CN113522989A - 一种热连轧机活套的动态落套控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热连轧机活套动态落套的控制方法，第一步，计算活套前带钢尾部长度；第二步，对活套高度二次修正、矩阵时间控制、带钢运行累计长度跟踪；第三步，动态落套启动点判断，满足条件后实施活套落套。本发明结合不同的活套套量，采用了活套动图落套控制，其中涉及了带钢运行累计长度控制、活套高度二次修正及矩阵时间控制技术使带钢在抛钢过程中的活套稳定性得到了大大的改善。

Description

一种热连轧机活套的动态落套控制方法

技术领域

本发明涉及热连轧机活套落套的控制技术，更具体地说，涉及一种热连轧机活套的动态落套控制方法。

背景技术

当今热连轧产线精轧机之间都安装有活套，其目的是保证每两个轧机之间的带钢有一个特定的张力。活套是利用一个额外的张力防止带钢拉窄的发生，过大的张力会导致带钢断裂，此种情况在后机架的流量比前机架大时发生，也就是后机架的速度大于前机架，当后机架的流量小于前机架时，带钢会发生折叠，此时活套就抬起了，否则会造成稳定穿带异常。

这样就需要安装活套控制器，它能够修正所有前机架主传动的速度值，当机架间的流量不同时，就要改变两个机架间带钢的长度，这就需要通过调节活套的高度(即角度)来完成，活套的角度控制是一个预设定值，改变活套高度会导致前面所有主传动的速度改变，活套高度控制受到前机架速度的影响。每个机架的速度改变都是相关联的，所改变的机架的速度值作为一个补偿值被反馈到前一个机架，所以所有调节的主传动速度值要适应于每个机架，同时机架间的张力值要保持恒定，当两个机架间无带钢时，需要放下活套。另外当活套辊触碰到带钢时会产生一个特殊的张力，此压力控制就相当于张力控制，为了实现这两个目的，活套控制被设计成层叠式的，力的控制附属于位置控制。

如图1所示，热连轧生产中，机架间(即前机架1和后机架2)的带钢3张力对稳定穿带和产品质量的影响很大，为了更好地调节带钢3张力，大多数热连轧相邻机架间都安装有液压活套，液压活套主要由液压缸4通过转轴5控制活套辊6。

对于热轧带钢过程控制而言，在带钢的抛钢控制过程中，由于带钢温度、速度，板型上存在一定的变化，同时，因为在带钢抛钢过程中，带钢的运行速度存在一定的变化，所以，其在连轧机机架内的控制存在一定的难度，这样导致了带钢在抛钢过程中存在较大的不稳定性，严重的影响到带钢在抛钢过程中的尾部板型控制。鉴于此，在控制程序中增加了热连轧机活套角度动态控制方法，结合抛钢过程中的活套控制，采用抛钢前的活套变角度控制技术，其主要具体控制流程如图2所示。

热连轧机活套角度动态控制方法通过带钢轧制力检测器、带钢速度检测器、活套角度检测器、带钢张力检测器、配合基础自动化级控制机及过程控制机，按照工艺设定的要求对带钢轧制过程中7个连轧机间6个活套的角度进行动态控制，从而增强带钢抛钢时各活套的稳定性，具体采用抛钢前的变角度控制，同时结合角度与张力控制的变化，采用了一元函数活套角度补偿的方法，在控制过程中实现了连续动态控制，同时在张力的控制过程中，结合角度变化，实现同步张力动态控制，使带钢在抛钢过程中的活套稳定性得到了一定的改善。

但是，整个控制方法涉及到的角度、张力、速度的参数耦合性太多，互相之间的参数变化转换过多，一旦某个参数检测装置(比如活套位置传感器或者压力传感器的反馈数据产生波动)受外部工况影响产生反馈数据波动，由于其在整个带钢穿带过程中都形成了闭环控制，就可能会产生整个套量计算的失真及误闭环调节，虽然活套角度动态控制方法对于整个活套控制的稳定性起到了有益的作用，但是其对于活套落套的控制响应性较慢并有误闭环调节的可能，导致套量的计算异常，进而导致无法简单高效的实现落套的稳定输出。

在热连轧的轧制过程中尤其是极限薄规格(2.0mm以下)板带的轧制中，带尾在精轧机架抛钢过程中常常出现跑偏、甩尾导致烂尾甚至堆钢。提高尾部轧制的稳定性，减少极限规格的烂尾率，对提高生产效率和提升产品质量都意义重大。尾部轧制的稳定性差会导致以下6个方面的问题：

1)带钢尾部甩尾。带钢尾部张力的损失造成的跑偏失控，当带钢在中部稳态轧制时，七个机架将带钢绷直，张力控制稳定而充足。但当上游机架抛钢时，带钢的整体张力随之减小，并且减小的幅度随抛钢机架的递增而递增，加之前机架抛钢钢带套量的突变和薄规格机架尾部速度的提升，进一步加剧了张力的损失，致使带钢在后机架的甩尾、烂尾、甚至跑偏堆钢。现有的活套控制往往无法充分弥补由于各种原因造成的张力损失，致使带钢在后机架的甩尾、烂尾、甚至跑偏堆钢；

2)带钢尾部拉窄。当由于异常因素造成机架间张力过大时，带钢尾部容易拉窄，造成同板差过大，严重影响带钢产品质量；

3)带钢尾部轧破。当由于异常因素造成机架间张力过大时，主控速度介入调节前机架的升速，从而造成前机架金属秒流量迅速增加，而活套的快速调节造成超调后角度过低，就会造成带钢尾部无法形成有效过渡，造成前机架抛钢后尾部甩尾的现象，对于后机架的稳定轧制形成严重的负面影响，容易造成尾部轧破；

4)带钢尾部下表面划伤。严重的带钢尾部的活套角度控制会造成带钢下表面划伤；

5)活套辊的辊面损伤和异常磨损。减少甩尾及大张力造成的活套辊面损伤和超额磨损；

6)带钢尾部折叠废钢。尾部失张造成尾部折叠后进入后机架，从而造成后机架的废钢。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种热连轧机活套的动态落套控制方法，结合不同的活套套量，采用了活套动图落套控制，其中涉及了带钢运行累计长度控制、活套高度二次修正及矩阵时间控制技术使带钢在抛钢过程中的活套稳定性得到了大大的改善。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种热连轧机活套动态落套的控制方法：

第一步，计算活套前带钢尾部长度；

第二步，对活套高度二次修正、矩阵时间控制、带钢运行累计长度跟踪；

第三步，动态落套启动点判断，满足条件后实施活套落套。

所述第一步，计算活套前带钢尾部长度L＝Lk，k为机架F1至机架Fn活套。

所述第二步，具体步骤如下：

S1、活套高度的检测；

S2、基于角度补偿后活套落套时间的检测；

S3、尾部带钢运行速度控制；

S4、落套距离控制；

S5、基于矩阵时间控制技术的带钢尾部运行长度控制；

S6、动态落套启动点判断。

所述S1中，活套高度计算如下：

θ＝C₅×S³+C₆×S²+C₇×S+C₈

公式中，θ为活套的实际角度，S为液压缸活塞杆伸出的长度，C₅、C₆、C₇、C₈为常数。

所述常数取值如下：

C₅取值3.97×10^-7，C₆取值-1.84×10^-4，C₇取值0.2152，C₈取值5.1。

所述S2中，活套落套时间计算如下：

t＝(θ_act-θ_ref)÷v_lp

公式中，θ_act为活套落套前所处的角度，θ_ref为活套落套的目标值，v_lp为活套的落套速度；

其中，活套落套的目标值计算如下：

θ_ref＝θ_L2+θ_THK+θ_STL

公式中，θ_L2为过程机设定的抛钢时活套角度，θ_THK为根据带钢厚度设置的活套角度修正值，θ_STL为根据带钢钢种设置的活套角度修正值。

所述S3中，轧机入口侧带钢运行速度v_act计算如下：

v_act＝v_Fi×(1-α)

公式中，v_Fi为轧机的速度编码器的实际反馈，α为后滑系数。

所述后滑系数的设定范围为0.95＜α＜1。

所述S4中，活套落套距离L_tar计算如下：

L_tar＝v_act×t。

所述S5中，基于矩阵时间控制技术的带钢尾部运行长度累计如下：

使用尾部带钢运行速度与运行时长的程序自扫秒累加得到带钢尾部运行长度累计控制。为了确保带钢尾部运行长度的计算既可靠又转化简单高效，在不增加任何检测硬件及程序修正的前提下，利用PLC程序的扫描周期来进行采样累加的方式，该方式就是以采样周期数的累加时间为横坐标(样本数为n个扫描周期的采样值)的，对应距离为纵坐标的坐标系。将复杂的动态长度计算实时求出并纳入程序调用。整个过程中，速度并不是一个理论的常数，由于速度经过实时计算检测会有数值上的变化，这样一来，每一个不同采样时间对应的实时检测运行速度是唯一的。就会形成一个变化的时间与速度的矩阵关系。如何将这个速度的时间矩阵折算成精确的带钢长度计算呢，以下是结合采样时间和扫描速度的实时动态变化所建立的数学计算模型。

因此，基于矩阵时间控制技术的带钢尾部运行长度累计控制如下：

L_tail＝∑(v_act×T_scan)

公式中，L_tail为带钢尾部行进的距离，v_act为轧机入口侧带钢的速度，T_scan为计算带钢尾部行进距离时采集速度的单位时间长度。

所述动态落套启动点判断为将带钢尾部行进的距离L_tail与活套落套距离L_tar进行逻辑比较判断；

当带钢尾部行进的距离L_tail小于活套落套距离L_tar时，活套进入原有的落套控制；

当带钢尾部行进的距离L_tail大于等于活套落套距离L_tar时，活套保持原有角度不变，保持带钢尾部的稳定通过。

在上述的技术方案中，本发明所提供的一种热连轧机活套动态落套的控制方法，具体以下几点有益效果：

1)尾部控制具备更好的响应能力和匹配性，无需大幅度提高活套控制系统的配置和响应能力，就能使活套在参与尾部控制时具备更好的响应能力，提高活套参与精轧后机架带钢穿带时的匹配性，有效避免甩尾、烂尾、甚至跑偏堆钢，以及尾部拉窄与尾部轧破；

2)有效避免带钢尾部质量问题，经过带钢尾部行进距离参与的落套逻辑判断后，形成的落套控制方法，能有效避免精轧机架间带钢存在的下表面划伤缺陷、带钢尾部折叠和废钢；

3)降低设备成本并延长活套辊使用寿命，减少机架间穿带时带钢尾部导致活套辊辊面损伤，延长活套辊使用寿命，降低设备的维护修复和备件成本，为提高带钢表面质量提供设备保证。

附图说明

图1是现有液压活套的示意图；

图2是现有活套角度动态控制方法的流程示意图；

图3是本发明控制方法的控制逻辑图；

图4是本发明控制方法的活套控制流程图；

图5是本发明控制方法的活套模式示意图；

图6是本发明控制方法中检测活套高度的示意图；

图7是本发明控制方法中液压活套上各传感器安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

如图3和图7所示，本发明所提供的一种热连轧机活套的动态落套控制方法：通过带钢运行累计长度跟踪、活套高度二次修正及矩阵时间控制等简易方法改善带钢抛钢过程中的活套稳定性。

首先，活套落套控制的时序如下表1所示：

计算活套前带钢尾部长度L＝Lk，k为机架F1至机架F6活套，单位：m。

表1

其次，活套落套控制的具体步骤如下：

S1、活套高度的检测；

建立基于系数补偿的一元三次方程活套角度补充模型。整个数学模型是基于液压缸活塞杆伸出长度的变化值及纳入补偿系数来计算实际活套高度。

θ＝C₅×S³+C₆×S²+C₇×S+C₈

公式中，θ为活套的实际角度，S为液压缸活塞杆伸出的长度；

常数C₅、C₆、C₇、C₈的取值如下：

C₅取值3.97×10^-7，C₆取值-1.84×10^-4，C₇取值0.2152，C₈取值5.1。

S2、基于角度补偿后活套落套时间的检测；

在过程机设定的抛钢时活套角度的基础上，根据带钢厚度设置的活套角度进行修正及根据带钢钢种设置的活套角度修正。具体逻辑是指活套落套前所处的角度θ_act与活套落套的目标值θ_ref之差除以活套的落套速度v_lp，从而计算出活套落套所需要的时间t。但是整个数学模型中θ_ref的确定是整个计算的关键所在，因为θ_ref不单单是靠过程机的下发就能确定，需要按照不同的带钢厚度和带钢种类进行角度补偿。

θ_ref＝θ_L2+θ_THK+θ_STL

公式中，θ_L2为过程机设定的抛钢时活套角度，θ_THK为根据带钢厚度设置的活套角度修正值，θ_STL为根据带钢钢种设置的活套角度修正值。

当θ_ref确定后，活套落套所需要的时间就能按照以下公式计算得出：

t＝(θ_act-θ_ref)÷v_lp。

S3、尾部带钢运行速度控制；

根据现有轧机反馈速度来计算轧机入口侧带钢的速度v_act，轧机的实际转速来源于轧机的速度编码器的实际反馈v_Fi，轧机的后滑是指轧件进入轧辊的速度小于轧辊在该点处的线速度。使用后滑系数α进行入口侧带钢速度的修正，后滑系数的设定范围为0.95＜α＜1，故轧机入口侧带钢的速度v_act经过以下数学公式可以推导求出：

v_act＝v_Fi×α

S4、落套距离控制；

使用轧机入口侧带钢的速度与落套时间的乘积计算活套落套距离控制，入口侧带钢的速度v_act与活套落套所需要的时间t两个量确定下来后，按照长度等于速度乘以时间的计算就能算出活套落套距离：

L_tar＝v_act×t。

S5、基于矩阵时间控制技术的带钢尾部运行长度累计如下：

使用尾部带钢运行速度与运行时长的程序自扫秒累加得到带钢尾部运行长度累计控制。为了确保带钢尾部运行长度的计算既可靠又转化简单高效，在不增加任何检测硬件及程序修正的前提下，利用PLC程序的扫描周期来进行采样累加的方式，该方式就是以采样周期数的累加时间为横坐标(样本数为n个扫描周期的采样值)的，对应距离为纵坐标的坐标系。将复杂的动态长度计算实时求出并纳入程序调用。整个过程中，速度并不是一个理论的常数，由于速度经过实时计算检测会有数值上的变化，这样一来，每一个不同采样时间对应的实时检测运行速度是唯一的。就会形成一个变化的时间与速度的矩阵关系。如何将这个速度的时间矩阵折算成精确的带钢长度计算呢，以下是结合采样时间和扫描速度的实时动态变化所建立的数学计算模型，基于矩阵时间控制技术的带钢尾部运行长度累计控制如下：

L_tail＝∑(v_act×T_scan)

公式中，L_tail为带钢尾部行进的距离，v_act为轧机入口侧带钢的速度，T_scan为计算带钢尾部行进距离时采集速度的单位时间长度。

S6、动态落套启动点判断；

将带钢尾部行进的距离L_tail与活套落套距离L_tar进行逻辑比较判断；

当带钢尾部行进的距离L_tail小于活套落套距离L_tar时，活套进入原有的落套控制；

当带钢尾部行进的距离L_tail大于等于活套落套距离L_tar时，活套保持原有角度不变，保持带钢尾部的稳定通过，避免因为活套角度的变化而产生尾部板型不稳定。

实施例

当在轧制到接近带钢尾部时，进行尾部行进距离的判断，也就是带钢尾部行进的距离L_tail<L_tar时,其中(L_tail:带钢尾部行进的距离；L_tar:活套落套期间带钢的行走距离)活套进入原有的落套控制；进行小活套控制，三热轧的小活套角度设定为14度，以下表2是活套进行小活套控制的时序。

表2

L＝Lk(精轧活套前带尾长度，其中：k为F1至F6活套)

对2#活套控制数据进行了采样。该组数据反应的是正常情况下活套的动作情况,控制得比较好。L2设定角度20度，设定张力5.6MPa。起套时活套角和张力都比较正常，分别为22.8度和5.6MPa，油缸力控制Forcing ON之后175ms进入CNV传统控制方式，CNV ON175ms后进入ILQ控制，之后活套的角度和张力都稳定在L2设定值附近。张力SUC对于前机架的速度控制也比较平稳。当带钢轧制到快尾部时，对于2#活套也就是到达F2机架前6m时，为了防止带钢甩尾，进入小活套控制，活套角度先下放到14度，当F2抛钢后活套角度再完全下放到下一块带钢的等待位置10度。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (11)

1.一种热连轧机活套的动态落套控制方法，其特征在于：

第一步，计算活套前带钢尾部长度；

第二步，对活套高度二次修正、矩阵时间控制、带钢运行累计长度跟踪；

第三步，动态落套启动点判断，满足条件后实施活套落套。

2.如权利要求1所述的热连轧机活套的动态落套控制方法，其特征在于：所述第一步，计算活套前带钢尾部长度L＝Lk，k为机架F1至机架Fn活套。

3.如权利要求1所述的热连轧机活套的动态落套控制方法，其特征在于：所述第二步，具体步骤如下：

S1、活套高度的检测；

S2、基于角度补偿后活套落套时间的检测；

S3、尾部带钢运行速度控制；

S4、落套距离控制；

S5、带钢尾部运行长度控制；

S6、动态落套启动点判断。

4.如权利要求3所述的热连轧机活套的动态落套控制方法，其特征在于：所述S1中，活套高度计算如下：

θ＝C₅×S³+C₆×S²+C₇×S+C₈

公式中，θ为活套的实际角度，S为液压缸活塞杆伸出的长度，C₅、C₆、C₇、C₈为常数。

5.如权利要求4所述的热连轧机活套的动态落套控制方法，其特征在于：所述常数取值如下：

C₅取值3.97×10^-7，C₆取值-1.84×10^-4，C₇取值0.2152，C₈取值5.1。

6.如权利要求3所述的热连轧机活套的动态落套控制方法，其特征在于：所述S2中，活套落套时间计算如下：

t＝(θ_act-θ_ref)÷v_lp

公式中，θ_act为活套落套前所处的角度，θ_ref为活套落套的目标值，v_lp为活套的落套速度；

其中，活套落套的目标值计算如下：

θ_ref＝θ_L2+θ_THK+θ_STL

公式中，θ_L2为过程机设定的抛钢时活套角度，θ_THK为根据带钢厚度设置的活套角度修正值，θ_STL为根据带钢钢种设置的活套角度修正值。

7.如权利要求3所述的热连轧机活套的动态落套控制方法，其特征在于：所述S3中，轧机入口侧带钢运行速度v_act计算如下：

v_act＝v_Fi×(1-α)

公式中，v_Fi为轧机的速度编码器的实际反馈，α为后滑系数。

8.如权利要求7所述的热连轧机活套的动态落套控制方法，其特征在于：所述后滑系数的设定范围为0.95＜α＜1。

9.如权利要求6或7所述的热连轧机活套的动态落套控制方法，其特征在于：所述S4中，活套落套距离L_tar计算如下：

L_tar＝v_act×t。

10.如权利要求6或7所述的热连轧机活套的动态落套控制方法，其特征在于：所述S5中，基于矩阵时间控制技术的带钢尾部运行长度累计控制如下：

L_tail＝∑(v_act×T_scan)

公式中，L_tail为带钢尾部行进的距离，v_act为轧机入口侧带钢的速度，T_scan为计算带钢尾部行进距离时采集速度的单位时间长度。

11.如权利要求10所述的热连轧机活套的动态落套控制方法，其特征在于：所述动态落套启动点判断为将带钢尾部行进的距离L_tail与活套落套距离L_tar进行逻辑比较判断；

当带钢尾部行进的距离L_tail小于活套落套距离L_tar时，活套进入原有的落套控制；

当带钢尾部行进的距离L_tail大于等于活套落套距离L_tar时，活套保持原有角度不变，保持带钢尾部的稳定通过。

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