的生产具有指导意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为波纹辊轧机上波纹辊轴承座X方向振动信号时域图。

图2为波纹辊轧机上波纹辊轴承座X方向振动信号频域图。

图3为波纹辊轧机上波纹辊轴承座Y方向振动信号时域图。

图4为波纹辊轧机上波纹辊轴承座Y方向振动信号频域图。

图5为本发明波纹辊轧机辊系振动检测控制装置工作原理示意图。

图6为本发明波纹辊轧机X方向振动控制器工作原理示意图。

图7为本发明波纹辊轧机Y方向振动控制器工作原理示意图。

图5中：1—机架，2—下波纹辊，3—下波纹辊轴承座，4—上波纹辊轴承座，5—上波纹辊，6—压下油缸，7—衬板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。

如图5所示，本发明所采用的波纹辊轧机为本领域现有常见轧机。具体其包括机架1、下波纹辊2、下波纹辊轴承座3、上波纹辊轴承座4、上波纹辊5、压下油缸6、衬板7。波纹辊的辊型曲线为正弦函数曲线，在实验过程中通过在线检测发现：波纹辊轧机上波纹辊轴承座X方向和Y方向的振动强烈，影响复合板的结合强度和表面质量。

为此，本发明提供了一种波纹辊轧机辊系振动检测控制装置，其特征在于，包括波纹辊轧机X方向振动控制单元、波纹辊轧机Y方向振动控制单元、波纹辊轧机振动检测单元、波纹辊轧机信号处理单元以及工业控制计算机；

所述波纹辊轧机振动检测单元包括X方向红外测距仪、Y方向红外测距仪；

所述波纹辊轧机X方向振动控制单元包括波纹辊轧机X方向振动控制器、波纹辊轧机X方向振动报警器、X方向信号发生器；

所述波纹辊轧机Y方向振动控制单元包括波纹辊轧机Y方向振动控制器、波纹辊轧机Y方向振动报警器、Y方向信号发生器；

所述波纹辊轧机信号处理单元将波纹辊轧机振动检测单元检测到的信号实时处理并传输给工业控制计算机，工业控制计算机将控制信号发送至各个控制单元的振动控制器上，控制器将信号通过报警器发出报警，同时振动控制器将指令传递给信号发生器从而使信号发生器发出阻尼信号，并分别传递给AGC液压系统和衬板液压系统，进而分别对X方向和Y方向的振动进行控制。

具体实施时，所述X方向红外测距仪和Y方向红外测距仪可安装于机架1上，用来监测上波纹辊5的位移情况，衬板7安装于机架1与上波纹辊轴承座4之间。在本发明中，所述AGC液压系统和衬板液压系统为本领域公知液压系统，其控制方式为本领域技术人员能够操作实现的。

为了更进一步的实现对X方向和Y方向的控制，本发明提供了一种波纹辊轧机辊系振动控制方法，所述控制方法包括波纹辊轧机X方向振动控制方法和波纹辊轧机Y方向振动控制方法；

所述波纹辊轧机X方向振动控制方法包括以下步骤：

其中，M₀为波纹辊轧机X方向的位移设定阈值；

M_波峰是通过X方向红外测距仪在线实时检测到的X方向波峰的位移值；

M_波谷是通过X方向红外测距仪在线实时检测到的X方向相邻波谷的位移值；

ΔM是通过X方向红外测距仪在线实时检测到的X方向相邻波峰与波谷之间的位移差；

当X方向红外测距仪在线实时检测到的上波纹辊轴承座X方向波峰与相邻波谷之间的位移差ΔM大于波纹辊轧机X方向的位移设定阈值M₀时，波纹辊轧机X方向振动控制器开始工作并且将指令传递给X方向信号发生器，X方向信号发生器产生阻尼抑振信号并传递给衬板液压系统的高频响比例伺服阀的信号输入端，从而对上波纹辊轴承座X方向的振动进行控制；

所述波纹辊轧机Y方向振动控制方法包括以下步骤：

其中，N₀为波纹辊轧机Y方向的位移设定阈值；

N_波峰是通过Y方向红外测距仪在线实时检测到的Y方向波峰的位移值；

N_波谷是通过Y方向红外测距仪在线实时检测到的Y方向相邻波谷的位移值；

ΔN是通过Y方向红外测距仪在线实时检测到的Y方向相邻波峰与波谷之间的位移差；

当Y方向红外测距仪在线实时检测到的上波纹辊轴承座Y方向波峰与相邻波谷之间的位移差ΔN大于波纹辊轧机Y方向的位移设定阈值N₀时，波纹辊轧机Y方向振动控制器开始工作并且将指令传递给Y方向信号发生器，Y方向信号发生器产生阻尼抑振信号并传递给AGC液压系统的伺服阀的信号输入端，从而对上波纹辊轴承座Y方向的振动进行控制。

在利用波纹辊轧机进行复合板生产的过程中，波纹辊轧机上波纹辊X方向和Y方向的方向的振动强烈，通过波纹辊轧机辊系振动检测控制装置来对上波纹辊的工作状态进行实时检测，当红外测距仪检测到的相邻波峰与波谷之间的位移差大于位移设定阈值时，波纹辊轧机振动控制器开始工作并且将指令传递给信号发生器，信号发生器产生阻尼抑振信号并分别传递给AGC液压系统的伺服阀的信号输入端和衬板液压系统的高频响比例伺服阀的信号输入端，进而分别对X方向和Y方向的振动进行控制，同时为辊系的更换提供了计算依据。本发明简单易懂，可以实现波纹辊轧机辊系振动的在线判定与抑振，优化了波纹辊轧机的控制性能，为辊系的更换提供科学依据。

进一步的，此发明可以为波纹辊轧机辊系的更换提供科学依据，具体计算过程如下：

当S≤S₀时，证明辊型曲线发生了变化，上波纹辊磨损严重，需要及时更换；

当S＞S₀时，证明辊系未发生严重磨损，可以继续在线服役；

所述S₀是波纹辊辊型曲线波峰的位移设定阈值；

其中，是通过计算得到从t时刻到t+n时刻X方向波峰的位移平均值；

M(t)_波峰是通过X方向红外测距仪检测到t时刻X方向波峰的位移值；

M(t+1)_波峰是通过X方向红外测距仪检测到t+1时刻X方向波峰的位移值；

M(t+2)_波峰是通过X方向红外测距仪检测到t+2时刻X方向波峰的位移值；

……

M(t+n)_波峰是通过X方向红外测距仪检测到t+n时刻X方向波峰的位移值；

其中，是通过计算得到从t时刻到t+n时刻Y方向波峰的位移平均值；

N(t)_波峰是通过Y方向红外测距仪检测到t时刻Y方向波峰的位移值；

N(t+1)_波峰是通过Y方向红外测距仪检测到t+1时刻Y方向波峰的位移值；

N(t+2)_波峰是通过Y方向红外测距仪检测到t+2时刻Y方向波峰的位移值；

……

N(t+n)_波峰是通过Y方向红外测距仪检测到t+n时刻Y方向波峰的位移值；

S是从t时刻到t+n时刻X方向波峰的位移平均值和Y方向波峰的位移平均值的算术平均值。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种波纹辊轧机辊系振动检测控制装置，其特征在于，包括波纹辊轧机X方向振动控制单元、波纹辊轧机Y方向振动控制单元、波纹辊轧机振动检测单元、波纹辊轧机信号处理单元以及工业控制计算机；

所述波纹辊轧机振动检测单元包括X方向红外测距仪、Y方向红外测距仪；

所述波纹辊轧机X方向振动控制单元包括波纹辊轧机X方向振动控制器、波纹辊轧机X方向振动报警器、X方向信号发生器；

所述波纹辊轧机Y方向振动控制单元包括波纹辊轧机Y方向振动控制器、波纹辊轧机Y方向振动报警器、Y方向信号发生器；

所述波纹辊轧机信号处理单元将波纹辊轧机振动检测单元检测到的信号实时处理并传输给工业控制计算机，工业控制计算机将控制信号发送至各个控制单元的振动控制器上，控制器将信号通过报警器发出报警，同时振动控制器将指令传递给信号发生器从而使信号发生器发出阻尼信号，并分别传递给AGC液压系统和衬板液压系统，进而分别对X方向和Y方向的振动进行控制。

2.一种波纹辊轧机辊系振动控制方法，其特征在于，是通过权利要求1所述的波纹辊轧机辊系振动检测控制装置实现的，所述控制方法包括波纹辊轧机X方向振动控制方法和波纹辊轧机Y方向振动控制方法；

所述波纹辊轧机X方向振动控制方法包括以下步骤：

其中，M₀为波纹辊轧机X方向的位移设定阈值；

M_波峰是通过X方向红外测距仪在线实时检测到的X方向波峰的位移值；

M_波谷是通过X方向红外测距仪在线实时检测到的X方向相邻波谷的位移值；

ΔM是通过X方向红外测距仪在线实时检测到的X方向相邻波峰与波谷之间的位移差；

当X方向红外测距仪在线实时检测到的上波纹辊轴承座X方向波峰与相邻波谷之间的位移差ΔM大于波纹辊轧机X方向的位移设定阈值M₀时，波纹辊轧机X方向振动控制器开始工作并且将指令传递给X方向信号发生器，X方向信号发生器产生阻尼抑振信号并传递给衬板液压系统的高频响比例伺服阀的信号输入端，从而对上波纹辊轴承座X方向的振动进行控制；

所述波纹辊轧机Y方向振动控制方法包括以下步骤：

其中，N₀为波纹辊轧机Y方向的位移设定阈值；

N_波峰是通过Y方向红外测距仪在线实时检测到的Y方向波峰的位移值；

N_波谷是通过Y方向红外测距仪在线实时检测到的Y方向相邻波谷的位移值；

ΔN是通过Y方向红外测距仪在线实时检测到的Y方向相邻波峰与波谷之间的位移差；

当Y方向红外测距仪在线实时检测到的上波纹辊轴承座Y方向波峰与相邻波谷之间的位移差ΔN大于波纹辊轧机Y方向的位移设定阈值N₀时，波纹辊轧机Y方向振动控制器开始工作并且将指令传递给Y方向信号发生器，Y方向信号发生器产生阻尼抑振信号并传递给AGC液压系统的伺服阀的信号输入端，从而对上波纹辊轴承座Y方向的振动进行控制。

3.根据权利要求2所述的一种波纹辊轧机辊系振动控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

当S≤S₀时，证明辊型曲线发生了变化，上波纹辊磨损严重，需要及时更换；

当S＞S₀时，证明辊系未发生严重磨损，可以继续在线服役；

所述S₀是波纹辊辊型曲线波峰的位移设定阈值；

其中，是通过计算得到从t时刻到t+n时刻X方向波峰的位移平均值；

M(t)_波峰是通过X方向红外测距仪检测到t时刻X方向波峰的位移值；

M(t+1)_波峰是通过X方向红外测距仪检测到t+1时刻X方向波峰的位移值；

M(t+2)_波峰是通过X方向红外测距仪检测到t+2时刻X方向波峰的位移值；

……

M(t+n)_波峰是通过X方向红外测距仪检测到t+n时刻X方向波峰的位移值；

其中，是通过计算得到从t时刻到t+n时刻Y方向波峰的位移平均值；

N(t)_波峰是通过Y方向红外测距仪检测到t时刻Y方向波峰的位移值；

N(t+1)_波峰是通过Y方向红外测距仪检测到t+1时刻Y方向波峰的位移值；

N(t+2)_波峰是通过Y方向红外测距仪检测到t+2时刻Y方向波峰的位移值；

……

N(t+n)_波峰是通过Y方向红外测距仪检测到t+n时刻Y方向波峰的位移值；

S是从t时刻到t+n时刻X方向波峰的位移平均值和Y方向波峰的位移平均值的算术平均值。