CN112453056B - 一种基于传动辊微转矩的辊道粘铝控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于传动辊微转矩的辊道粘铝控制方法，属于有色金属压延技术领域。该方法首先在轧机两侧附近区域选择单个电机独立驱动的传动辊作为实验辊，随后对该传动辊进行实验，根据现场辊道情况选择一组传送辊道作为待修正辊道，在系统中修改轧制过程传动辊速度控制模式，调取正常生产的过程数据，最后针对轧件和传送辊道速度不匹配的情况，修正传送辊道速度设定值或传送辊道驱动方式。本发明通过修改轧制过程传动辊的速度控制模式，对比传动辊和待修正传送辊道的速度来验证轧件速度和待修正传送辊道速度的匹配性，进而对待修正传送辊道速度进行修正，减少因轧件速度与传送辊道速度不匹配导致的辊道粘铝和轧件表面擦划伤缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及有色金属压延技术领域，特别是指一种基于传动辊微转矩的辊道粘铝控制方法。
背景技术
铝板带热轧生产过程中，常出现辊道粘铝影响表面质量的问题。究其原因，主要是轧件的传送要由传送辊道完成，传送辊道又由许多传动辊共同组成，每台电机可以驱动单个传动辊，也可以驱动由多个传动辊组成的某组传送辊道。驱动传送辊道的电机一般都采用变频调速系统，其主要包含两种控制模式，即速度环控制模式和转矩环控制模式。铝板带轧制中，驱动电机一般为速度环控制，此时电机以实际设定的速度进行闭环控制，通过减速系统驱动传动辊以某一速度旋转，从而达到传送轧件的目的。然而，铝板带轧制中轧机驱动电机与传送辊道驱动电机存在较大差别，且传送辊道的速度控制精度不高时，不能保证传送辊道的线速度与轧制过程轧件的速度完全一致。当两者存在速度差时，轧件和传送辊道之间将产生相对滑动，造成轧件擦划伤的表面质量缺陷。
为了改善这种轧件与传送辊道之间因存在速度差而产生的表面缺陷，需要对传送辊道速度与轧件速度的匹配性进行研究，然后通过修正传送辊道速度来消除轧件与传送辊到的速度差，从而改善轧件表面质量缺陷。为改善轧件与传送辊道相对滑动造成的表面质量缺陷，许多学者进行了研究。文献1(连轧生产线辊道速度的设定方法，基础自动化，1999，第6卷，第4期)提出了一种新的辊道速度设定方法，通过优化设定变频器速度和电机定子频率，可以避免辊道和棒材的相对滑动并改善了棒材的表面质量。文献2(冷床无摩擦对齐辊道，授权专利，CN203842928U)提供了一种冷轧无摩擦对齐辊道，可以在使冷床上棒材头部对齐的同时保证轧件与传送辊道无相对运动，避免棒材表面产生摩痕。文献3(一种避免带钢尾部在卷取机前起套的方法，授权专利，CN103521554B)通过加大层流冷却上集管水量，利用水流向下的冲力增强带钢和辊道的贴合度，通过增加辊道和带钢的摩擦力来增加两者的同步性，避免了传送辊道传动设备减速不同步情况的发生，减少了薄带钢尾部在卷取机前起套导致带钢划伤的发生，提高了产品质量和成品率。由上述文献可知，改善轧件与传送辊道的速度匹配性是提升轧件表面质量的重要手段，因此，找到某种简便可行的方法对轧件和传送辊道速度匹配性进行测试，然后通过修正传送辊道速度提升轧件和传送辊道速度的匹配性，对改善铝板带的表面质量具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于传动辊微转矩的辊道粘铝控制方法，对铝板带热轧中轧件速度和传送辊道速度的匹配性进行测试，以此为基础对传送辊道速度进行修正，通过减小轧件和传送辊道的相对滑动来改善轧件表面擦划伤缺陷，进而提升铝板带的表面质量。
该方法首先在轧机两侧附近区域选择单个电机独立驱动的传动辊作为实验辊；随后对该传动辊进行实验，将传动辊驱动电机控制模式修改为转矩环控制模式并施加驱动转矩M，以使传动辊处于由静止到开始转动的临界状态；接着根据现场辊道情况选择一组传送辊道作为待修正辊道；然后在系统中修改轧制过程传动辊速度控制模式，以轧件开始咬入轧机为信号，将传动辊控制模式由速度环控制切换为转矩环控制；然后调取正常生产的过程数据，对轧机速度、传动辊速度和待修正传送辊道速度进行分析，得到轧件速度与待修正传送辊道速度的匹配情况；最后针对轧件和传送辊道速度不匹配的情况，修正传送辊道速度设定值或传送辊道驱动方式，通过提高轧机和传送辊道速度匹配性来减少辊道粘铝，提高铝板带轧制的表面质量。
具体包括步骤如下：
(1)在轧机两侧附近区域选择单个电机独立驱动的传动辊作为实验辊，该传动辊尽可能接近轧机辊缝，以保证轧件与该传动辊正常接触且有尽可能多的接触时间；
(2)将传动辊驱动电机控制模式设置为转矩环控制模式，施加驱动转矩M使传动辊处于由静止到开始转动的临界状态，记录下该转矩值，然后将传动辊驱动电机控制模式设置为速度环控制模式；
(3)选择一组传送辊道作为待修正传送辊道，该传送辊道驱动电机控制模式为速度环控制模式；
(4)修改轧制过程传动辊驱动电机控制程序，以轧件被咬入轧机为信号，将传动辊驱动电机控制模式由速度环切换为转矩环，且转矩值为M，然后再以轧件出轧机为信号，将传动辊驱动电机控制模式由转矩环切换为速度环；
(5)正常生产中传动辊被轧件带动旋转，其线速度将与轧件速度相同，调取生产过程数据，对轧机速度、传动辊速度和待修正传送辊道速度进行分析，通过对比传动辊与待修正传送辊道的速度值和速度变化情况来验证轧件与待修正传送辊道速度的匹配性；
(6)当轧件速度与传送辊道速度不匹配时，通过修正传送辊道速度设定值或传送辊道驱动方式来提高轧件和传送辊道速度匹配性，进而通过减少辊道粘铝来提高铝板带轧制的表面质量。
其中，步骤(1)中选择传动辊作为实验辊时，在轧机某侧选择一根传动辊或在轧机两侧各选择一根传动辊；选择的传动辊与轧机辊缝尽可能近，保证轧件与传动辊正常接触且有尽可能多的接触时间，若轧机附近无合适传动辊但轧件长度足够长，选择距离稍远的传动辊作为实验辊；所选择的传动辊为单个电机驱动，有利于切换传动辊速度控制模式并提高传动辊速度反馈值的精度。
步骤(2)中对传动辊进行实验时将传动辊驱动电机控制模式修改为转矩环模式，考虑传动辊自身转动惯量、传动辊两端轴承摩擦系数和电机传动效率设定传动辊驱动电机的转矩值M，在该转矩值作用下传动辊处于由静止到开始转动的临界状态，即施加转矩M后传动辊静止，但与运动的轧件接触后传动辊跟随轧件以相同的线速度旋转；确定转矩M的值后，将传动辊驱动电机控制模式设定为速度环模式。
步骤(3)中选择一组传送辊道作为待修正传送辊道时，根据现场情况选择磨损或粘铝严重的传送辊道作为待修正辊道，以验证该传送辊道与轧件的速度匹配情况。
步骤(4)中以轧件被咬入轧机为信号，将传动辊驱动电机控制模式由速度环切换为转矩环，且转矩值大小为步骤(2)中得到的转矩值M，然后再以轧件出轧机为信号，将传动辊驱动电机控制模式由转矩环切换为速度环，即保持轧制过程中传动辊电机控制模式为转矩环，轧制前和轧制完成后传动辊电机控制模式为速度环。
步骤(5)中轧制完成后调取生产过程数据，对轧机速度、传动辊速度和待修正传送辊道速度值和速度变化情况进行分析，其中传动辊速度和待修正传送辊道速度均由系统通过电机反馈电流值计算得到。
步骤(6)中由于传动辊被轧件拖动旋转，此时传动辊线速度与轧件速度一致，当轧件速度与传送辊道速度不匹配时，需要以传动辊速度为准，修正传送辊道速度设定值或传送辊道驱动方式，通过提高轧件和传送辊道速度匹配性来减少辊道粘铝，提高铝板带轧制的表面质量。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1、本发明基于传动辊微转矩的辊道粘铝控制方法，选择轧机两侧正常传动辊道作为实验辊，根据轧制开始信号将其控制模式由速度环切换为转矩环，实施过程仅需修改传动辊的速度控制模式，而不需添加新的设备；
2、本发明基于传动辊微转矩的辊道粘铝控制方法，可以根据现场传送辊道情况，对不同区域的传送辊道进行速度匹配性检测；
3、本发明基于传动辊微转矩的辊道粘铝控制方法，通过对不同区域传送辊道速度和轧件速度匹配性的检测，对不同区域传送辊道速度进行修正，可以提高传送辊道与轧件的速度匹配性，减少辊道粘铝，提高轧件表面质量。
附图说明
图1为本发明传送辊道速度修正方法实施流程图；
图2为本发明轧机辊缝右侧传动辊与轧机相对位置图；
图3为本发明待修正传送辊道与轧机相对位置图；
图4为本发明实验过程某道次生产数据曲线图。
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。
本发明提供一种基于传动辊微转矩的辊道粘铝控制方法。
本方法首先在轧机两侧附近区域选择单个电机独立驱动的传动辊作为实验辊；随后对该传动辊进行实验，将传动辊驱动电机控制模式修改为转矩环控制模式并施加驱动转矩M，以使传动辊处于由静止到开始转动的临界状态；接着根据现场辊道情况选择一组传送辊道作为待修正辊道；然后在系统中修改轧制过程传动辊速度控制模式，以轧件开始咬入轧机为信号，将传动辊控制模式由速度环控制切换为转矩环控制；然后调取正常生产的过程数据，对轧机速度、传动辊速度和待修正传送辊道速度进行分析，得到轧件速度与待修正传送辊道速度的匹配情况；最后针对轧件和传送辊道速度不匹配的情况，修正传送辊道速度设定值或传送辊道驱动方式，通过提高轧机和传送辊道速度匹配性来减少辊道粘铝，提高铝板带轧制的表面质量。
该方法实施流程如图1所示，具体包括步骤如下：
(1)在轧机两侧附近区域选择单个电机独立驱动的传动辊作为实验辊，该传动辊应尽可能接近轧机辊缝，以保证轧件与该传动辊正常接触且有尽可能多的接触时间；
(2)将传动辊驱动电机控制模式设置为转矩环控制模式，施加驱动转矩M使传动辊处于由静止到开始转动的临界状态，记录下该转矩值，然后将传动辊驱动电机控制模式设置为速度环控制模式；
(3)选择一组传送辊道作为待修正传送辊道，该传送辊道驱动电机控制模式为速度环控制模式；
(4)修改轧制过程传动辊驱动电机控制程序，以轧件被咬入轧机为信号，将传动辊驱动电机控制模式由速度环切换为转矩环，且转矩值为M，然后再以轧件出轧机为信号，将传动辊驱动电机控制模式由转矩环切换为速度环；
(5)正常生产中传动辊被轧件带动旋转，其线速度与轧件速度相同，调取生产过程数据，对轧机速度、传动辊速度和待修正传送辊道速度进行分析，通过对比传动辊与待修正传送辊道的速度值和速度变化情况来验证轧件与待修正传送辊道速度的匹配性；
(6)当轧件速度与传送辊道速度不匹配时，通过修正传送辊道速度设定值或传送辊道驱动方式来提高轧件和传送辊道速度匹配性，进而通过减少辊道粘铝来提高铝板带轧制的表面质量。
其中，步骤(1)中选择传动辊作为实验辊时，在轧机某侧选择一根传动辊或在轧机两侧各选择一根传动辊；选择的传动辊与轧机辊缝尽可能近，保证轧件与传动辊正常接触且有尽可能多的接触时间，若轧机附近无合适传动辊但轧件长度足够长，选择距离稍远的传动辊作为实验辊；所选择的传动辊为单个电机驱动，有利于切换传动辊速度控制模式并提高传动辊速度反馈值的精度。
步骤(2)中，对传动辊进行实验时将传动辊驱动电机控制模式修改为转矩环模式，考虑传动辊自身转动惯量、传动辊两端轴承摩擦系数和电机传动效率设定传动辊驱动电机的转矩值M，在该转矩值作用下传动辊处于由静止到开始转动的临界状态，即施加转矩M后传动辊静止，但与运动的轧件接触后传动辊跟随轧件以相同的线速度旋转；确定转矩M的值后，将传动辊驱动电机控制模式设定为速度环模式。
步骤(3)中，选择一组传送辊道作为待修正传送辊道时，根据现场情况选择磨损或粘铝严重的传送辊道作为待修正辊道，以验证该传送辊道与轧件的速度匹配情况。
步骤(4)中，以轧件被咬入轧机为信号，将传动辊驱动电机控制模式由速度环切换为转矩环，且转矩值大小为步骤(2)中得到的转矩值M，然后再以轧件出轧机为信号，将传动辊驱动电机控制模式由转矩环切换为速度环，即保持轧制过程中传动辊电机控制模式为转矩环，轧制前和轧制完成后传动辊电机控制模式为速度环。
步骤(5)中，轧制完成后调取生产过程数据，对轧机速度、传动辊速度和待修正传送辊道速度进行分析，其中传动辊和待修正传送辊道速度均由系统通过电机反馈的电流值计算得到。
步骤(6)中，由于传动辊被轧件拖动旋转，此时传动辊线速度与轧件速度一致，当轧件速度与传送辊道速度不匹配时，需要以传动辊速度为准，修正传送辊道速度设定值或传送辊道驱动方式，通过提高轧件和传送辊道速度匹配性来减少辊道粘铝，提高铝板带轧制的表面质量。
下面结合具体实施例予以说明。
实施例1
步骤(1)：作为实验辊的传动辊要与轧机辊缝尽可能近，以保证轧件与传动辊正常接触且有尽可能多的接触时间；所选择的传动辊应为单个电机驱动，这有利于切换传动辊速度控制模式并提高传动辊速度反馈值的精度；本实施例中选择轧机辊缝右侧某一传动辊作为实验辊，该传动辊与轧机辊缝距离较近且由单台电机独立驱动，其与轧机的相对位置如图2所示。
步骤(2)：对传动辊进行实验，将其驱动电机控制模式修改为转矩环模式，考虑其自身转动惯量、两端轴承摩擦系数和电机传动效率等因素的影响后将驱动传动辊电机转动的转矩值M设定为±3.75kN·m，在该转矩值作用下传动辊保持静止，人为施加微小转矩后传动辊便开始转动，由此可知，在此转矩作用下，当轧件与传动辊接触后，传动辊将开始转动且其线速度等于轧件速度。
步骤(3)：轧机右侧助卷机下的一组传送辊道共包含12根传动辊，由一台电机通过链条传动方式驱动，生产中此组传送辊道发生粘铝的情况严重，会造成热轧铝板带表面擦划伤缺陷，因此选取此组传送辊道作为待修正传送辊道，其与轧机的相对位置如图3所示。
步骤(4)：轧制实验中，传动辊驱动电机控制模式需要由速度环切换为转矩环，为了在轧件到达传动辊前其速度控制模式已切换为转矩环，需要提前将传动辊驱动电机控制模式进行切换，因此以轧制力曲线为信号，轧制力从无变有时，将传动辊速度控制模式由速度环切换为转矩环，当轧件出轧机后，轧制力曲线变为0,此时将传动辊驱动电机控制控制模式由转矩环切换为速度环。
步骤(5)：正常轧制直至整个轧制过程完成，调取生产过程数据，对轧机、传动辊和待修正传送辊道的速度值和速度变化情况进行分析，其速度曲线如图4所示。
由图4可知，轧制速度减小，传动辊(图中为“右偏导辊”)和待修正传送辊道(图中为“工作辊道(三)”)的速度也减小，有明显的降速段和稳定段，变化趋势明显。其中传动辊和待修正传送辊道的速度均由系统通过电机反馈的电流值计算得到，其线速度值可通过驱动电机和传送辊道的减速比以及传送辊道直径计算得到。实验中轧机、传动辊和待修正传送辊道的速度变化情况如表1所示。
表1轧制过程某道次速度变化情况
轧制过程中存在前滑，轧件速度大于轧机速度，实验过程中传动辊是由轧件带动旋转的，其线速度与轧件速度一致，因此传动辊速度大于轧机速度；传动辊和待修正传送辊道的速度是由驱动电机的反馈电流计算得到的，反馈误差的存在使传动辊速度和待修正传送辊道速度存在一定偏差，但偏差很小，说明本道次轧制过程轧件与待修正传送辊道的速度一致，较为匹配。
通过进一步的研究发现，在负载较重时待修正传送辊道会出现打滑现象，这是因为待修正传送辊道的所有12根传动辊由一台电机驱动，而此台电机与另外两台电机由一个变频器共同控制，变频器控制的传送辊道过多时，会造成部分电机输出转矩过小，导致待修正传送辊道在传送较厚轧件时产生打滑，进而产生严重的辊道粘铝现象。此时，单纯通过步骤(6)中修改传送辊道速度设定值将不能很好起到改善轧件与传送辊道速度匹配性的目的，需要增加变频器数目使一组传送辊道对应的电机由一个变频器单独控制，通过提高驱动电机输出转矩精度来改善待修正传送辊道与轧件速度不匹配导致的严重粘铝问题。
当然，以上传动辊和待修正传送辊道的选取仅仅为一个举例，并不作为限制，在满足以上实验条件的情况下，传动辊与轧件接触性越好，传动辊和待修正传送辊道电流反馈值精度越高，实验的精度也将越高，也就越有利与传送辊道速度的修正和轧件表面质量缺陷的改善。
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)
1.一种基于传动辊微转矩的辊道粘铝控制方法，其特征在于：包括步骤如下：
（1）在轧机两侧附近区域选择单个电机独立驱动的传动辊作为实验辊，该传动辊尽可能接近轧机辊缝，保证轧件与该传动辊正常接触且有尽可能多的接触时间；
（2）将传动辊驱动电机控制模式设置为转矩环控制模式，施加驱动转矩M使传动辊处于由静止到开始转动的临界状态，记录下该转矩值，然后将传动辊驱动电机控制模式设置为速度环控制模式；
（3）选择一组传送辊道作为待修正传送辊道，该传送辊道驱动电机控制模式为速度环控制模式；
（4）修改轧制过程传动辊驱动电机控制程序，以轧件被咬入轧机为信号，将传动辊驱动电机控制模式由速度环控制模式切换为转矩环控制模式，且转矩值为M，然后再以轧件出轧机为信号，将传动辊驱动电机控制模式由转矩环控制模式切换为速度环控制模式；
（5）试验过程中传动辊被轧件带动旋转，其线速度将与轧件速度相同，调取生产过程数据，对轧机速度、传动辊速度和待修正传送辊道速度进行分析，当传动辊与待修正传送辊道的速度值和速度变化情况一致时，说明轧件与待修正传送辊道速度匹配良好，当两者速度值和速度变化情况不一致时，说明轧件与待修正传送辊道速度不匹配，以此来验证轧件与待修正传送辊道速度的匹配性；
（6）当轧件速度与待修正传送辊道速度不匹配时，通过修正待修正传送辊道速度设定值或修正待修正传送辊道驱动方式来提高传送辊道速度控制精度，进而提高轧件和传送辊道速度的一致性和匹配性，减少辊道粘铝，提高铝板带轧制的表面质量。
2.根据权利要求1所述的基于传动辊微转矩的辊道粘铝控制方法，其特征在于：所述步骤（1）中在轧机一侧选择一根传动辊作为实验辊或在轧机两侧各选择一根传动辊作为实验辊；所选择的传动辊为单个电机驱动。
3.根据权利要求1所述的基于传动辊微转矩的辊道粘铝控制方法，其特征在于：所述步骤（2）中驱动转矩M能够使传动辊处于由静止到开始转动的临界状态，即施加转矩M后传动辊静止，但与运动的轧件接触后传动辊跟随轧件以相同的线速度旋转。
4.根据权利要求1所述的基于传动辊微转矩的辊道粘铝控制方法，其特征在于：所述步骤（3）中的待修正传送辊道为磨损或粘铝严重的传送辊道。
5.根据权利要求1所述的基于传动辊微转矩的辊道粘铝控制方法，其特征在于：所述步骤（4）中保持轧制过程中传动辊电机控制模式为转矩环控制模式，轧制前和轧制完成后传动辊电机控制模式为速度环控制模式。
6.根据权利要求1所述的基于传动辊微转矩的辊道粘铝控制方法，其特征在于：所述步骤（5）中传动辊速度和待修正传送辊道速度均由系统通过电机反馈电流值计算得到。
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