CN112893482B - 高强钢卷取张力控制方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

高强钢卷取张力控制方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种高强钢卷取张力控制方法、装置、设备及存储介质，该方法包括如下步骤：确定卷取机芯轴建张后的最大张力值；将最大张力值确定为恒定控制张力值；依据恒定控制张力值与预设的带钢参数，确定卷取机芯轴的张力设定矫正值T；根据芯轴的电机运动的线速度V以及角速度ω确定出带钢对应的卷径D；根据恒定控制张力设定矫正值T、带钢对应的卷径D以及芯轴电机的参数，确定控制芯轴的恒定张力值所需电机电流I。与现有技术相比，本申请的方法考虑了卷取过程中带钢宽度以及厚度的变化情况，避免由于卷取过程中卷筒扭矩持续变化带来的不稳定转换，导致张力波动，从而产生卷形问题，提升了钢带卷取的质量。

Description

高强钢卷取张力控制方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本申请属于热轧高强钢的张力控制方法技术领域，尤其涉及一种高强钢卷取张力控制方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
在热轧带钢生产中，卷取机的张力设定是一个非常重要的环节，也是卷形质量控制中的关键，随着国内钢铁市场对高强品种钢的需求量越来越大，在保证卷取高强规格的同时也对成品钢卷的外观质量要求越来越高。
本发明的研究基于涟钢2250热轧板厂的在高强钢生产过程中一直存在卷取张力随着带钢的长度波动而变化的异常问题，展开相关的发明研究工作。
现有的卷取张力控制采用分段卷取张力控制模式，分段卷取张力控制的模式，计算张力与厚度及宽度的变化趋势不成正比，而该模式中并未考虑到该变化，会导致卷取过程中不稳定，对卷取的卷形质量影响较大。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种高强钢卷取张力控制方法、装置、设备及存储介质，以解决现有技术中存在的高强钢卷取张力控制方法技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种高强钢卷取张力控制方法，包括：
确定卷取机芯轴建张后的最大张力值TTOP；
将最大张力值TTOP确定为恒定控制张力值；
依据恒定控制张力值TTOP与预设的带钢参数，确定卷取机芯轴的张力设定矫正值T；
根据芯轴的电机运动的线速度V以及角速度ω确定出带钢对应的卷径D；
根据恒定控制张力设定矫正值T、带钢对应的卷径D以及芯轴电机的参数，确定控制芯轴的恒定张力值所需电机电流I。
第二方面，本发明实施例还提供了一种用于高强钢卷取张力控制装置，包括
第一确定模块，用于确定卷取机芯轴建张后的最大张力值TTOP；
第二确定模块，用于将最大张力值TTOP确定为恒定控制张力值；
第三确定模块，用于依据恒定控制张力值TTOP与预设的带钢参数，确定卷取机芯轴的张力设定矫正值T；
第四确定模块，用于根据芯轴的电机运动的线速度V以及角速度ω确定出带钢对应的卷径D；
控制模块，用于根据恒定控制张力设定矫正值T、带钢对应的卷径D以及芯轴电机的参数，确定控制芯轴的恒定张力值所需电机电流I。
第三方面，本发明实施例还提供了一种用于控制高强钢卷取张力设备，该设备包括处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；处理器执行计算机程序指令时实现如上述的在高强钢卷取张力控制方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，计算机存储介质上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时实现如上述的高强钢卷取张力控制方法。
本申请提供的高强钢卷取张力控制方法的有益效果在于：与现有技术相比，本申请高强钢卷取张力控制方法，考虑了卷取张拉过程中带钢宽度以及厚度的变化情况，避免由于卷取过程中卷筒扭矩持续变化带来的不稳定转换，导致的张力波动，产生卷形问题，提升了钢带卷取的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的分段张力控制示意图；
图2为本申请的高强钢卷取张力控制方法的流程框图；
图3为本申请实施例提供的高强钢卷取恒定张力控制的示意图。
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。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。
除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。
现有模型中，所使用的带钢卷取张力计算模型的近似公式如式(4)：
Figure BDA0002902678130000031
其中：Rset表示设定电机扭矩系数，roncoil表示在卷取机内的钢卷卷径，H表示带钢厚度，W表示带钢宽度。模型输入Rset经过计算机计算后得到张力T下发至一级执行，Rset在一定厚度及宽度区间为同一参数值。如图1所示，根据钢卷卷径变化将张力控制分为五个阶段，分别在卷取过程中选取5个时刻点进行调整：
1.卷取机在芯轴加载后，开始的时刻点为ALE，此时开始执行计算后的预设张力值TLE；
2.芯轴在膨胀后，此时的时刻点为ATOP，执行TTOP的张力设定值，达到最大张力卷取；
3.助卷辊打开时，此时的时刻点为ALE2，执行TLE2的张力设定值，并逐步减小至T1的张力设定值并保持直至精轧机第一个机架卸载；
4.当精轧机第一个机架F1开始抛钢起，此时的时刻点为A1，根据斜率逐步减小T1直至T2；
5.精轧末机架抛钢时，此时的时刻点为A2，张力值减至T2，保持T2的张力设定值直至带钢卷取完成。
分段卷取张力控制模式可以有效的对带钢头部、中部及尾部各阶段的卷取卷形进行控制，合理的张力设定可以大幅提高钢卷的卷形质量。但是通过研究发现，在生产高强厚规格带钢过程中，由于成品带钢的长度随厚度增加而变得越来越短，导致出现带钢头部未进入卷取机而精轧机末机架已经完成抛尾的情况，此时张力控制将没有第四个阶段，带钢头部在进入卷取机后的张力仅由夹送辊与芯轴之间建立，在高强钢的卷取过程中容易发生夹送辊打滑，造成卷取过程的不稳定。同时设定的模型张力也存在一定变化。当钢带厚度较薄时可适用上述的模型进行计算，但是高强度的厚钢板不适用于上述的模型，原因是在此区间中的模型计算张力与厚度及宽度变化趋势不成正比，此问题导致同一厚度规格但长度不同时的计算张力发生较大变化，引起在卷取过程中的不稳定，对卷取的卷形质量影响较大，会导致其出现卷形层错等现象。
本发明实施例针对二级模型中的张力计算，在不断优化改进的实践基础上，保留原有分阶段张力控制功能的前提下，使卷取机具备张力恒定的控制能力，提高卷形质量，避免出现层错卷形等问题，卷取的带钢边缘整齐，拉伸后平整无变形、歪斜。
下面对本实施例中的恒定张力控制方法进行详细说明。
本发明提供了一种高强钢卷取张力控制方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤101，确定卷取机芯轴建张后的最大张力值TTOP；
步骤102，将最大张力值TTOP确定为恒定控制张力值；
步骤103，依据恒定控制张力值TTOP与预设的带钢参数，确定卷取机芯轴的张力设定矫正值T；
步骤104，根据芯轴的电机运动的线速度V以及角速度ω确定出带钢对应的卷径D；
步骤105，根据恒定控制张力设定矫正值T、带钢对应的卷径D以及芯轴电机的参数，确定控制芯轴的恒定张力值所需电机电流I。
在一个具体的实施例中，如图3所示，预设带钢的参数包括带钢厚度H，带钢宽度W，带钢标准厚度Hset，以及带钢标准宽度Wset；依据恒定控制张力值TTOP与预设的带钢参数，确定卷取机芯轴的张力设定矫正值T，包括：通过下式确定卷取机芯轴的张力设定矫正值T，
Figure BDA0002902678130000051
在一个具体的实施例中，根据芯轴的电机运动的线速度V以及角速度ω确定带钢对应的卷径D，包括通过下式确定带钢对应的卷径D：
Figure BDA0002902678130000052
在一个具体的实施例中，芯轴电机的参数包括：芯轴电机的转矩常数cM，芯轴电机的主磁通φ以及芯轴电机的机械传动效率η；
根据恒定控制张力设定矫正值T、带钢对应的卷径D以及芯轴电机的参数，确定控制芯轴的恒定张力值所需电机电流I，包括：通过下式确定控制芯轴的恒定张力值所需电机电流I：
Figure BDA0002902678130000053
在一个具体的实施例中，在带钢进入芯轴之前设定卷取机芯轴的预定张力TLE。通过设置预定张力能保证带钢咬入芯轴后稳定卷取并快速建张。
在一个具体的实施例中，确定卷取机芯轴建张后的最大张力值TTOP，包括在多个时刻点确定张力设定值Tset；
依据选取的多个时刻点对应的张力设定值Tset以及带钢的参数，分别确定对应点的矫正张力设定值；
根据芯轴的电机运动的线速度V以及角速度ω，分别确定对应时刻的带钢的卷径D；
根据对应点的矫正张力设定值，卷径D以及芯轴电机的参数，确定控制对应点的芯轴的恒定张力值所需电机电流I。
在一个优选的实施例中，多个时刻点包括：时刻点ALE、ALE2、ALE3、A1及A2，其中，ALE表示卷取机芯轴与带钢咬合的时刻点，A1表示与卷取机配合的精轧机的第一机架卸载时对应的时刻点，A2表示与卷取机配合的精轧机的第七机架卸载时对应的时刻点，ALE2表示的时刻点为：(A1-ATOP)*1/3，ALE3表示的时刻点为：(A1-ATOP)*2/3。
此外，本发明还提供了一种高强钢卷取张力控制的装置，包括：
第一确定模块，用于确定卷取机芯轴建张后的最大张力值TTOP；
第二确定模块，用于将最大张力值TTOP确定为恒定控制张力值；
第三确定模块，用于依据恒定控制张力值TTOP与预设的带钢参数，确定所述卷取机芯轴的张力设定矫正值T；
第四确定模块，用于根据芯轴的电机运动的线速度V以及角速度ω确定出带钢对应的卷径D；
控制模块，用于根据恒定控制张力设定矫正值T、带钢对应的卷径D以及芯轴电机的参数，确定控制芯轴的恒定张力值所需电机电流I。
需要说明的是，该装置是与上述高强钢卷取张力控制方法对应的装置，上述方法实施例中所有实现方式均适用于该装置的实施例中，也能达到相同的技术效果。
可选地，本发明实施例还提供了一种用于控制高强钢卷取张力设备，包括处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；处理器执行所述计算机程序指令时实现上述的在高强钢卷取张力控制中的方法。
可选地，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时实现上述的高强钢卷取张力控制方法。
为了便于了解上述方案，下面结合一具体的应用场景对上述方案进行具体的说明。
本发明实施例中高强钢卷取张力控制方法，沿用现有技术中所分成五个阶段，并在对应的五个时刻点进行控制张力值。具体包括如下的步骤：
卷取机芯轴建张后的时刻对应的点为ATOP,建张后的最大张力值TTOP；
将最大张力值TTOP设为恒定控制张力值；
按照下式计算卷取机芯轴的张力设定矫正值T，
Figure BDA0002902678130000071
其中，Tset表示规格区间恒定张力设定值，H表示带钢厚度，W表示带钢宽度，Hset表示带钢标准厚度，Wset表示带钢标准宽度；
根据芯轴的电机运动的线速度V以及角速度ω计算出带钢对应的卷径D；
Figure BDA0002902678130000072
根据恒定控制张力设定矫正值T计算电机电流I，并将芯轴的电机电流设置成对应的电流值，保持卷取过程中卷取张力保持恒定，电机电流的具体的计算公式如下：
Figure BDA0002902678130000073
其中，D表示带钢对应点的卷径，T表示该点的矫正张力设定值，CM表示芯轴电机的转矩常数，φ表示芯轴电机的主磁通，η表示芯轴电机的机械传动效率。
本申请提供的高强钢卷取张力控制方法的有益效果在于：与现有技术相比，本申请高强钢卷取张力控制方法，考虑了卷取张拉过程中带钢宽度以及厚度的变化情况，建立恒张力控制模式保证张拉的控制力恒定，有效提升了带钢的卷取质量。
在一个优选的实施例中，在带钢进入芯轴之前，设置芯轴预定张力TIF。在恒张力控制模式中在带钢咬入前给一个较小张力预设定TLE，能够保证带钢更好的进入咬合点保证带钢头部的卷取张力，保证带钢的卷取质量。
进一步的，本实施例中选在芯轴张力卷取过程中，根据五个典型的时刻点ALE、ALE2、ALE3、A1及A2，并根据对应点的带钢的厚度以及带钢的宽度，利用式(1)分别计算对应点的矫正张力设定值TLE、TLE2、TLE3、T1及T2；
根据芯轴的电机运动的线速度V以及角速度ω，利用式(2)计算出对应时刻的带钢的卷径D；
结合矫正张力设定值TTOP、TLE2、TLE3、T1及T2，利用式(3)计算对应点的电机电流ITOP、ILE2、ILE3、I1及I2，并在对应点将电机电流设置成对应的电流值，保持卷取过程中卷取张力恒定。
在钢带卷取过程中，钢带的宽度和厚度随着卷取的进行发生变化，从中选取多个点并在对应时刻进行芯轴电流的控制，在卷取过程中张力控制保持恒定。
具体地，本实施例中，A1表示精轧机第一机架卸载时对应的时刻点。A2表示精轧机第七机架卸载时对应的时刻点。ALE表示卷取机芯轴与带钢咬合的时刻点。ALE2表示的时刻点为：(A1-ATOP)*1/3。ALE3表示的时刻点为：(A1-ATOP)*2/3。
选取上述五个典型的时刻点对带钢的张力值进行控制，保持张力值控制恒定效果较好，2019年8月开始投入恒定张力模型进行实践，大幅降低了卷取卷形的一次降等率，2019年4-6月平均每月高强钢卷形降等数量为299.47吨，模型投入后8-10月平均每月高强钢卷形降等数量为41.69吨，平均每月减少257.78吨。
新模型在不改变现有设备的前提下，通过优化模型结构及控制策略，很好的解决了高强钢卷形层错问题，提高了多种钢带的整体卷形质量，为未来高强钢的市场开发提供有力保障。
可以理解的是，在现场应用中，还需根据芯轴、夹送辊、助卷辊、减速机、联轴器等机械设备的负载进行相应控制补偿，以完善张力实际执行效果。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高强钢卷取张力控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
确定卷取机芯轴建张后的最大张力值TTOP；
将所述最大张力值TTOP确定为恒定控制张力值；
依据所述恒定控制张力值TTOP与预设的带钢参数，确定所述卷取机芯轴的张力设定矫正值T，所述预设的带钢参数包括带钢厚度H，带钢宽度W，带钢标准厚度Hset，以及带钢标准宽度Wset；
通过下式确定所述卷取机芯轴的张力设定矫正值T，
Figure FDA0004053825020000011
根据芯轴电机运动的线速度V以及角速度ω确定出所述带钢对应的卷径D，通过下式确定所述带钢对应的卷径D：
Figure FDA0004053825020000012
根据张力设定矫正值T、所述带钢对应的卷径D以及所述芯轴电机的参数，确定控制所述卷取机芯轴的恒定张力值所需电机电流I，所述芯轴电机的参数包括：芯轴电机的转矩常数cM，芯轴电机的主磁通φ以及芯轴电机的机械传动效率η，通过下式确定控制所述卷取机芯轴的恒定张力值所需电机电流I：
Figure FDA0004053825020000013
所述确定卷取机芯轴建张后的最大张力值TTOP，包括在多个时刻点确定张力设定值Tset；
依据选取的多个时刻点对应的所述张力设定值Tset以及所述带钢的参数，分别确定对应时刻点的矫正张力设定值；
根据所述芯轴电机运动的线速度V以及角速度ω，分别确定对应时刻点所述带钢的卷径D；
根据对应时刻点的所述矫正张力设定值，所述卷径D以及所述芯轴电机的参数，确定控制对应时刻点的所述卷取机芯轴的恒定张力值所需电机电流I，
所述多个时刻点包括：时刻点ALE、ALE2、ALE3、A1及A2，其中，所述ALE表示所述卷取机芯轴与所述带钢咬合的时刻点，所述A1表示与卷取机配合的精轧机的第一机架卸载时对应的时刻点，所述A2表示与卷取机配合的精轧机的第七机架卸载时对应的时刻点，所述ATOP表示卷取机芯轴建张后的时刻点，所述ALE2表示的时刻点为：(A1-ATOP)*1/3，所述ALE3表示的时刻点为：(A1-ATOP)*2/3。
2.根据权利要求1所述的高强钢卷取张力控制方法，其特征在于，在所述带钢进入芯轴之前设定所述卷取机芯轴的预定张力TLE。
3.一种用于高强钢卷取张力控制装置，用于实现如权利要求1或2所述的高强钢卷取张力控制方法，其特征在于，包括
第一确定模块，用于确定卷取机芯轴建张后的最大张力值TTOP；
第二确定模块，用于将所述最大张力值TTOP确定为恒定控制张力值；
第三确定模块，用于依据所述恒定控制张力值TTOP与预设的带钢参数，确定所述卷取机芯轴的张力设定矫正值T；
第四确定模块，用于根据芯轴电机运动的线速度V以及角速度ω确定出所述带钢对应的卷径D；
控制模块，用于根据张力设定矫正值T、所述带钢对应的卷径D以及芯轴电机的参数，确定控制卷取机芯轴的恒定张力值所需电机电流I。
4.一种用于控制高强钢卷取张力设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；
所述处理器执行所述计算机程序指令时实现如权利要求1或2所述的高强钢卷取张力控制方法。
5.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求1或2所述的高强钢卷取张力控制方法。
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