CN114247760B - 一种脆性材料冷轧断带的综合诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脆性材料冷轧断带的综合诊断方法，包括以下步骤：1)获得当前时刻轧机速度状态；2)对轧机是否为升降速阶段进行判断；3)对步骤2)若判断为升降速阶段，则再判断轧机轧制入口/出口的带钢厚度变化是否大于等于设定厚度值，若是，则返回步骤1)，若否，则进入步骤4)；对步骤2)若判断为非升降速阶段，则再判断断带表征诊断值α是否大于断带检测信号发出的阈值β，若是，则进入步骤4)，若否，则返回步骤1)；4)发出断带指令；5)轧机辊缝快开、轧机快停。本发明适用于恒速稳态轧制及升降速状态下的精准的综合断带诊断方法。

Description

一种脆性材料冷轧断带的综合诊断方法

技术领域

本发明涉及轧钢技术，更具体地说，涉及一种脆性材料冷轧断带的综合诊断方法。

背景技术

冷轧轧制发生断带是比较严重的生产事故，尤其是在轧机本体及轧机机架入出口区域断带，轻则停机处理影响机组生产时间和产量，重则同时对轧辊等设备造成严重损伤，对机组的生产、运行、成本、安全都会带来严重的影响。零断带是轧机工艺优化追求的方向，但是在现有的技术水平下还不能杜绝，尤其是特种钢脆性材料断带不可避免，且断带比例高、断带杀伤力大。那么如何对断带进行快速准确的检测，相关控制机构快速响应，减少断带的损失及其继发影响后果则是根据产品特点、设备特性追求优化的重要工作。

断带检测一般控制原理为：通过对高速轧制运行的轧机及带钢相关参数进行动态跟踪，发现特征变化后发出断带信号，机组接到信号后发出机组快速停机的指令，以免断带后高速运行的带钢冲击设备或大量堆积对辊系及辅助设备产生严重影响。其中，从真正发生异常到断带信号判断发出的间隔时间，直接影响断带检测的效果。

现有的断带控制方法采用的多为恒定方法，未对轧机的恒速阶段、升降速阶段进行区分，由于这两个阶段轧机的各项参数表现特性不同，恒定的一种判定原则无法做到准确、及时、全面的判定。

综上所述，现有技术主要存在以下两点问题：

1)现有断带检测方法采用的多为只针对单机架轧机或只针对连轧机，很少有单机架轧机和连轧机均适用的检测方法；

2)现有断带检测方法采用的多为单参数恒定方法，该方法适用于轧机各种状态，未对轧机的恒速阶段、升降速阶段进行区分，由于不同阶段轧机的各项参数表现特性不同，单参数难以达到兼容各种状态的准确、及时判定效果。

在现有的专利申请中，如专利申请号201310429243.2公开一种基于轧机力矩的快速断带检测及保护方法及其装置，方法包括：使主控PLC与轧机变频器、左右卷取机变频器和压下系统之间建立通讯连接，传送断带检测和保护信号；根据轧制速度投入力矩断带检测器，监控“轧机力矩值”的变化情况和“参数适配器”输出的“断带门槛值”，快速捕捉断带发生与否，输出“断带发生”信号和“断带位置”信号；建立轧机轧制负载与断带参数之间的适配关系，通过参数设定和优化，满足快速断带检测和检测准确性的要求；在设定的断带保护规则下执行断带保护，根据“断带发生”信号和“断带位置”信号,按照控制流程执行断带保护，使辊缝迅速打开，让断带带钢顺利离开轧机，并使轧机和断带侧卷取机以更大能量急停。但是，该专利所涉及的主要是20辊轧机断带检测，未涉及连轧机。断带控制方法采用的为单参数恒定方法，未对轧机的恒速阶段、升降速阶段进行区分，由于这不同阶段轧机的各项参数表现特性不同，单参数难以达到兼容各种状态的准确、及时判定效果。该专利对于轧机扭矩的变化跟踪每个扫描周期与前一个扫描周期的变化值，由于轧机电气控制系统扫描周期均很短一般以毫秒计，同时轧制速度快，这样带钢轧制过程中正常的厚度、板型控制波动都会被反映出来，没有反映一个状态变化的趋势，对于真正异常的准确判断存在很大难度。

如专利申请号200910048596.1公开一种酸洗连轧机联合机组断带在线检测方法，它包括：焊缝跟踪监测报警及输出，活套监测报警及输出、拉矫机检测报警及输出、轧机监测报警及输出，从而实现断带定位。本发明建立了酸洗冷轧联合机组断带监测信号采集方法，针对产生断带的原因实施有效监测，实现酸轧机组断带的在线监测与报警定位。但是，该专利所涉及的是连轧机断带检测定位，对于轧机本体及入出口断带主要是根据轧制力偏差和张力判断，轧制力偏差影响因素较多，且常规就有一定范围的波动，不利于精准的检测判断。

又如专利申请号200910048594.2公开一种酸洗连轧机联合机组活套断带在线检测方法，它包括：活套监测报警及输出从而实现断带定位。本发明建立了酸洗冷轧联合机组活套断带监测信号采集方法，针对产生断带的原因实施有效监测，实现酸轧机组活套断带的在线监测与预警。但是，该专利所涉及连轧机活套断带，未涉及轧机本体及入出口恶行断带的检测。

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脆性材料冷轧断带的综合诊断方法，适用于恒速稳态轧制及升降速状态下的精准的综合断带诊断方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种脆性材料冷轧断带的综合诊断方法，包括以下步骤：

1)获得当前时刻轧机速度状态；

2)对轧机是否为升降速阶段进行判断；

3)对步骤2)若判断为升降速阶段，则再判断轧机轧制入口/出口的带钢厚度变化是否大于等于设定厚度值，若是，则返回步骤1)，若否，则进入步骤4)；对步骤2)若判断为非升降速阶段，则再判断断带表征诊断值α是否大于断带检测信号发出的阈值β，若是，则进入步骤4)，若否，则返回步骤1)；

4)发出断带指令；

5)轧机辊缝快开、轧机快停。

较佳的，所述步骤3)中判断轧机轧制入口/出口的带钢厚度变化是否大于等于设定厚度值具体判断逻辑如下：

T₂-T₁≥T₂*ω

公式中，T₁表示轧机上轧制入口/出口带钢的实测厚度值，T₂表示轧机上轧制入口/出口带钢的名义厚度值，ω表示厚度因子。

较佳的，所述厚度因子ω的取值范围在0～100％之间。

较佳的，所述步骤3)中断带表征诊断值α，其表达式如下：

公式中，I_n+1表示第n+1个扫描周期的主马达电流值，I_n表示第n个扫描周期的主马达电流值，I_i表示第i个扫描周期的主马达电流值。

较佳的，所述步骤3)中断带检测信号发出的阈值β，其表达式如下：

公式中，T表示当前轧制出口带钢名义厚度值，n、k表示函数特征值。

本发明所提供的一种脆性材料冷轧断带的综合诊断方法，通过对断带检测方式进行了优化，引入了适用于恒速和升降速过程的算法，显著提高了断带检测的及时性和准确性，降低了原有方式带来的断带信息不及时、误报警等情况，异常判定时间降低明显，控制在1秒以下。本发明综合诊断方法适用于单、双机架可逆轧机、多机架等连轧机。

附图说明

图1是现有20辊森吉米尔单机架可逆轧机的示意图；

图2是图1中20辊森吉米尔单机架可逆轧机的速度曲线示意图；

图3是本发明综合诊断方法的流程示意图。

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。

请结合图1所示，轧机机型多种多样，但轧制工艺流程无本质区别，均涉及到轧机的马达传动、辊缝压下、入口/出口张力等控制，基于测厚仪的厚度控制、测速仪的速度控制(如图2所示的速度曲线示意图)、工作辊的板形控制等过程。在恒速稳定轧制状态下，最能表征辊缝状态变化的莫过于主传动马达的电流变化，其对异常反应非常敏感；在升降速等变化状态主马达电流本身就存在的变化，用稳态阶段的控制参数来检测，其检测灵敏度和准确性实现难度非常大。

请结合图3所示，本发明所提供的一种脆性材料冷轧断带的综合诊断方法，目的在于寻找一种适用于恒速稳态轧制及升降速状态下的精准的综合断带诊断方法，本发明综合诊断方法包括以下步骤：

1)获得当前时刻轧机速度状态；

2)对轧机是否为升降速阶段进行判断；

3)对步骤2)若判断为升降速阶段，则再判断轧机轧制入口/出口的带钢厚度变化是否大于等于设定厚度值，若是，则返回步骤1)，若否，则进入步骤4)；对步骤2)若判断为非升降速阶段，则再判断断带表征诊断值α是否大于断带检测信号发出的阈值β，若是，则进入步骤4)，若否，则返回步骤1)；

4)发出断带指令；

5)轧机辊缝快开、轧机快停。

在轧机升降速阶段由于主马达电流处在变化中，且受升速节奏的变化影响大，所以在目前生产实际状态下很难适用。在本发明综合诊断方法的步骤3)中基于轧机轧制入口/出口位置配置测厚仪(如图1所示)，判断轧机轧制入口/出口的带钢厚度变化是否大于等于设定厚度值，具体判断逻辑如下：

T₂-T₁≥T₂*ω

公式中，T₁表示轧机上轧制入口/出口带钢的实测厚度值，T₂表示轧机上轧制入口/出口带钢的名义厚度值，ω表示厚度因子。

厚度因子ω的取值范围在0～100％之间，厚度因子ω可以取适用于所有厚度范围的定值，也可以根据设定厚度范围区间取不同的值。

基于生产实际轧制过程中，断带发生前轧机主马达会有很短时间内的变化趋势，这个趋势的判断很重要，本方法为取前n个扫描周期的平均值与n+1扫描周期时刻的瞬时值比较，而不是采用前后时刻瞬时的单点值比较判断，这样可以更客观准确的滤掉杂波影响，对短时间内的变化趋势进行判断。在本发明综合诊断方法的步骤3)中断带表征诊断值α，其表达式如下：

公式中，I_n+1表示第n+1个扫描周期的主马达电流值，I_n表示第n个扫描周期的主马达电流值，I_i表示第i个扫描周期的主马达电流值。

对比扫描周期个数n根据现场实际情况确定，主要取决于带钢本身的轧制特性。

基于轧制实际的现场数据跟踪及脆性材料生产经验，恒速轧制阶段(即为非升降速阶段)，轧机主马达电流变化率对断带状态敏感、直接，且随着轧制带钢出口厚度的变化断带表征的主马达电流变化率值也随着变化在本发明综合诊断方法的步骤3)中断带检测信号发出的阈值β(单位为％)，其表达式如下：

公式中，T表示当前轧制出口带钢名义厚度值(单位为mm)，n、k表示函数特征值。

n、k主要取决于轧制钢种种类和马达特性等，需要根据生产实际确定。

断带检测的判断逻辑为当某一时刻(某一扫描周期)主马达的断带表征诊断值大于断带检测信号发出的阈值时，计|α|≥β时发出断带信号，采取快开辊缝、轧机急停的措施，减少断带后果。

实施例1

某生产厂20辊森吉米尔单机架可逆轧机，轧制特种脆性钢材料，原料最大厚度3.5mm，出口轧制最小厚度0.1mm，自动化控制系统(PLC)单次计算时间t＝0.02秒，采用本发明算法分状态举例计算如下：

1)恒速阶段轧制

断带检测信号发出的阈值当前轧制时刻轧制出口带钢名义厚度值(设定厚度值)T＝1.2mm时，β取值为12.86％，另累计扫描周期对比个数n取8(对比时长0.02*8＝0.16秒)，则断带表征诊断值/>如果此刻α>12.86％则判断断带发出断带信号，机组进行断带响应。

本实施例1恒速阶段轧制阶段与现有技术(背景技术中专利申请号201310429243.2)相比的区别，如下表：

2)机组升降速阶段

假设当前轧制时刻入(出)带钢的实测厚度值T₁＝1.05mm；当前机架入(出)口带钢的名义厚度值T₂＝1.2mm；厚度因子ω取值0.1，T₁-T₂≥T₂*ω，计1.2-1.05＞1.2*0.1，则发出断带信号，机组进行断带响应。

本实施例1机组升降速阶段与原有技术(背景技术中专利申请号201310429243.2)相比的区别，如下表：

实施例2

某生产厂5机架酸洗连续轧机，轧制特种脆性钢材料，原料最大厚度4.5mm，出口轧制最小厚度0.2mm，自动化控制系统(PLC)单次计算时间t＝0.02秒，采用本发明算法分状态举例计算如下：

1)恒速阶段轧制

断带检测信号发出的阀值当前轧制时刻轧制机架出口带钢名义厚度值(设定厚度值)T＝0.8mm时，β取值为19.23％，另累计扫描周期对比个数n取15(对比时长0.02*15＝0.3秒)，则断带表征诊断值/>如果此刻α>19.23％则判断断带发出断带信号，机组进行断带响应。

本实施例2此阶段与原有技术(背景技术中专利申请号201310429243.2)相比的区别，如下表：

2)机组升降速阶段

假设当前轧制时刻轧制方向机架出口带钢的实测厚度值T₁＝0.5mm；当前机架出口带钢的名义厚度值T₂＝0.8mm；厚度因子ω取值0.3，T₂-T₁≥T₂*ω，计0.8-0.5＞0.8*0.3，则发出断带信号，机组进行断带响应。

本实施例2此阶段与原有技术(背景技术中专利申请号201310429243.2)相比的区别，如下表：

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 (3)

1.一种脆性材料冷轧断带的综合诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获得当前时刻轧机速度状态；

2)对轧机是否为升降速阶段进行判断；

3)对步骤2)若判断为升降速阶段，则再判断轧机轧制入口/出口的带钢厚度变化是否大于等于设定厚度值，若是，则返回步骤1)，若否，则进入步骤4)；对步骤2)若判断为非升降速阶段，则再判断断带表征诊断值α是否大于断带检测信号发出的阈值β，若是，则进入步骤4)，若否，则返回步骤1)；

4)发出断带指令；

5)轧机辊缝快开、轧机快停，

所述步骤3)中断带表征诊断值α，其表达式如下：

公式中，I_n+1表示第n+1个扫描周期的主马达电流值，I_n表示第n个扫描周期的主马达电流值，I_i表示第i个扫描周期的主马达电流值，

所述步骤3)中断带检测信号发出的阈值β，其表达式如下：

公式中，T表示当前轧制出口带钢名义厚度值，n、k表示函数特征值。

2.如权利要求1所述的脆性材料冷轧断带的综合诊断方法，其特征在于：所述步骤3)中判断轧机轧制入口/出口的带钢厚度变化是否大于等于设定厚度值具体判断逻辑如下：

T₂-T₁≥T₂*ω

公式中，T₁表示轧机上轧制入口/出口带钢的实测厚度值，T₂表示轧机上轧制入口/出口带钢的名义厚度值，ω表示厚度因子。

3.如权利要求2所述的脆性材料冷轧断带的综合诊断方法，其特征在于：所述厚度因子ω的取值范围在0～100％之间。