CN112024601B - 一种炉卷轧机带钢头部位置跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种炉卷轧机带钢头部位置跟踪方法，属于金属加工技术领域。该方法在炉卷轧机和卷取机之间的不同位置安装两个热金属检测器，在炉卷轧机咬入以后，开始启动带钢头部位置跟踪计算，并利用热金属检测器上升沿信号对带钢头部跟踪位置进行修正，当带钢头部经过第二个热金属检测器并触发上升沿信号时，对前滑值进行修正计算，然后利用修正后的前滑值完成后续的头部跟踪计算，最后通过修正后的前滑值对前滑计算模型进行自学习修正。本发明硬件投资少，效果明显，保证了炉卷轧机带钢头部跟踪精度，有效提高了炉卷轧机穿带成功率。

Description

一种炉卷轧机带钢头部位置跟踪方法

技术领域

本发明涉及金属加工技术领域，特别是指一种炉卷轧机带钢头部位置跟踪方法。

背景技术

炉卷轧机采用单机架四辊可逆轧制，轧机前后分别布置一台炉内卷取机，通过卷取炉进行带钢的保温轧制，卷取机芯轴有一个槽口用于带钢头部穿带，只有带钢头部正确的进入卷取机芯轴槽口才能保证轧制的正常进行。如果带钢头部进入槽口的长度过长，带钢与芯轴之间就会有相对滑动，严重影响带钢的头部质量，同时也会对卷取机芯轴造成冲击，降低芯轴寿命，如果带钢头部进入槽口长度过短或未进入槽口，芯轴提前启动，就会导致穿带失败，造成废钢事故。因此，炉卷轧机精确的带钢头部跟踪是炉卷轧机进行稳定穿带轧制的必要条件，关系到带钢头部质量和设备使用寿命。

目前，炉卷轧机带钢头部跟踪常用方式是利用轧辊线速度和前滑值进行积分计算带钢头部位置，再通过带钢运行方向上设置一个热金属检测器对跟踪位置进行修正。轧辊线速度可以有速度编码器精确的测量得出，而前滑值往往通过前滑模型计算得到，由前滑值公式及控制理论可知，影响炉卷轧机前滑值的因素主要包括：压下率、摩擦系数、轧辊直径、轧机出口厚度及前后张力等，由于炉卷轧机穿带过程中上述变量变化较大，所以模型计算的前滑值与实际前滑值有一定的偏差，从而影响了带钢头部跟踪精度，同时，热金属检测器是通过红外线热辐射来检测带钢位置，带钢头部温度不同，热金属检测器信号产生的时机也不一样：带钢头部温度较高时，热金属检测器信号的产生超前于带钢头部实际位置；带钢头部温度较低时，热金属检测器信号的产生滞后于带钢头部实际位置，所以对跟踪位置修正带来不利影响。为了保证炉卷轧机头部穿带成功率，就必须保证带钢头部位置跟踪的精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种炉卷轧机带钢头部位置跟踪方法。

该方法首先在炉卷轧机和卷取机之间的不同位置安装两个热金属检测器，在炉卷轧机咬入以后，开始启动带钢头部位置跟踪计算，并利用热金属检测器上升沿信号对带钢头部跟踪位置进行修正，当带钢头部经过第二个热金属检测器并触发上升沿信号时，对前滑值进行修正计算，然后利用修正后的前滑值完成后续的头部跟踪计算，最后通过修正后的前滑值对前滑计算模型进行自学习修正。

具体包括步骤如下：

(1)在炉卷轧机和卷取机之间安装两个热金属检测器HMD₁和HMD₂；

(2)炉卷轧机带钢咬入以后，开始启动带钢头部位置跟踪计算；

(3)当带钢头部到达热第一个热金属检测器HMD₁位置并触发热金属检测器上升沿信号时，对带钢头部跟踪位置进行修正；

(4)当带钢头部到达热第二个热金属检测器HMD₂位置并触发热金属检测器上升沿信号时，对前滑值进行修正计算，同时对带钢头部跟踪位置进行修正，然后利用修正后的前滑值进行头部跟踪计算；

(5)炉卷轧机带钢抛出以后，结束带钢头部位置跟踪计算，并利用修正后的前滑值对前滑计算模型自学习系数进行更新计算。

两个热金属检测器安装于炉卷轧机和卷取机之间，第一个热金属检测器HMD₁靠近炉卷轧机，第二个热金属检测器HMD₂靠近卷取机，两个热金属检测器安装间距为L₁₂，且满足0.5<L₁₂<L_SC，其中，L_SC为炉卷轧机与卷取机间距，单位为m。

步骤(2)中带钢头部位置跟踪计算通过炉卷轧机线速度和前滑值进行积分计算，计算公式为：

L_HTK＝∫v(1+S_h)dt，

其中，L_HTK为带钢头部跟踪位置；v为炉卷轧机轧辊线速度；S_h为前滑模型计算的前滑值。

步骤(3)和步骤(4)中热金属检测器上升沿信号对带钢头部跟踪位置的修正采用跟踪修正窗口控制方式，当触发热金属检测器上升沿信号时，判断此时带钢头部跟踪位置是否处于跟踪修正窗口区间内，如果处于该区间范围，则将带钢头部跟踪位置修正为当前热金属检测器的位置，修正计算如下：

其中，L_HTK为带钢头部跟踪位置；L_i为第i个热金属检测器与炉卷轧机的距离，i为热金属检测器序号，i＝1或2；ΔL为跟踪修正窗口阈值，ΔL取值范围为0<ΔL<1.5，单位为m。

步骤(4)中对前滑值进行修正计算公式如下：

其中，S_h为前滑模型计算的前滑值；S_h′为修正计算后的前滑值；L₁₂为两个热金属检测器安装间距；L_HTK1为触发第一个热金属检测器HMD₁上升沿信号修正后的带钢头部位置；L_HTK2为触发第二个热金属检测器HMD₂上升沿信号修正前的带钢头部跟踪位置；K为前滑值修正因子，K取值范围为0<K≤1.0。

前滑模型计算的前滑值的计算公式为：

其中，S_h为前滑模型计算的前滑值；γ为中性角；D为工作辊直径，单位为mm；h为轧机出口带钢厚度，单位为mm；β为前滑值自学习系数；

中性角计算公式如下：

其中，α为咬入角；f为摩擦系数；

咬入角计算公式如下：

其中，H为轧机入口带钢厚度，单位为mm。

步骤(5)中前滑计算模型自学习系数由修正计算后的前滑值与前滑模型计算的前滑值相比计算得出，然后利用指数平滑法对自学习系数进行更新计算，计算过程如下：

β＝λβ′+(1-λ)β^*

式中，β^*为前滑计算模型自学习系数计算值；S_h为前滑模型计算的前滑值；S_h′为修正计算后的前滑值；β为新的自学习系数；β′为旧的自学习系数；λ为平滑系数，λ取值范围为0≤λ≤1。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过在炉卷轧机和卷取机之间的不同位置安装两个热金属检测器，利用两个热金属检测器安装间距和带钢头部经过两个热金属检测器时的跟踪长度偏差与对前滑值进行修正计算，提高前滑值精度，同时利用两个金属检测器上升沿信号分别对带钢头部跟踪位置进行修正，进一步提高了跟踪精度，最后，再通过修正后的前滑值对前滑计算模型进行自学习修正，同时也提高了前滑值模型计算精度。相比于传统的速度积分式跟踪方法，该种方法通过额外增加一个热金属检测器实现对模型计算的前滑值的修正计算，同时对前滑模型进行自学习修正，提高了跟踪精度，投资少，效果明显，保证了炉卷轧机带钢头部跟踪精度，有效提高了炉卷轧机穿带成功率。

附图说明

图1为本发明方法的控制流程图；

图2为本发明方法的炉卷轧机设备布置示意图；

图3为本发明方法的热金属检测器上升沿信号对带钢头部跟踪位置修正示意图。

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。

本发明提供一种炉卷轧机带钢头部位置跟踪方法。

如图1所示，该方法首先在炉卷轧机咬入以后，开始启动带钢头部位置跟踪计算，并利用热金属检测器上升沿信号对带钢头部跟踪位置进行修正，当带钢头部经过第二个热金属检测器并触发上升沿信号时，对前滑值进行修正计算，然后利用修正后的前滑值完成后续的头部跟踪计算，最后通过修正后的前滑值对前滑计算模型进行自学习修正。

下面结合具体实施例予以说明。

实施例1

该方案在某厂1780mm炉卷轧机上实施，该生产线炉卷轧机与卷取机间距为8.15m，HMD₁与炉卷轧机间距为4.1m，HMD₂与炉卷轧机间距为6.25m，两个热检安装间距为2.15m，如图2所示。

一种炉卷轧机带钢头部位置跟踪方法，具体实施方案如下：

1)炉卷轧机咬入以后，开始启动带钢头部位置跟踪计算，通过炉卷轧机线速度和前滑值进行积分计算，计算公式为：L_HTK＝∫v(1+S_h)dt，

式中，L_HTK为带钢头部跟踪位置；v为炉卷轧机轧辊线速度；S_h为前滑模型计算的前滑值。

2)热金属检测器上升沿信号对带钢头部位置的修正采用跟踪修正窗口控制方式，如图3所示。当触发热金属检测器上升沿信号时，判断此时带钢头部跟踪位置是否处于跟踪修正窗口区间内，如果处于该区间范围，则将带钢头部跟踪位置修正为当前热检的位置，修正计算过程如下：

式中，L_HTK为带钢头部跟踪位置；L_i为第i个热金属检测器与炉卷轧机的距离，i为热金属检测器序号，i＝1或2；ΔL为跟踪修正窗口阈值，ΔL取值为0.3m。

3)当带钢头部到达第二个热金属检测器HMD₂位置并触发热金属检测器上升沿信号时，对前滑值进行修正计算，同时对带钢头部跟踪位置进行修正，然后利用修正后的前滑值进行头部跟踪计算，前滑值计算修正计算公式如下：

式中，S_h为前滑模型计算的前滑值；S_h′为修正计算后的前滑值；L₁₂为两个热金属检测器安装间距；L_HTK1为触发第一个热金属检测器HMD₁上升沿信号修正后的带钢头部位置；L_HTK2为触发第二个热金属检测器HMD₂上升沿信号修正前的带钢头部跟踪位置；K为前滑值修正因子，K取值0.75。

4)炉卷轧机带钢抛出以后，结束带钢头部位置跟踪计算，并利用修正后的前滑值对前滑计算模型自学习系数进行更新，前滑计算模型自学习系数由修正计算后的前滑值与前滑模型计算的前滑值相比计算得出，然后利用指数平滑法对自学习系数进行更新，计算过程如下：

式中，β^*为前滑自学习系数计算值；S_h为前滑模型计算的前滑值；S_h′为修正计算后的前滑值；β为新的自学习系数；β′为旧的自学习系数；λ为平滑系数，λ取值为0.9。

该厂1780mm炉卷轧机采用上述带钢头部位置跟踪方法以后，带钢头部跟踪误差在0.2m以内，炉卷轧机穿带成功率有了显著提高，据统计，在投入该跟踪方法之前，在所有穿带失败的事故中由带钢头部跟踪导致的事故约为35％，投入该跟踪方法以后，没有发生因为带钢头部跟踪而导致的穿带失败事故。

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 (6)

1.一种炉卷轧机带钢头部位置跟踪方法，其特征在于：首先在炉卷轧机和卷取机之间的不同位置安装两个热金属检测器，在炉卷轧机咬入以后，开始启动带钢头部位置跟踪计算，并利用热金属检测器上升沿信号对带钢头部跟踪位置进行修正，当带钢头部经过第二个热金属检测器并触发上升沿信号时，对前滑值进行修正计算，然后利用修正后的前滑值完成后续的头部跟踪计算，最后通过修正后的前滑值对前滑计算模型进行自学习修正；

具体包括步骤如下：

(1)在炉卷轧机和卷取机之间安装两个热金属检测器HMD₁和HMD₂；

(2)炉卷轧机带钢咬入以后，开始启动带钢头部位置跟踪计算；

(3)当带钢头部到达热第一个热金属检测器HMD₁位置并触发热金属检测器上升沿信号时，对带钢头部跟踪位置进行修正；

(4)当带钢头部到达热第二个热金属检测器HMD₂位置并触发热金属检测器上升沿信号时，对前滑值进行修正计算，同时对带钢头部跟踪位置进行修正，然后利用修正后的前滑值进行头部跟踪计算；

(5)炉卷轧机带钢抛出以后，结束带钢头部位置跟踪计算，并利用修正后的前滑值对前滑计算模型自学习系数进行更新计算；

所述步骤(4)中对前滑值进行修正计算公式如下：

其中，S_h为前滑模型计算的前滑值；S_h′为修正计算后的前滑值；L₁₂为两个热金属检测器安装间距；L_HTK1为触发第一个热金属检测器HMD₁上升沿信号修正后的带钢头部位置；L_HTK2为触发第二个热金属检测器HMD₂上升沿信号修正前的带钢头部跟踪位置；K为前滑值修正因子，K取值范围为0<K≤1.0。

2.根据权利要求1所述的炉卷轧机带钢头部位置跟踪方法，其特征在于：所述热金属检测器HMD₁靠近炉卷轧机安装，热金属检测器HMD₂靠近卷取机安装，两个热金属检测器安装间距为L₁₂，且满足0.5<L₁₂<L_SC，其中，L_SC为炉卷轧机与卷取机间距，单位为m。

3.根据权利要求1所述的炉卷轧机带钢头部位置跟踪方法，其特征在于：所述步骤(2)中带钢头部位置跟踪计算通过炉卷轧机线速度和前滑值进行积分计算，计算公式为：

L_HTK＝∫v(1+S_h)dt，

其中，L_HTK为带钢头部跟踪位置；v为炉卷轧机轧辊线速度；S_h为前滑模型计算的前滑值。

4.根据权利要求1所述的炉卷轧机带钢头部位置跟踪方法，其特征在于：所述步骤(3)和步骤(4)中热金属检测器上升沿信号对带钢头部跟踪位置的修正采用跟踪修正窗口控制方式，当触发热金属检测器上升沿信号时，判断此时带钢头部跟踪位置是否处于跟踪修正窗口区间内，如果处于该区间范围，则将带钢头部跟踪位置修正为当前热金属检测器的位置，修正计算如下：

其中，L_HTK为带钢头部跟踪位置；L_i为第i个热金属检测器与炉卷轧机的距离，i为热金属检测器序号，i＝1或2；ΔL为跟踪修正窗口阈值，ΔL取值范围为0<ΔL<1.5，单位为m。

5.根据权利要求1所述的炉卷轧机带钢头部位置跟踪方法，其特征在于：所述前滑模型计算的前滑值的计算公式为：

其中，S_h为前滑模型计算的前滑值；γ为中性角；D为工作辊直径，单位为mm；h为轧机出口带钢厚度，单位为mm；β为前滑值自学习系数；

中性角计算公式如下：

其中，α为咬入角；f为摩擦系数；

咬入角计算公式如下：

其中，H为轧机入口带钢厚度，单位为mm。

6.根据权利要求1所述的炉卷轧机带钢头部位置跟踪方法，其特征在于：所述步骤(5)中前滑计算模型自学习系数由修正计算后的前滑值与前滑模型计算的前滑值相比计算得出，然后利用指数平滑法对自学习系数进行更新计算，计算过程如下：

式中，β^*为前滑计算模型自学习系数计算值；S_h为前滑模型计算的前滑值；S_h′为修正计算后的前滑值；β为新的自学习系数；β′为旧的自学习系数；λ为平滑系数，λ取值范围为0≤λ≤1。

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