CN114918256A - 一种异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法 - Google Patents

一种异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法 Download PDF

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CN114918256A CN202210543676.XA CN202210543676A CN114918256A CN 114918256 A CN114918256 A CN 114918256A CN 202210543676 A CN202210543676 A CN 202210543676A CN 114918256 A CN114918256 A CN 114918256A
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刘相华
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Abstract

本申请公开了一种异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法，通过轧机机械装置和轧机控制系统完成。采用辊缝调节和异速比调节两种模式相结合的方法实现异步轧制金属极薄带的厚度自动控制功能，在压下对轧制力敏感时采用辊缝调节模式，不敏感时采用异速比调节模式，利于提高极薄带的厚度精度和成材率，降低对操作人员的要求。

Description

一种异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法
技术领域
本申请涉及金属薄带加工，特别涉及一种异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法。
背景技术
近年来，随着航空航天、生物医疗、5G、电动汽车和微机电等行业的发展，市场对高质量、低成本金属极薄带材的需求急剧上升。由于传统的同步轧制工艺存在最小可轧厚度现象，故高强度材料的金属极薄带材多采用工作辊直径小、辊系刚度大的多辊轧机轧制，如森吉米尔轧机。多辊轧机设备复杂、前期投资大、维护困难、综合生产效率较低，使得其生产金属极薄带材的成本过高，满足不了市场的需要。
与传统的同步轧制不同，异步轧制的上、下工作辊速度不同，轧制变形区除了前滑区和后滑区外，还存在一个第三种应力状态分区：搓轧区。搓轧区的存在使得异步轧制可突破传统同步轧制的最小可轧厚度极限且所需设备简单、成本低廉、维护方便，是一种可高效率、低成本生产金属极薄带材的潜在技术。
传统同步轧制的厚度自动控制手段通常仅为调节辊缝，但由于同步轧制存在最小可轧厚度现象，当轧件厚度很薄时，调节辊缝的作用往往很差。异步轧制可突破传统同步轧制的最小可轧厚度极限值，且控制压下手段除调节辊缝外还有调节异速比。但异步轧制工艺参数众多，如异速比、轧制力、前后张力、轧件变形抗力、轧制变形区组态及各分区占比等，且各参数互相耦合、调节难度大，现有的异步轧制技术尚不能实现厚度自动控制，使得其产品厚度精度较差、对操作人员的要求较高，限制了异步轧制技术的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法，可实现异步轧制金属极薄带时的自动控制轧件厚度功能，提高极薄带产品的厚度精度，降低对操作人员的要求。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案。
本申请实施例公开了一种异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法，通过轧机机械装置和轧机控制系统完成，
所述轧机机械装置包括沿轧件轧制方向依次设置的第一卷筒、第一转向辊、第一测速辊、第二转向辊、第一测厚仪、牌坊、第二测厚仪、第三转向辊、第二测速辊、第四转向辊、第二卷筒，所述牌坊内设置有对应作用于所述轧件顶面与底面的上工作辊与下工作辊，所述上工作辊的上方与所述下工作辊的下方分别设置有上支撑辊与下支撑辊，所述上支撑辊上方设置有压下液压缸，所述压下液压缸作用于所述上支撑辊并带动所述上工作辊来调节所述上工作辊与所述下工作辊之间的辊缝间距，所述上工作辊通过第一主电机驱动，所述下工作辊通过第二主电机驱动，所述第一主电机与所述第二主电机分别位于所述牌坊的两侧且单独控制，所述上工作辊与所述下工作辊的线速度比值通过控制所述第一主电机与所述第二主电机的转速调节，所述第一卷筒通过第一卷取电机驱动，所述第二卷筒通过第二卷取电机驱动，所述第一主电机、第二主电机、第一卷取电机、第二卷取电机均为可逆电机，
所述轧机控制系统包括测量传感器、操作台、工控机、控制柜、PLC和四象限变频器，所述测量传感器包括测量所述压下液压缸轧制力的测轧制力用力传感器、测量所述轧件入口张力与出口张力的第一测张力用力传感器与第二测张力用力传感器、测量并控制所述第一主电机与第二主电机转速的第一主电机转速编码器与第二主电机转速编码器、测量并控制所述第一卷取电机与第二卷取电机转速的第一卷取电机转速编码器与第二卷取电机转速编码器、测量所述轧件入口与出口速度的第一测轧速编码器与第二测轧速编码器、测量所述轧件入口与出口厚度的所述第一测厚仪与所述第二测厚仪，
异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法依次包括如下步骤：
S1 设定基础轧制参数，包括基准轧制力
Figure 421988DEST_PATH_IMAGE001
、基准异速比
Figure 641748DEST_PATH_IMAGE002
、最大轧制力
Figure 670884DEST_PATH_IMAGE003
、厚度控制精度
Figure 442531DEST_PATH_IMAGE004
、出口厚度修正系数
Figure 799694DEST_PATH_IMAGE005
、轧制力敏感系数许用值
Figure 947778DEST_PATH_IMAGE006
、轧制力敏感系数计算累积时间
Figure 565841DEST_PATH_IMAGE007
和各道次轧件入口厚度
Figure 773969DEST_PATH_IMAGE008
、目标出口厚度
Figure 618428DEST_PATH_IMAGE009
、前张力和后张力；
S2 采用辊缝调节模式，按下辊缝调节模式按钮，启动，此时异速比
Figure 304624DEST_PATH_IMAGE010
增至基准异速比
Figure 685183DEST_PATH_IMAGE002
，通过调节所述压下液压缸实现所述轧件厚度自动控制，左向轧制时，所述下工作辊为快速辊，异速比
Figure 798633DEST_PATH_IMAGE010
为所述下工作辊线速度与所述上工作辊线速度的比值；右向轧制时，所述上工作辊为快速辊，异速比
Figure 989443DEST_PATH_IMAGE010
为所述上工作辊线速度与所述下工作辊线速度的比值；
S3 测量和修正轧件出口厚度
Figure 479330DEST_PATH_IMAGE011
，轧件出口厚度
Figure 212931DEST_PATH_IMAGE011
由公式
Figure 762861DEST_PATH_IMAGE012
实时计算得出，式中轧件入口厚度
Figure 440967DEST_PATH_IMAGE008
、目标出口厚度
Figure 344332DEST_PATH_IMAGE009
和出口厚度修正系数
Figure 791494DEST_PATH_IMAGE005
为设定值，轧件出口厚度测量值
Figure 512325DEST_PATH_IMAGE013
、轧件入口速度
Figure 677727DEST_PATH_IMAGE014
和出口速度
Figure 384783DEST_PATH_IMAGE015
为实时测量值，右向轧制时，
Figure 686452DEST_PATH_IMAGE013
由第二测厚仪实时测量得出，
Figure 578184DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 230882DEST_PATH_IMAGE015
分别由第一测轧速编码器和第二测轧速编码器实时测量得出；左向轧制时，
Figure 974585DEST_PATH_IMAGE013
由测第一测厚仪实时测量得出，
Figure 396339DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 458973DEST_PATH_IMAGE015
分别由第二测轧速编码器和第一测轧速编码器实时测量得出；
S4 实时比较目标出口厚度值
Figure 333388DEST_PATH_IMAGE009
与测量值
Figure 647826DEST_PATH_IMAGE011
，自动调节所述压下液压缸实现调节辊缝，实现厚度自动控制，将步骤S3中测量和修正得到的轧件出口厚度
Figure 924087DEST_PATH_IMAGE011
和目标出口厚度
Figure 157622DEST_PATH_IMAGE009
差值的绝对值与厚度控制精度
Figure 519333DEST_PATH_IMAGE004
进行比较，当
Figure 106303DEST_PATH_IMAGE016
且
Figure 502650DEST_PATH_IMAGE017
时，所述压下液压缸压下，辊缝减小；当
Figure 907086DEST_PATH_IMAGE018
且
Figure 897039DEST_PATH_IMAGE019
时，所述压下液压缸抬起，辊缝增大；当
Figure 412334DEST_PATH_IMAGE020
时，所述压下液压缸不动作，辊缝保持不变；
S5 实时测量轧制力
Figure 663187DEST_PATH_IMAGE021
和计算轧制力敏感系数
Figure 238525DEST_PATH_IMAGE022
，比较轧制力测量值
Figure 963378DEST_PATH_IMAGE021
与最大轧制力
Figure 282364DEST_PATH_IMAGE003
及比较轧制力敏感系数计算值
Figure 387723DEST_PATH_IMAGE022
与许用值
Figure 133962DEST_PATH_IMAGE006
，判断是否切换为厚度自动控制模式，轧制力敏感系数
Figure 567349DEST_PATH_IMAGE022
的计算公式为
Figure 690025DEST_PATH_IMAGE023
，式中
Figure 649891DEST_PATH_IMAGE024
为轧制力敏感系数计算累积时间
Figure 567032DEST_PATH_IMAGE007
内轧制力
Figure 753293DEST_PATH_IMAGE021
的增加值，
Figure 414082DEST_PATH_IMAGE025
为轧制力敏感系数计算累积时间
Figure 228454DEST_PATH_IMAGE007
内轧件出口厚度
Figure 582075DEST_PATH_IMAGE011
的减小值，轧制力敏感系数
Figure 990054DEST_PATH_IMAGE022
表征辊缝调节的压下效用，
Figure 188954DEST_PATH_IMAGE022
值越大说明减小辊缝时压下越明显，当
Figure 123412DEST_PATH_IMAGE026
且
Figure 647934DEST_PATH_IMAGE027
时，返回步骤S3，继续采用辊缝调节模式；当
Figure 776165DEST_PATH_IMAGE028
或
Figure 44335DEST_PATH_IMAGE029
时，切换模式指示灯亮起，切换至异速比调节模式；
S6 采用异速比调节模式，轧制力
Figure 833300DEST_PATH_IMAGE021
自动降至基准轧制力
Figure 263144DEST_PATH_IMAGE001
，轧机通过调节异速比实现厚度自动控制，左向轧制时，所述下工作辊为快速辊，异速比
Figure 645715DEST_PATH_IMAGE010
为所述下工作辊线速度与所述上工作辊线速度的比值；右向轧制时，所述上工作辊为快速辊，异速比
Figure 451997DEST_PATH_IMAGE010
为所述上工作辊线速度与所述下工作辊线速度的比值；
S7 测量和修正轧件出口厚度
Figure 95468DEST_PATH_IMAGE011
，具体操作同步骤S3；
S8 实时比较目标出口厚度值
Figure 961793DEST_PATH_IMAGE009
与测量值
Figure 566080DEST_PATH_IMAGE011
，自动调节异速比，实现厚度自动控制，将步骤S7中测量和修正得到的轧件出口厚度
Figure 176053DEST_PATH_IMAGE011
和目标出口厚度
Figure 939610DEST_PATH_IMAGE009
差值的绝对值与厚度控制精度
Figure 711257DEST_PATH_IMAGE004
进行比较，当
Figure 68420DEST_PATH_IMAGE016
且
Figure 216505DEST_PATH_IMAGE017
时，增大快速辊转速，异速比增大；当
Figure 834568DEST_PATH_IMAGE018
且
Figure 777116DEST_PATH_IMAGE019
时，减小快速辊转速，异速比减小；当
Figure 857461DEST_PATH_IMAGE020
时，所述第一主电机与第二主电机转速比值保持不变，异速比不变；
S9重复步骤S7和步骤S8，直至轧件减薄至目标厚度许可范围。 优选的，在上述的异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法中，所述第一主电机依次通过第一主减速机、第一联轴器驱动所述上工作辊，所述第二主电机依次通过第二主减速机、第二联轴器驱动所述下工作辊，所述第一卷取电机通过第一卷取减速机驱动所述第一卷筒，所述第二卷取电机通过第二卷取减速机驱动所述第二卷筒。
优选的，在上述的异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法中，所述第一转向辊、第一测速辊、第二转向辊、第三转向辊、第二测速辊、第四转向辊均为空心辊，直径相同且均为被动辊，由所述轧件施加的摩擦力拖动。
优选的，在上述的异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法中，所述第一测速辊的中心高度高于所述第一转向辊与所述第二转向辊的顶部高度，所述第一转向辊与所述第二转向辊之间的中心距离小于所述第一测速辊直径的2倍，所述轧件依次经过所述第一转向辊的底部、所述第一测速辊的顶部以及所述第二转向辊的底部，并在所述第一测速辊上形成大于180°的包角；所述第二测速辊的中心高度高于所述第三转向辊与所述第四转向辊的顶部高度，所述第三转向辊与所述第四转向辊之间的中心距离小于所述第二测速辊直径的2倍，所述轧件依次经过所述第三转向辊的底部、所述第二测速辊的顶部以及所述第四转向辊的底部，并在所述第二测速辊上形成大于180°的包角。
优选的，在上述的异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法中，所述测轧制力用力传感器位于所述压下液压缸的下方，所述第一测张力用力传感器位于所述第一测速辊下方，所述第二测张力用力传感器位于所述第二测速辊下方，所述第一主电机转速编码器安装于所述第一主电机的转子轴上，所述第二主电机转速编码器安装于所述第二主电机的转子轴上，所述第一卷取电机转速编码器安装于所述第一卷取电机的转子轴上，所述第二卷取电机转速编码器安装于所述第二卷取电机的转子轴上，所述第一测轧速编码器安装于第一测速辊的一侧，所述第二测轧速编码器安装于第二测速辊的一侧。
优选的，在上述的异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法中，所述工控机配有WinCC组态的控制系统人机界面，在人机界面上有各道次轧件入口厚度
Figure 809236DEST_PATH_IMAGE030
输入域、目标出口厚度
Figure 547385DEST_PATH_IMAGE009
输入域、前张力输入域和后张力输入域、基准轧制力
Figure 801780DEST_PATH_IMAGE001
输入域、基准异速比
Figure 992590DEST_PATH_IMAGE002
输入域、最大轧制力
Figure 482477DEST_PATH_IMAGE003
输入域、厚度控制精度
Figure 75133DEST_PATH_IMAGE004
输入域、出口厚度修正系数
Figure 500429DEST_PATH_IMAGE005
输入域、轧制力敏感系数许用值
Figure 912956DEST_PATH_IMAGE006
输入域、轧制力敏感系数计算累积时间
Figure 206534DEST_PATH_IMAGE007
输入域和PID参数输入域。 优选的，在上述的异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法中，所述操作台上有轧制方向双向调节开关、辊缝调节模式按钮、异速比调节模式按钮及切换模式指示灯。
优选的，在上述的异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法中，所述四象限变频器位于所述控制柜内部，包括整流单元、共用直流母线、第一逆变器、第二逆变器、第三逆变器以及第四逆变器，所述第一逆变器、第二逆变器、第三逆变器分别驱动所述第一主电机、第二主电机、第一卷取电机、第二卷取电机。
与现有技术相比，本发明的优点在于采用辊缝调节模式和异速比调节模式两种相结合的方法实现异步轧制金属极薄带的厚度自动控制功能，在轧件厚度相对较大、压下对增大轧制力较敏感时，采用辊缝调节模式；在轧件厚度较小、压下对增大轧制力不敏感时采用异速比调节模式。避免了传统同步轧制中厚度自动控制手段单一（仅有辊缝调节模式）、轧件厚度较薄时压下对辊缝调节不敏感、整个轧制过程需要多次退火以降低轧件变形抗力的问题，同时也避免了轧件厚度较大时，异步轧制存在的快慢速工作辊载荷分配不平衡导致的对主电机、主减速机要求过高的问题，且有利于发挥异步轧制在金属极薄带生产过程中的效率优势。本发明结合了辊缝调节和异速比调节各自的优势，避免了其缺点，提高了金属极薄带材的厚度精度、成材率和生产效率，降低了对操作人员的要求和生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明具体实施例中异步轧制金属极薄带厚度自动控制装置系统的示意图；
图2所示为本发明具体实施例中轧机机械装置的俯视示意图；
图3所示为本发明具体实施例中轧机机械装置的主视示意图；
图4所示为本发明具体实施例中四象限变频器的示意图；
图5所示为本发明具体实施例中异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法的流程图。
图中：1、轧机机械装置；2、工控机；3、操作台；4、PLC；5、控制柜；6、第一卷取减速机；7、第一卷取电机；8、第一卷取电机转速编码器；9、第一测轧速编码器；10、第一主减速机；11、第一主电机转速编码器；12、第一主电机；13、第二测轧速编码器；14、第二卷取电机；15、第二卷取电机转速编码器；16、第二卷取减速机；17、第二联轴器；18、第二主减速机；19、第二主电机；20、第二主电机转速编码器；21、第一联轴器；22、第一卷筒；23、轧件；24、第一转向辊；25、第一测速辊；26、第二转向辊；27、第一测张力用力传感器；28、第一测厚仪；29、上支撑辊；30、测轧制力用力传感器；31、压下液压缸；32、牌坊；33、上工作辊；34、下工作辊；35、下支撑辊；36、第二测厚仪；37、第二测张力用力传感器；38、第三转向辊；39、第二测速辊；40、第四转向辊；41、第二卷筒；42、整流单元；43、四象限变频器；44、共用直流母线；45、第一逆变器；46、第二逆变器；47、第三逆变器；48、第四逆变器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
结合图1-5所示，异步轧制金属极薄带厚度自动控制装置系统的轧机机械装置1包括沿轧件23轧制方向依次设置的第一卷筒22、第一转向辊24、第一测速辊25、第二转向辊26、第一测厚仪28、牌坊32、第二测厚仪36、第三转向辊38、第二测速辊39、第四转向辊40、第二卷筒41，牌坊32内设置有对应作用于轧件23顶面与底面的上工作辊33与下工作辊34，上工作辊33的上方与下工作辊34的下方分别设置有上支撑辊29与下支撑辊35，上支撑辊29上方设置有压下液压缸31，压下液压缸31作用于上支撑辊29并带动上工作辊33来调节上工作辊33与下工作辊34之间的辊缝间距，上工作辊33通过第一主电机12驱动，下工作辊34通过第二主电机19驱动，第一卷筒22通过第一卷取电机7驱动，第二卷筒41通过第二卷取电机14驱动，
轧机控制系统包括测量压下液压缸31轧制力的测轧制力用力传感器30、测量轧件23入口张力与出口张力的第一测张力用力传感器27与第二测张力用力传感器37、测量并控制第一主电机12与第二主电机19转速的第一主电机转速编码器11与第二主电机转速编码器20、测量并控制第一卷取电机7与第二卷取电机14转速的第一卷取电机转速编码器8与第二卷取电机转速编码器15、测量轧件23入口与出口速度的第一测轧速编码器9与第二测轧速编码器13、测量轧件23入口与出口厚度的第一测厚仪28与第二测厚仪36。
第一主电机12、第二主电机19、第一卷取电机7、第二卷取电机14均为可逆电机。第一主电机12依次通过第一主减速机10、第一联轴器21驱动上工作辊33，第二主电机19依次通过第二主减速机18、第二联轴器17驱动下工作辊34，第一卷取电机7通过第一卷取减速机6驱动第一卷筒22，第二卷取电机14通过第二卷取减速机16驱动第二卷筒41。第一转向辊24、第一测速辊25、第二转向辊26、第三转向辊38、第二测速辊39、第四转向辊40均为空心辊，直径相同且均为被动辊，由轧件23施加的摩擦力拖动。第一测速辊25的中心高度高于第一转向辊24与第二转向辊26的顶部高度，第一转向辊24与第二转向辊26之间的中心距离小于第一测速辊25直径的2倍，轧件23依次经过第一转向辊24的底部、第一测速辊25的顶部以及第二转向辊26的底部，并在第一测速辊25上形成大于180°的包角；第二测速辊39的中心高度高于第三转向辊38与第四转向辊40的顶部高度，第三转向辊38与第四转向辊40之间的中心距离小于第二测速辊39直径的2倍，轧件23依次经过第三转向辊38的底部、第二测速辊39的顶部以及第四转向辊40的底部，并在第二测速辊39上形成大于180°的包角。测轧制力用力传感器30位于压下液压缸31的下方，第一测张力用力传感器27位于第一测速辊25下方，第二测张力用力传感器37位于第二测速辊39下方，第一主电机转速编码器11安装于第一主电机12的转子轴上，第二主电机转速编码器20安装于第二主电机19的转子轴上，第一卷取电机转速编码器8安装于第一卷取电机7的转子轴上，第二卷取电机转速编码器15安装于第二卷取电机14的转子轴上，第一测轧速编码器9安装于第一测速辊25的一侧，第二测轧速编码器13安装于第二测速辊39的一侧。 两个主电机转速编码器作用为测量和控制上下工作辊线速度、控制异速比、调节压下量，测量计算公式为
Figure 653696DEST_PATH_IMAGE031
，式中
Figure 249893DEST_PATH_IMAGE032
为工作辊线速度（m/min）、
Figure 415295DEST_PATH_IMAGE033
为主电机转速（rpm）、
Figure 246985DEST_PATH_IMAGE034
为工作辊直径（mm）、
Figure 548653DEST_PATH_IMAGE035
为主减速机的减速比。
两卷取电机转速编码器作用为测量卷取电机转速、计算卷径、控制收放卷张力；两个测轧速编码器作用是测量轧件入口和出口速度、计算卷径和压下率、控制张力和压下；两测厚仪作用是测量轧件入口和出口厚度、控制压下。
还包括工控机2、操作台3、PLC 4、控制柜5，操作台3上有轧制方向双向调节开关、辊缝调节模式按钮及指示灯、异速比调节模式按钮及指示灯。还包括四象限变频器43，四象限变频器43位于控制柜5内部，包括整流单元42、共用直流母线44、第一逆变器45、第二逆变器46、第三逆变器47以及第四逆变器48，第一逆变器45、第二逆变器46、第三逆变器47分别驱动第一主电机12、第二主电机19、第一卷取电机7、第二卷取电机14。
工控机2配有WinCC组态的控制系统人机界面，在人机界面上有各道次轧件入口厚度
Figure 814287DEST_PATH_IMAGE030
输入域、目标出口厚度
Figure 201406DEST_PATH_IMAGE009
输入域、前张力输入域和后张力输入域、基准轧制力
Figure 836787DEST_PATH_IMAGE001
输入域、基准异速比
Figure 258541DEST_PATH_IMAGE002
输入域、最大轧制力
Figure 196541DEST_PATH_IMAGE003
输入域、厚度控制精度
Figure 70956DEST_PATH_IMAGE004
输入域、出口厚度修正系数
Figure 244449DEST_PATH_IMAGE005
输入域、轧制力敏感系数许用值
Figure 520709DEST_PATH_IMAGE006
输入域、轧制力敏感系数计算累积时间
Figure 629611DEST_PATH_IMAGE007
输入域和PID参数输入域。
下面将采用具体数值为例说明：
测轧制力用力传感器的测量上限为150t，异速比的最大限值为2.0，轧件材质为430不锈钢，厚度为150μm，宽度为100.0mm。
异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法依次包括：
步骤一：设定如下基础轧制参数，基准轧制力
Figure 991322DEST_PATH_IMAGE036
、基准异速比
Figure 968505DEST_PATH_IMAGE037
、最大轧制力
Figure 99272DEST_PATH_IMAGE038
、厚度控制精度
Figure 503709DEST_PATH_IMAGE039
、出口厚度修正系数
Figure 962503DEST_PATH_IMAGE040
、轧制力敏感系数许用值
Figure 743377DEST_PATH_IMAGE041
、轧制力敏感系数计算累积时间
Figure 994230DEST_PATH_IMAGE042
、4道次轧件的入口厚度
Figure 569568DEST_PATH_IMAGE030
分别为150、100、75和60μm、目标出口厚度
Figure 17123DEST_PATH_IMAGE009
分别为100、75、60和50μm；
步骤二：按下辊缝调节模式按钮，此时轧机的厚度自动控制模式为辊缝调节模式，异速比
Figure 336109DEST_PATH_IMAGE043
，扳动轧制方向调节双向开关至左向轧制，启动轧机，此时下工作辊为快速辊，下工作辊线速度是上工作辊的1.1倍；
步骤三：第一测厚仪实时测量出轧件出口厚度测量值
Figure 441468DEST_PATH_IMAGE013
，第二测轧速编码器和第一测轧速编码器实时测量并通过PLC和工控机计算得出轧件入口速度
Figure 187707DEST_PATH_IMAGE014
和出口速度
Figure 886673DEST_PATH_IMAGE015
，结合设定的轧件入口厚度
Figure 743771DEST_PATH_IMAGE044
、目标出口厚度
Figure 969216DEST_PATH_IMAGE045
和出口厚度修正系数
Figure 886356DEST_PATH_IMAGE040
，由公式
Figure 807039DEST_PATH_IMAGE046
实时计算得出修正后的轧件出口厚度
Figure 467827DEST_PATH_IMAGE011
；
步骤四：将修正后的轧件出口厚度
Figure 547779DEST_PATH_IMAGE011
和目标出口厚度
Figure 635820DEST_PATH_IMAGE045
差值的绝对值与厚度控制精度
Figure 43799DEST_PATH_IMAGE039
进行比较，当
Figure 508278DEST_PATH_IMAGE016
且
Figure 442736DEST_PATH_IMAGE017
，即
Figure 701679DEST_PATH_IMAGE047
时，压下液压缸压下；当
Figure 95489DEST_PATH_IMAGE018
且
Figure 363660DEST_PATH_IMAGE019
，即
Figure 887045DEST_PATH_IMAGE048
时，压下液压缸抬起，压下液压缸由
Figure 316889DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 824094DEST_PATH_IMAGE009
差值的绝对值与
Figure 505742DEST_PATH_IMAGE004
的关系控制，确保
Figure 414792DEST_PATH_IMAGE049
；
步骤五：测轧制力用力传感器实时测量轧制力
Figure 281117DEST_PATH_IMAGE021
，工控机由历史测量的
Figure 885405DEST_PATH_IMAGE021
和修正的
Figure 495378DEST_PATH_IMAGE011
计算轧制力敏感系数计算累积时间
Figure 993355DEST_PATH_IMAGE042
内
Figure 765002DEST_PATH_IMAGE021
和
Figure 981220DEST_PATH_IMAGE011
的增加值，并进一步计算出轧制力敏感系数
Figure 4671DEST_PATH_IMAGE022
，比较轧制力测量值
Figure 622734DEST_PATH_IMAGE021
与最大轧制力
Figure 830861DEST_PATH_IMAGE038
及比较轧制力敏感系数计算值
Figure 534375DEST_PATH_IMAGE022
与许用值
Figure 862982DEST_PATH_IMAGE041
，发现
Figure 335551DEST_PATH_IMAGE050
且
Figure 714580DEST_PATH_IMAGE051
，返回步骤三； 扳动轧制方向调节双向开关至右向轧制，启动轧机，此时上工作辊为快速辊，上工作辊线速度是上工作辊的1.1倍，第二测厚仪实时测量出轧件出口厚度测量值
Figure 905390DEST_PATH_IMAGE013
，第一测轧速编码器和第二测轧速编码器实时测量并计算出轧件入口速度
Figure 270643DEST_PATH_IMAGE014
和出口速度
Figure 863299DEST_PATH_IMAGE015
，结合设定的第二道次轧件入口厚度
Figure 147649DEST_PATH_IMAGE052
、目标出口厚度
Figure 825755DEST_PATH_IMAGE053
和出口厚度修正系数
Figure 994700DEST_PATH_IMAGE040
，由公式
Figure 441862DEST_PATH_IMAGE046
实时计算得出修正后的轧件出口厚度
Figure 162693DEST_PATH_IMAGE011
，将修正后的
Figure 62516DEST_PATH_IMAGE011
和目标出口厚度
Figure 769572DEST_PATH_IMAGE053
差值的绝对值与厚度控制精度
Figure 336819DEST_PATH_IMAGE039
进行比较，当
Figure 228552DEST_PATH_IMAGE016
且
Figure 615671DEST_PATH_IMAGE017
，即
Figure 624953DEST_PATH_IMAGE054
时，压下液压缸压下；当
Figure 46707DEST_PATH_IMAGE018
且
Figure 109341DEST_PATH_IMAGE019
，即
Figure 983756DEST_PATH_IMAGE055
时，压下液压缸抬起；
继续用测轧制力用力传感器实时测量轧制力
Figure 32615DEST_PATH_IMAGE021
，工控机由历史测量的
Figure 308875DEST_PATH_IMAGE021
和修正的
Figure 542410DEST_PATH_IMAGE011
计算轧制力敏感系数
Figure 904122DEST_PATH_IMAGE022
。比较轧制力测量值
Figure 756671DEST_PATH_IMAGE021
与最大轧制力
Figure 887438DEST_PATH_IMAGE038
及比较轧制力敏感系数计算值
Figure 291875DEST_PATH_IMAGE022
与许用值
Figure 140882DEST_PATH_IMAGE041
，发现
Figure 797122DEST_PATH_IMAGE050
，但
Figure 782396DEST_PATH_IMAGE056
，切换模式指示灯亮起； 步骤六：扳动轧制方向调节双向开关至左向轧制，厚度自动控制模式自动切换至异速比调节模式，轧制力
Figure 357734DEST_PATH_IMAGE021
自动降至基准轧制力
Figure 428458DEST_PATH_IMAGE036
，启动轧机，此时上工作辊为慢速辊，下工作辊为快速辊；
步骤七：第一测厚仪实时测量出轧件出口厚度测量值
Figure 747444DEST_PATH_IMAGE013
，第二测轧速编码器和第一测轧速编码器实时测量并通过PLC和工控机计算得出轧件入口速度
Figure 483495DEST_PATH_IMAGE014
和出口速度
Figure 229734DEST_PATH_IMAGE015
，结合设定的轧件入口厚度
Figure 53333DEST_PATH_IMAGE057
、目标出口厚度
Figure 644852DEST_PATH_IMAGE058
和出口厚度修正系数
Figure 480084DEST_PATH_IMAGE040
，由公式
Figure 662803DEST_PATH_IMAGE046
实时计算得出修正后的轧件出口厚度
Figure 708120DEST_PATH_IMAGE011
；
步骤八：将修正后的轧件出口厚度
Figure 368908DEST_PATH_IMAGE011
和目标出口厚度
Figure 324226DEST_PATH_IMAGE058
差值的绝对值与厚度控制精度
Figure 412268DEST_PATH_IMAGE039
进行比较，当
Figure 944880DEST_PATH_IMAGE016
且
Figure 409359DEST_PATH_IMAGE017
，即
Figure 219184DEST_PATH_IMAGE059
时，增大下第二主电机的转速；当
Figure 478127DEST_PATH_IMAGE018
且
Figure 498035DEST_PATH_IMAGE019
，即
Figure 500626DEST_PATH_IMAGE060
时，减小下快速辊的转速，两台主电机转速比值的变化由
Figure 663492DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 358916DEST_PATH_IMAGE009
差值的绝对值与
Figure 866120DEST_PATH_IMAGE004
的关系控制，确保
Figure 406823DEST_PATH_IMAGE061
；
步骤九：重复步骤七和步骤八，直至轧件减薄至目标厚度，即
Figure 191240DEST_PATH_IMAGE062
。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法，其特征在于，通过轧机机械装置和轧机控制系统完成，
所述轧机机械装置包括沿轧件轧制方向依次设置的第一卷筒、第一转向辊、第一测速辊、第二转向辊、第一测厚仪、牌坊、第二测厚仪、第三转向辊、第二测速辊、第四转向辊、第二卷筒，所述牌坊内设置有对应作用于所述轧件顶面与底面的上工作辊与下工作辊，所述上工作辊的上方与所述下工作辊的下方分别设置有上支撑辊与下支撑辊，所述上支撑辊上方设置有压下液压缸，所述压下液压缸作用于所述上支撑辊并带动所述上工作辊来调节所述上工作辊与所述下工作辊之间的辊缝间距，所述上工作辊通过第一主电机驱动，所述下工作辊通过第二主电机驱动，所述第一主电机与所述第二主电机分别位于所述牌坊的两侧且单独控制，所述上工作辊与所述下工作辊的线速度比值通过控制所述第一主电机与所述第二主电机的转速调节，所述第一卷筒通过第一卷取电机驱动，所述第二卷筒通过第二卷取电机驱动，所述第一主电机、第二主电机、第一卷取电机、第二卷取电机均为可逆电机，
所述轧机控制系统包括测量传感器、操作台、工控机、控制柜、PLC和四象限变频器，所述测量传感器包括测量所述压下液压缸轧制力的测轧制力用力传感器、测量所述轧件入口张力与出口张力的第一测张力用力传感器与第二测张力用力传感器、测量并控制所述第一主电机与第二主电机转速的第一主电机转速编码器与第二主电机转速编码器、测量并控制所述第一卷取电机与第二卷取电机转速的第一卷取电机转速编码器与第二卷取电机转速编码器、测量所述轧件入口与出口速度的第一测轧速编码器与第二测轧速编码器、测量所述轧件入口与出口厚度的所述第一测厚仪与所述第二测厚仪，
异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法依次包括如下步骤：
S1 设定基础轧制参数，包括基准轧制力
Figure 74871DEST_PATH_IMAGE001
、基准异速比
Figure 788749DEST_PATH_IMAGE002
、最大轧制力
Figure 709432DEST_PATH_IMAGE003
、厚度控制精度
Figure 635800DEST_PATH_IMAGE004
、出口厚度修正系数
Figure 715751DEST_PATH_IMAGE005
、轧制力敏感系数许用值
Figure 679159DEST_PATH_IMAGE006
、轧制力敏感系数计算累积时间
Figure 211772DEST_PATH_IMAGE007
和各道次轧件入口厚度
Figure 676251DEST_PATH_IMAGE008
、目标出口厚度
Figure 610709DEST_PATH_IMAGE009
、前张力和后张力；
S2 采用辊缝调节模式，按下辊缝调节模式按钮，启动，此时异速比
Figure 745018DEST_PATH_IMAGE010
增至基准异速比
Figure 764927DEST_PATH_IMAGE002
，通过调节所述压下液压缸实现所述轧件厚度自动控制，左向轧制时，所述下工作辊为快速辊，异速比
Figure 767518DEST_PATH_IMAGE010
为所述下工作辊线速度与所述上工作辊线速度的比值；右向轧制时，所述上工作辊为快速辊，异速比
Figure 556482DEST_PATH_IMAGE010
为所述上工作辊线速度与所述下工作辊线速度的比值；
S3 测量和修正轧件出口厚度
Figure 628737DEST_PATH_IMAGE011
，轧件出口厚度
Figure 135942DEST_PATH_IMAGE011
由公式
Figure 676644DEST_PATH_IMAGE012
实时计算得出，式中轧件入口厚度
Figure 585694DEST_PATH_IMAGE008
、目标出口厚度
Figure 61806DEST_PATH_IMAGE009
和出口厚度修正系数
Figure 56307DEST_PATH_IMAGE005
为设定值，轧件出口厚度测量值
Figure 400701DEST_PATH_IMAGE013
、轧件入口速度
Figure 164257DEST_PATH_IMAGE014
和出口速度
Figure 76850DEST_PATH_IMAGE015
为实时测量值，右向轧制时，
Figure 293068DEST_PATH_IMAGE013
由第二测厚仪实时测量得出，
Figure 441152DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 59215DEST_PATH_IMAGE015
分别由第一测轧速编码器和第二测轧速编码器实时测量得出；左向轧制时，
Figure 142709DEST_PATH_IMAGE013
由测第一测厚仪实时测量得出，
Figure 846223DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 532419DEST_PATH_IMAGE015
分别由第二测轧速编码器和第一测轧速编码器实时测量得出；
S4 实时比较目标出口厚度值
Figure 270568DEST_PATH_IMAGE009
与测量值
Figure 23498DEST_PATH_IMAGE011
，自动调节所述压下液压缸实现调节辊缝，实现厚度自动控制，将步骤S3中测量和修正得到的轧件出口厚度
Figure 214308DEST_PATH_IMAGE011
和目标出口厚度
Figure 704195DEST_PATH_IMAGE009
差值的绝对值与厚度控制精度
Figure 31271DEST_PATH_IMAGE004
进行比较，当
Figure 456567DEST_PATH_IMAGE016
且
Figure 400253DEST_PATH_IMAGE017
时，所述压下液压缸压下，辊缝减小；当
Figure 693831DEST_PATH_IMAGE018
且
Figure 16359DEST_PATH_IMAGE019
时，所述压下液压缸抬起，辊缝增大；当
Figure 471611DEST_PATH_IMAGE020
时，所述压下液压缸不动作，辊缝保持不变；
S5 实时测量轧制力
Figure 637013DEST_PATH_IMAGE021
和计算轧制力敏感系数
Figure 468703DEST_PATH_IMAGE022
，比较轧制力测量值
Figure 911317DEST_PATH_IMAGE021
与最大轧制力
Figure 537470DEST_PATH_IMAGE003
及比较轧制力敏感系数计算值
Figure 924589DEST_PATH_IMAGE022
与许用值
Figure 559970DEST_PATH_IMAGE006
，判断是否切换为厚度自动控制模式，轧制力敏感系数
Figure 716145DEST_PATH_IMAGE022
的计算公式为
Figure 421189DEST_PATH_IMAGE023
，式中
Figure 295604DEST_PATH_IMAGE024
为轧制力敏感系数计算累积时间
Figure 734675DEST_PATH_IMAGE007
内轧制力
Figure 886302DEST_PATH_IMAGE021
的增加值，
Figure 119837DEST_PATH_IMAGE025
为轧制力敏感系数计算累积时间
Figure 481549DEST_PATH_IMAGE007
内轧件出口厚度
Figure 458732DEST_PATH_IMAGE011
的减小值，轧制力敏感系数
Figure 464865DEST_PATH_IMAGE022
表征辊缝调节的压下效用，
Figure 869302DEST_PATH_IMAGE022
值越大说明减小辊缝时压下越明显，当
Figure 718309DEST_PATH_IMAGE026
且
Figure 233604DEST_PATH_IMAGE027
时，返回步骤S3，继续采用辊缝调节模式；当
Figure 359823DEST_PATH_IMAGE028
或
Figure 935161DEST_PATH_IMAGE029
时，切换模式指示灯亮起，切换至异速比调节模式；
S6 采用异速比调节模式，轧制力
Figure 271464DEST_PATH_IMAGE021
自动降至基准轧制力
Figure 590450DEST_PATH_IMAGE030
，轧机通过调节异速比实现厚度自动控制，左向轧制时，所述下工作辊为快速辊，异速比
Figure 69711DEST_PATH_IMAGE010
为所述下工作辊线速度与所述上工作辊线速度的比值；右向轧制时，所述上工作辊为快速辊，异速比
Figure 815950DEST_PATH_IMAGE010
为所述上工作辊线速度与所述下工作辊线速度的比值；
S7 测量和修正轧件出口厚度
Figure 373970DEST_PATH_IMAGE011
，具体操作同步骤S3；
S8 实时比较目标出口厚度值
Figure 496647DEST_PATH_IMAGE009
与测量值
Figure 190933DEST_PATH_IMAGE011
，自动调节异速比，实现厚度自动控制，将步骤S7中测量和修正得到的轧件出口厚度
Figure 983440DEST_PATH_IMAGE011
和目标出口厚度
Figure 559915DEST_PATH_IMAGE009
差值的绝对值与厚度控制精度
Figure 220703DEST_PATH_IMAGE004
进行比较，当
Figure 910442DEST_PATH_IMAGE016
且
Figure 264063DEST_PATH_IMAGE017
时，增大快速辊转速，异速比增大；当
Figure 796675DEST_PATH_IMAGE018
且
Figure 995575DEST_PATH_IMAGE019
时，减小快速辊转速，异速比减小；当
Figure 664454DEST_PATH_IMAGE020
时，所述第一主电机与第二主电机转速比值保持不变，异速比不变；
S9重复步骤S7和步骤S8，直至轧件减薄至目标厚度许可范围。
2.根据权利要求1所述的异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法，其特征在于，所述第一主电机依次通过第一主减速机、第一联轴器驱动所述上工作辊，所述第二主电机依次通过第二主减速机、第二联轴器驱动所述下工作辊，所述第一卷取电机通过第一卷取减速机驱动所述第一卷筒，所述第二卷取电机通过第二卷取减速机驱动所述第二卷筒。
3.根据权利要求1所述的异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法，其特征在于，所述第一转向辊、第一测速辊、第二转向辊、第三转向辊、第二测速辊、第四转向辊均为空心辊，直径相同且均为被动辊，由所述轧件施加的摩擦力拖动。
4.根据权利要求1所述的异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法，其特征在于，所述第一测速辊的中心高度高于所述第一转向辊与所述第二转向辊的顶部高度，所述第一转向辊与所述第二转向辊之间的中心距离小于所述第一测速辊直径的2倍，所述轧件依次经过所述第一转向辊的底部、所述第一测速辊的顶部以及所述第二转向辊的底部，并在所述第一测速辊上形成大于180°的包角；所述第二测速辊的中心高度高于所述第三转向辊与所述第四转向辊的顶部高度，所述第三转向辊与所述第四转向辊之间的中心距离小于所述第二测速辊直径的2倍，所述轧件依次经过所述第三转向辊的底部、所述第二测速辊的顶部以及所述第四转向辊的底部，并在所述第二测速辊上形成大于180°的包角。
5.根据权利要求1所述的异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法，其特征在于，所述测轧制力用力传感器位于所述压下液压缸的下方，所述第一测张力用力传感器位于所述第一测速辊下方，所述第二测张力用力传感器位于所述第二测速辊下方，所述第一主电机转速编码器安装于所述第一主电机的转子轴上，所述第二主电机转速编码器安装于所述第二主电机的转子轴上，所述第一卷取电机转速编码器安装于所述第一卷取电机的转子轴上，所述第二卷取电机转速编码器安装于所述第二卷取电机的转子轴上，所述第一测轧速编码器安装于第一测速辊的一侧，所述第二测轧速编码器安装于第二测速辊的一侧。
6.根据权利要求1所述的异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法，其特征在于，所述工控机配有WinCC组态的控制系统人机界面，在人机界面上有各道次轧件入口厚度
Figure 64343DEST_PATH_IMAGE008
输入域、目标出口厚度
Figure 84251DEST_PATH_IMAGE009
输入域、前张力输入域和后张力输入域、基准轧制力
Figure 86842DEST_PATH_IMAGE030
输入域、基准异速比
Figure 875807DEST_PATH_IMAGE002
输入域、最大轧制力
Figure 213641DEST_PATH_IMAGE003
输入域、厚度控制精度
Figure 455266DEST_PATH_IMAGE004
输入域、出口厚度修正系数
Figure 261548DEST_PATH_IMAGE005
输入域、轧制力敏感系数许用值
Figure 905019DEST_PATH_IMAGE006
输入域、轧制力敏感系数计算累积时间
Figure 381131DEST_PATH_IMAGE007
输入域和PID参数输入域。
7.根据权利要求1所述的异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法，其特征在于，所述操作台上有轧制方向双向调节开关、辊缝调节模式按钮、异速比调节模式按钮及切换模式指示灯。
8.根据权利要求1所述的异步轧制金属极薄带厚度自动控制的方法，其特征在于，所述四象限变频器位于所述控制柜内部，包括整流单元、共用直流母线、第一逆变器、第二逆变器、第三逆变器以及第四逆变器，所述第一逆变器、第二逆变器、第三逆变器分别驱动所述第一主电机、第二主电机、第一卷取电机、第二卷取电机。
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