CN112191694A - 一种热轧平整机辊缝自适应标定的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种热轧平整机辊缝自适应标定的方法，属于冶金行业平整机标定技术领域，本发明包括以下步骤：根据辊径计算并在中间位置进行轧制力标零，使HGC液压缸上升到标定位置，把当前的DS侧和OS侧的力均标定为零，完成位置标定；HGC液压缸位置继续上升，当上下辊面都接触带钢总轧制力到达最小轧制力时，位置控制转为总轧制力控制，且采用两个控制器分别控制轧制力；实测不同轧制力下DS侧和OS侧辊缝的偏差形成相应函数，进行新一轮轧制时与前一过程获得的数据比对，判定是否需要重新标定。本发明的标定方法消除了支撑辊、工作辊及机架制造和安装误差，还消除了不同轧制力下工作辊两端的形变误差，且自动判断是否需要重新标定，进一步降低误差。
Description
技术领域
本发明涉及冶金行业平整机标定技术领域，更具体地说，是一种热轧平整机辊缝自适应标定的方法。
背景技术
热轧平整机是冶金行业板带生产线的核心设备，用于改善带钢的机械性能、板形，提高板带的表面质量和产品质量，而辊缝标定的精度直接影响产品的质量和工作辊的使用寿命，热轧平整机的辊缝标定主要是在给定的轧制力下取得精确的辊缝，使板型得到很好的控制。但每次换辊时的标定是轻轧制力一次性标定，没有考虑不同轧制力下的实际辊缝偏差。
目前热轧平整机使用的HGC液压缸，其位置和轧制力控制都是采用一个控制器控制2个液压缸的方式，即：DS侧和OS侧各一个液压缸，实际辊缝位置＝(DS侧+OS侧)/2。在不同的轧制力下，两边的轴承座变形曲线不可能完全相同。
在固定轧制力下标定的DS侧、OS侧辊缝是准确的，但若轧制过程中的轧制力和标定辊缝使用的轧制力偏差较大时，DS及OS侧实际辊缝和标定辊缝位置误差将加大，这样系统采用倾斜控制会使DS侧和OS侧的轧制力误差加大，从而影响带钢的板型和质量，容易减短工作辊的使用寿命。
经检索，中国专利号Zl：201810051821.6，发明创造名称为：一种提高精轧机辊缝标定精度的方法，授权公告日为2018年7月17日。该申请案包括以下步骤：精轧机换辊后第一次水平辊标定；模拟轧制，确认数据设定和现场设备动作是否正常；开始轧制，判断带钢头部实际板形情况，为后面的二次标定调整提供参考；精轧进行第二次辊缝标定修正；一直正常轧制到该套轧辊下机；精轧更换新工作辊后第一次标定，本次标定按照上辊期第二次辊缝标定记录的数据进行调整；精轧的每个辊期的水平缝标定按照以上步骤循环即可。但该申请案每次轧制时都需要进行辊缝修正，在一定程度上降低了生产效率。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
为了解决现有标定方式下，采用不同轧制力轧制时标定结果误差较大影响质量的问题，本发明提供了一种热轧平整机辊缝自适应标定的方法，根据不同的轧制要求标定辊缝，提高了辊缝的标定精度，消除安装误差和工作辊两端的形变误差。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种热轧平整机辊缝自适应标定的方法，首先依次采用位置控制和轧制力控制进行辊缝标定，并采用两个控制器来分别控制DS和OS侧的轧制力，然后实测不同轧制力下DS侧和OS侧辊缝的偏差，当当前热轧操作获得的偏差同实测偏差差距较大时，进行重新标定。
更进一步地，其步骤为：
步骤一、根据辊径计算并在中间位置进行轧制力标零，使HGC液压缸上升到标定位置Hmed点，Hmed点即为HGC液压缸标定位置值；
步骤二、HGC缸上升到Hmed位后，把当前的DS侧和OS侧的轧制力均标定为零；
步骤三、HGC液压缸位置继续上升，当上下辊面都接触带钢总轧制力到达最小轧制力50吨时，位置控制转为总轧制力控制；
步骤四、依照步骤一至步骤三，实测不同轧制力下DS侧和OS侧辊缝的偏差；
步骤五、更换新钢卷进行轧制并记录数据，与前一钢卷数据比对，判定是否需要重新标定。
更进一步地，步骤一中，将弯辊设为平衡模式，Hmed点确定的依据为：Hmed＝Hmax+(Rbmax+Rwmax)-(Rbact+Rwact)-K；其中，Hmax为支撑辊和工作辊最大辊径时的辊缝，Rbmax为支撑辊最大半径，Rwmax为工作辊最大直径，Rbact为在使用的支撑辊半径，Rwact为在使用的工作辊直径，K为常数：一般取70mm。
更进一步地，步骤二中：当前DS侧的轧制力为：Fds+Fnb/2，Fds为DS侧的压力传感器计算出的力，Fnb为弯辊传感器计算出的弯辊力；当前OS侧的轧制力为：Fos+Fnb/2；Fos为OS侧的压力传感器计算出的力；当前的Fds+Fnb/2、Fos+Fnb/2数据保存为Fd’和Fo’，Fd’和Fo’为定值；则HGC液压缸总轧制力Fz＝Fd+Fo-Fnb＝(Fds-Fd’)+(Fos-Fo’)-Fnb；其中，Fd为DS侧的实际轧制力，Fo为OS侧的实际轧制力，Fd、Fo、Fds、Fos和Fnb均为实时变化值。
更进一步地，步骤三中总轧制力控制使用两个控制器来分别控制DS侧和OS侧的轧制力，首先将两侧的力分别加到25吨，保持2秒后同步加减到需要的轧制力，再保持2秒后标定辊缝零位。
更进一步地，步骤四的具体步骤为：首先设定参考轧制力，上下工作辊接触后，轧制力调到参考轧制力，分别记录HGC缸DS及OS侧的高度；然后将轧制力增加50吨，分别记录此时HGC缸DS及OS侧的高度，并分别和上次相应的高度值相减，分别求出DS和OS侧高度的差值HDS和HOS，然后保存HDS-HOS的值，记为H1；之后每次将轧制力相较于上一次增加50吨，并依照上述步骤依次记录和前次差值H2、H3～Hn；最后以轧制力和H1～Hn作为横、纵坐标形成分段函数。
更进一步地，步骤五中进行钢卷轧制时，记录该钢卷轧制时的数据并保存；进行新钢卷轧制时，记录的相关数据，和上卷的轧制数据比对；当上卷钢卷对应步骤四的数值Hx和本次对应步骤四的数值Hy的差值的绝对值>0.08mm时，通过步骤一至步骤三重新标定辊缝。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种热轧平整机辊缝自适应标定的方法，模型自动根据上卷和当前钢卷的数据自动判断要不要重新标定辊缝数据，在数据变化较大时，结合实测获得的偏差值，自动计算需不需要重新标定辊缝值并执行必要的操作，尽量降低设备运行时辊缝的误差，也不必每次轧制时都进行重新标定，一定程度上提高了生产效率。
(2)本发明的一种热轧平整机辊缝自适应标定的方法，结合多种传感结果进行计算，消除了支撑辊、工作辊及机架制造和安装误差，利用两个传感器分别且同步控制两侧轧制力，消除了不同轧制力下工作辊两端的形变误差，提高带钢的表面质量和板型、同时减小平整机在轧制过程中轧制力的波动，目标轧制力精度控制在±1％以内；同时提高了平整机运行的稳定性，减少故障时间，提高产品产量及质量，并延长工作辊的使用寿命。
附图说明
图1为本发明一种热轧平整机辊缝自适应标定的方法的控制流程图；
图2为实施例1中的分段函数图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例的一种热轧平整机辊缝自适应标定的方法，首先依次采用位置控制和轧制力控制进行辊缝标定，并采用两个控制器来分别控制DS和OS侧的轧制力，然后实测不同轧制力下DS侧和OS侧辊缝的偏差，当当前热轧操作获得的偏差同实测偏差差距较大时，进行重新标定，提高了控制精度，具体步骤为：
步骤一、根据辊径计算并在中间位置进行轧制力标零，提高轧制力的控制精度；弯辊为平衡模式，HGC液压缸上升到标定位置Hmed点；
其中，Hmed＝Hmax+(Rbmax+Rwmax)-(Rbact+Rwact)-K
Hmed：HGC液压缸标定位置值(单位mm)
Hmax：支撑辊和工作辊最大辊径时的辊缝(一般取100mm)
Rbmax：支撑辊最大半径(单位mm)
Rwmax：工作辊最大直径(单位mm)
Rbact：在使用的支撑辊半径(单位mm)
Rwact：在使用的工作辊直径(单位mm)
K：常数(一般取70mm)。
步骤二、HGC缸上升到Hmed位后，稳定2秒，把此时DS侧的轧制力：Fds+Fnb/2和OS侧的轧制力：Fos+Fnb/2均标定为零，并把此时的Fds+Fnb/2、Fos+Fnb/2数据保存为Fd’和Fo’；
在该位置记录的Fd’和Fo’并不是实际的轧制力，但却包含在总的轧制力里面，故在进行总轧制力计算时需去除，其中，Fd’和Fo’是定值，它是下支撑辊及工作辊的重量决定的，一旦固定就不再变化，通过HGC缸上升到Hmed位置这一条件测得，而在轧制过程中Fds、Fos和Fnb是实时变化的，故通过下式可计算实时的总轧制力，式中Fd和Fo也是实时变化值：
Fz＝Fd+Fo-Fnb＝(Fds-Fd’)+(Fos-Fo’)-Fnb
Fz：HGC液压缸总轧制力
Fd：DS侧的实际轧制力
Fds：DS侧的压力传感器计算出的力
Fnb：弯辊传感器计算出的弯辊力
Fo：OS侧的实际轧制力
Fos：OS侧的压力传感器计算出的力
这样从HGC缸DS侧和OS侧读取的压力数据计算出来的力包含了支撑辊和工作辊的重量和负弯力及传感器的死区等值，消除了计算辊重时的误差。
步骤三、HGC液压缸位置上升，若上下辊面都接触带钢总轧制力到达最小轧制力50吨(通过步骤一中Fz进行判断)时，位置控制转为总轧制力控制；
由于是总轧制力控制状态，传动侧Fd和操作侧Fo的轧制力不一定会相等。本实施例中总轧制力控制使用两个控制器来分别控制DS侧和OS侧的轧制力，相较于使用单控制器控制的是DS、OS侧的合力，使用两个控制器能够更精确的分别控制两侧轧制力，利于进行精准标定。首先将两侧的力分别加到25吨，保持2秒后同步加减到需要的轧制力，再保持2秒后标定辊缝零位。
使用上述标定方式后，能够消除支撑辊、工作辊及机架制造和安装误差；通过同步加减两侧的轧制力，消除轧制力偏差造成的单边辊印问题，保证了两端的力平衡，消除了不同轧制力下工作辊两端的形变误差，在当前的轧制力下两侧的辊缝值精度得到了保证。
步骤四、实测不同轧制力下DS侧和OS侧辊缝的偏差，作为系统判断是否需要重新进行标定的依据；
首先以100吨为参考轧制力，上下工作辊接触后，轧制力调到100吨，分别记录HGC缸DS及OS侧的高度。然后把轧制力调到150吨记录好两侧相应的高度，并分别和上次的高度值相减，分别求出DS和OS侧高度的差值HDS和HOS，然后保存HDS-HOS值，记为H1。之后把轧制力分别调到200、250、300、350、400、450、500、550、600、650，并依照上述步骤依次记录和前次差值H2～H12。最后做成分段函数用来参考(值得注意的是，不同的设备获得的数据也不一样，应用的别的设备时按上述方法即可得到相应的分段函数)，其中纵坐标是100～650吨，横坐标是H1～H12值。
步骤五、接收新的钢卷数据和前钢卷数据比对，对照步骤三计算的数据判断是否需要重新标定；
热轧平整机每次钢卷轧制完成后，记录当前的数据保存。当下一卷的钢卷数据下发后，和上卷的轧制数据比对。上卷钢卷对应步骤四的数值Hx和本次对应的数值Hy差值的绝对值>0.08mm(经验数据)时，就需要通过步骤一至步骤三重新标定辊缝，重新标定后使当前轧制力下的辊缝更精确；且仅需要在超过差值时进行重新标定，在一定程度上提高了生产效率。
本实施例基于通用PLC及控制器开发，将上述提供轧制力计算的相关公式和标定辊缝的方法，转化成控制程序可实现高精度及稳定的标定功能，能够利用西门子SIMATICS7-400PLC及FM-458控制器硬件平台，在热轧平整线工程项目取得预期的效果，使用上述设备实现自动化标定的过程为：
1)由于液压伺服的控制上快速响应要求，在S7-400-PLC主机架上安装FM458和EXM438模块，HGC液压缸位置信号用的MTS磁尺传感器接到SSI绝对值通道，平整机轧制力的压力传感器通过模拟量通道接入测量延伸率用的编码器经由增量编码器通道接入，控制伺服阀的由高精度模拟量输出，这些和控制相关的重要数据通过FM458运算并快速执行。它们之间的快速数据交换是通过底板的LE BUS总线实现，S7-400-PLC和FM458控制器之间通过底板P-BUS总线通讯，完成数据的快速交换。
2)在FM458中采用CFC编程语言编程，并编写HGC液压缸的位置及轧制力模拟测试程序，测试程序的正确性。
3)S7-400CPU做自动换辊顺序逻辑，湿光整系统、阶梯板、斜切、防缠辊、防皱辊线下设备的控制和线上CPU的生产数据交换及HMI显示用。
4)现场调试首先确保液压站的稳定运行。测试单个伺服阀，调整好DS侧和OS侧HGC压上缸同步上升和下降及快速打开功能，把正弯力和负弯力调试稳定；等上面的工作完成后才可以把支撑辊和工作辊放入机架内开始带辊调试。
5)现场调试好平整机位置、轧制力控制，并成功完成高精度辊缝标定控制功能。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种热轧平整机辊缝自适应标定的方法，其特征在于：首先依次采用位置控制和轧制力控制进行辊缝标定，并采用两个控制器来分别控制DS和OS侧的轧制力，然后实测不同轧制力下DS侧和OS侧辊缝的偏差，当当前热轧操作获得的偏差同实测偏差差距较大时，进行重新标定。
2.根据权利要求1所述的一种热轧平整机辊缝自适应标定的方法，其特征在于，其步骤为：
步骤一、根据辊径计算并在中间位置进行轧制力标零，使HGC液压缸上升到标定位置Hmed点，Hmed点即为HGC液压缸标定位置值；
步骤二、HGC缸上升到Hmed位后，把当前的DS侧和OS侧的轧制力均标定为零；
步骤三、HGC液压缸位置继续上升，当上下辊面都接触带钢总轧制力到达最小轧制力50吨时，位置控制转为总轧制力控制；
步骤四、依照步骤一至步骤三，实测不同轧制力下DS侧和OS侧辊缝的偏差；
步骤五、更换新钢卷进行轧制并记录数据，与前一钢卷数据比对，判定是否需要重新标定。
3.根据权利要求2所述的一种热轧平整机辊缝自适应标定的方法，其特征在于：步骤一中，将弯辊设为平衡模式，Hmed点确定的依据为：
Hmed＝Hmax+(Rbmax+Rwmax)-(Rbact+Rwact)-K
其中，Hmax为支撑辊和工作辊最大辊径时的辊缝，Rbmax为支撑辊最大半径，Rwmax为工作辊最大直径，Rbact为在使用的支撑辊半径，Rwact为在使用的工作辊直径，K为常数：一般取70mm。
4.根据权利要求3所述的一种热轧平整机辊缝自适应标定的方法，其特征在于，步骤二中：
当前DS侧的轧制力为：Fds+Fnb/2，Fds为DS侧的压力传感器计算出的力，Fnb为弯辊传感器计算出的弯辊力；
当前OS侧的轧制力为：Fos+Fnb/2；Fos为OS侧的压力传感器计算出的力；
当前的Fds+Fnb/2、Fos+Fnb/2数据保存为Fd’和Fo’，Fd’和Fo’为定值；
则HGC液压缸总轧制力Fz＝Fd+Fo-Fnb＝(Fds-Fd’)+(Fos-Fo’)-Fnb
其中，Fd为DS侧的实际轧制力，Fo为OS侧的实际轧制力，Fd、Fo、Fds、Fos和Fnb均为实时变化值。
5.根据权利要求4所述的一种热轧平整机辊缝自适应标定的方法，其特征在于：步骤三中总轧制力控制使用两个控制器来分别控制DS侧和OS侧的轧制力，首先将两侧的力分别加到25吨，保持2秒后同步加减到需要的轧制力，再保持2秒后标定辊缝零位。
6.根据权利要求5所述的一种热轧平整机辊缝自适应标定的方法，其特征在于，步骤四的具体步骤为：
首先设定参考轧制力，上下工作辊接触后，轧制力调到参考轧制力，分别记录HGC缸DS及OS侧的高度；
然后将轧制力增加50吨，分别记录此时HGC缸DS及OS侧的高度，并分别和上次相应的高度值相减，分别求出DS和OS侧高度的差值HDS和HOS，然后保存HDS-HOS的值，记为H1；
之后每次将轧制力相较于上一次增加50吨，并依照上述步骤依次记录和前次差值H2、H3～Hn；
最后以轧制力和H1～Hn作为横、纵坐标形成分段函数。
7.根据权利要求6所述的一种热轧平整机辊缝自适应标定的方法，其特征在于：步骤五中进行钢卷轧制时，记录该钢卷轧制时的数据并保存；进行新钢卷轧制时，记录的相关数据，和上卷的轧制数据比对；当上卷钢卷对应步骤四的数值Hx和本次对应步骤四的数值Hy的差值的绝对值>0.08mm时，通过步骤一至步骤三重新标定辊缝。
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