一种单机架可逆轧机张力监视控制装置及其方法

摘要

本发明提供了一种单机架可逆轧机张力监视控制装置及其方法，其中单机架可逆轧机张力监视控制装置包括卷取机、转向辊、轧机、脉冲编码器、测厚仪、PLC控制器以及传动控制器，卷取机包括左、右卷取机，转向辊包括设在左、右卷取机之间的左、右转向辊，脉冲编码器包括分别抵接左、右转向辊设置的左、右编码器，测厚仪包括在左、右转向辊之间抵近钢带行经路线设置的左、右测厚仪，轧机轧口部在左、右测厚仪之间抵接钢带行经路线设置，同时左、右编码器及左、右测厚仪均与PLC控制器电性相连，传动控制器与PLC控制器电性相连，也分别与左、右卷取机电性相连，藉由前述构造，解决了自适应调整增益补偿的技术问题，达成了极薄带钢厚度精确控制的良好效果。

说明书

技术领域

本发明提供一种单机架可逆轧机张力监视控制装置及其方法。

背景技术

在单机架可逆轧机的厚度控制系统中，通常采用调节轧机辊缝值的 方法，从而改变轧制压力，使得带钢的厚度达到目标设定值。但在成品 道次，带钢经过前面若干道次的轧制，带钢硬度已经变得相当高，靠调 节辊缝进行厚度控制，效果往往比较差。这种情况在轧制极薄带钢的时 候表现得更为明显，这时由于带钢非常薄，带钢的塑性系数非常大，调 节辊缝几乎起不到压薄的效果，此时需要采用调节张力的方法来控制带 钢的厚度。相比调节辊缝的方法，调节张力的方法惯性小、反应快速且 易于稳定，劣势是张力只能微调带钢的厚度，因此通常张力式厚度控制 方法适用于极薄带钢的轧制。

极薄带钢的厚度控制要求很高，因为厚度太薄，稍有不慎就会造成 断带，因此调节量不宜波动剧烈。采取厚度控制方法中的监视方法比较 合适，即对监控段上的出口厚差进行平均和平滑处理，使得监视出口厚 差变化得相对平缓，从而计算的调节量也不会变化剧烈。为取得较好的 厚度控制效果，更为重要的是控制增益的选择，因为轧机生产的工况变 化范围比较大，采用固定增益的方法显然无法取得很好的效果。因此在 极薄带钢的轧制时，需要提供一种张力式的监视厚度控制方法，能够考 虑到现场各种因素对张力调节量的影响，自适应地调整控制增益，高精 度地控制带钢厚度达到设定值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种单机架可逆 轧机张力监视控制装置。

为达成上述目的，本发明应用的技术方案是：提供一种单机架可逆 轧机张力监视控制装置，包括卷取机、转向辊、轧机、脉冲编码器、测 厚仪、PLC控制器以及传动控制器，其中：卷取机包括以A线为基准设 在线段两端左、右卷取机，转向辊包括以B线为基准设在左、右卷取机 之间的左、右转向辊，脉冲编码器包括分别抵接左、右转向辊设置的左、 右编码器，测厚仪包括在左、右转向辊之间抵近钢带行经路线设置的左、 右测厚仪，轧机轧口部在左、右测厚仪之间抵接钢带行经路线设置，同 时左、右编码器及左、右测厚仪均与PLC控制器电性相连，传动控制器 与PLC控制器电性相连，也分别与左、右卷取机电性相连。

为解决上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种单机架可逆 轧机张力监视控制装置的方法。

为达成上述目的，本发明应用的技术方案是：提供一种单机架可逆 轧机张力监视控制装置的方法，包括：

步骤一，获取钢带监视厚差值，钢带在卷取机及转向辊驱动与支撑 下运行，右测厚仪测得轧后钢带厚度并将测量获得有信号传输给PLC控 制器计算厚差值；

步骤二，PLC控制器算出厚差和张力转换因子，结合带钢行经速度、 右测厚仪测到的厚度值与设定值确定厚度影响因子和自适应增益因子；

步骤三，采用积分控制器计算厚度控制的轧机入口和出口张力调节 量，从而实现单机架可逆轧机张力监视与控制。

本发明与现有技术相比，其有益的效果是：

本发明实施例中采用轧机进口张力和出口张力对极薄带钢进行厚度 控制，解决了带钢硬化造成的辊缝调节效果差的问题。且在计算过程中， 详细地考虑了各种因素(包括带钢轧后厚度设定值、轧后速度和监视轧 后厚差)对张力调节量的影响并采用了自适应调整增益的方法进行补偿， 从而可以高精度地控制带钢厚度达到设定值，提高了极薄带钢厚度控制 的精度和性能。

附图说明

图1是带有张力监视控制装置的单机架可逆轧机和卷取机系统示意 图。

图2是本实施例带钢的张力式监视厚度控制方法流程示意图。

图3是图2中步骤S10的细化流程示意图。

图4为图2中步骤S20的细化流程示意图。

图5为图2中步骤S30的细化流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出， 其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类 似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解 释本发明的技术方案，而不应当理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、 “顶”、“底”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而不是要求本发明必须以特定的方位构造 和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

请参阅图1，在单机架可逆轧机和卷取机中呈现张力监视控制装置， 其包括卷取机10、转向辊20、轧机30、脉冲编码器40、测厚仪50、PLC 控制器60以及传动控制器70，其中：卷取机10包括左、右卷取机11、 12，左、右卷取机11、12以A线为基准设在线段两端；转向辊20包括 左、右转向辊21、22，左、右转向辊21、22以B线为基准设在左、右 卷取机11、12之间，B线高于卷取机10(如四分之一的图上点)，使得 左卷取机11中的钢带(未标注)行至左转向辊21时形成左视上坡面， 再至右转向辊22时形成俯视平面，之后经右卷取机12时形成右视下坡 面。然而，脉冲编码器40包括左、右编码器41、42，左、右编码器41、 42分别抵接左、右转向辊21、22设置；测厚仪50包括左、右测厚仪51、 52，左、右测厚仪51、52在左、右转向辊21、22之间抵近钢带行经路 线设置；轧机30的轧口部(未标注)在左、右测厚仪51、52之间抵接 钢带行经路线设置，同时左、右编码器41及左、右测厚仪51、52均与 PLC控制器60电性相连；传动控制器70与PLC控制器60电性相连，也 分别与左、右卷取机11、12电性相连，藉此前述设计构造，实现单机架 可逆轧机的张力监视控制。在本实施例中，单机架可逆轧机张力监视控 制装置的运作过程是，左卷取机11上的带钢行经左转向辊21，然后通 过轧机30进行轧制，轧制完成后经过右转向辊22，再通过右卷取机12 卷取。在左、右转向辊21、22上安装有左、右编码器41、42，以此测 量出带钢的行速度，带钢厚度分别由左、右测厚仪51、52测量得到。所 有的测量信号输入PLC控制器60，PLC控制器60通过运算速度及厚度来 控制左、右张力调节量，然后将指令信号输入给传动控制器70并由传动 控制器70控制左、右卷取机11、12张力转矩，即控制轧机的进、出张 力，从而完成整个张力式监视厚度控制过程。

请参阅图2，一种单机架可逆轧机张力监视控制装置的方法，包括：

步骤一S100，获取钢带监视厚差值，钢带在卷取机10及转向辊20 驱动与支撑下运行，右测厚仪52测得轧后钢带厚度并将信号传输给PLC 控制器60计算厚差值；

步骤二S200，算出厚差和张力转换因子，再结合带钢行经速度、右 测厚仪52测到的差值与实际值(即左测厚仪51测得值)确定厚度影响 因子和自适应增益因子；

步骤三S300，采用积分控制器计算厚度控制的轧机入口和出口张力 调节量，实现单机架可逆轧机张力监视与控制。

请参阅图3，在步骤一S100中，包括：

S101，求取若干次厚差实际值的平均值，即：

在轧制过程中，轧机出口侧(即右测厚仪52监测位置，以下简称“出 口”)在每个采样时刻都会测量到一个带钢行经厚度值，该厚度值(即实 际值)减去(如右测厚仪52)厚度设定值得出厚差值，取当前采样时刻 与在前若干次采样时刻的厚差值求取平均值。例如在本实施例中，取最 近的4个采样时刻的厚差值求取平均值，公式：

$\overline{{\mathrm{\Delta h}}_M}\left(n\right)=\frac{{\Sigma }_{i=0}^3[h_{act}(n-i)-h_{set}(n-i)]}{4}$

式中，h_act(n)表示当前时刻出口(右测厚仪52)测量的厚度实际值， h_set(n)表示当前时刻出口厚度设定值。

S102，使用一阶滞环节平滑处理厚差均值，得到监视出口厚差值， 如：

将出口厚差均值通过一阶滞后环节PT1进行平滑处理，得到监 视出口厚差值，即：

${\mathrm{\Delta h}}_{mon}=PT1\left(\overline{{\mathrm{\Delta h}}_M}\right(n),T_p)$

式中，参数T_p为PT1环节的平滑时间参数，这里取监视段长度运行 时间，其中监视段长度定义为轧机机架同出口测厚仪之间的距离，运行 时间根据带钢出口速度计算得到，如下式：

$T_p=\frac{L_{xthg}}{V_{strip}}$

式中，L_xthg为轧机机架同出口测厚仪之间的距离，V_strip为带钢出口速 度实际值。

离散的一阶滞后环节PT1的算法为：

$Y_n=Y_{n-1}+\frac{T_s}{T_p}\times (X_n-Y_{n-1})$

式中，X_n表示当前时刻PT1环节的输入值，这里就是Y_n和Y_n-1分别为当前时刻和前一时刻PT1环节的输出值，T_s为PLC控制器采样时 间，例如为2ms。

请参阅图4，在步骤二S200中，包括：

S201，根据工作辊辊径和压下量计算出口厚差和张力的转换因子；

出口厚差同张力调节量之间存在一定的对应关系，需要考虑工作辊 辊径和压下量，具体以下式计算出口厚差和张力的转换因子：

$F_t=\frac{C_s\times (1+\frac{C_m}{C_s})}{\sqrt{r_{wr}/[2\times (H_{set}-h_{set})]}}$

式中，C_s为轧机机架的刚度系数，C_m为轧制带钢的塑性系数，r_wr为 上下工作辊的平均半径，H_set为本道次的带钢入口厚度设定值，h_set为本 道次的带钢出口厚度设定值。

S202，根据带钢出口厚度设定值选择厚度影响因子。

极薄钢产品的厚度范围一般在0.05～0.15mm之间，若大于0.15mm 则无需采用张力式监视厚度控制方法。出口厚度设定值在上述范围内时， 出口厚度越大则厚度影响因子越小，具体来说，按下式计算：

F_h＝1.0-1.0×(h_set-0.05)

S203，根据带钢出口速度计算基本增益因子。

速度高的情况下应减小基本增益因子，反之则增大，具体的基本增 益因子按下式计算：

$F_{m,bac}=\frac{1}{3+2\times V_{strip}\times T_{del}/L_{xthg}}$

式中，T_del为包含测厚仪测量延时和张力控制器上升时间的总延时时 间。

S204，根据监视出口厚差选择监视控制自适应增益。

根据监视出口厚差的大小，自适应地选择增益值，具体来说，分为 四种情况：

a.若监视出口厚差的绝对值在2um以内，则自适应增益值取0.8 倍的基本增益因子值。

b.若监视出口厚差的绝对值在2um～6um以内，则自适应增益值取基 本增益因子值。

c.若监视出口厚差的绝对值在6um～8um以内，则自适应增益值取 1.5倍的基本增益因子值。

d.若监视出口厚差的绝对值在超过8um，则自适应增益值取5倍的 基本增益因子值。

也就是说，自适应增益如下式选择：

$F_{adapt}=\left(\begin{array}{cc}0.8\times F_{m,bas}& \left|{\mathrm{\Delta h}}_{mon}\right|\le 2um\\ F_{m,bas}& 2um<\left|{\mathrm{\Delta h}}_{mon}\right|\le 6um\\ 1.5\times F_{m,bas}& 6um<\left|{\mathrm{\Delta h}}_{mon}\right|\le 8um\\ 5.0\times F_{m,bas}& \left|{\mathrm{\Delta h}}_{mon}\right|>8um\end{array}\right)$

请参阅图5，在步骤三S300中，包括：

S301，使用积分控制器计算厚度控制的入口张力调节量；

使用积分控制器计算厚度控制的入口张力调节量，即按下式计算入 口张力的调节量：

T_entry＝INT(H_set×F_t×F_h×F_adapt×Δh_mon×C_entry)

式中，C_entry为入口张力调节系数，该系数为可调参数，需根据现场 实际情况选取合适的值，例如在本实施例中，选取该值为0.5。INT表示 积分控制器的算法，PLC中使用的离散的积分控制器算法为：

$Y_n=Y_{n-1}+\frac{T_s}{T_l}\times X_n$

式中，Y_n和Y_n-1分别为积分控制器当前采样时刻和上一时刻的输出 值，T_s为PLC控制器采样时间，T_l为积分控制器的积分时间，其取值为 X_n为积分控制器当前采样时刻的输入值。

S302，使用积分控制器计算厚度控制的出口张力调节量；

使用积分控制器计算厚度控制的出口张力调节量，即按下式计算出 口张力的调节量：

T_exit＝INT(h_set×F_t×F_h×F_adapt×Δh_mon×C_exit)

式中，C_exit为出口张力调节系数，该系数为可调参数，需根据现场实 际情况选取合适的值，例如在本实施例中，选取该值为0.2。

在轧制过程中使能监视厚度控制以后，每个采样时刻循环执行步骤 S10～S30，并将计算的入口张力和出口张力调节量分别附加到入口张力设 定值和出口张力设定值中，通过传动控制器控制入口卷取机和出口卷取 机的张力转矩，即可控制轧机入口张力和出口张力达到设定值，从而完 成上述的张力式监视厚度控制。

本发明提出的带钢张力式监视厚度控制方法，首先根据出口测厚仪 信号计算出监视段上的出口厚差值，然后计算出口厚差同张力之间的转 换因子，后面分别考虑了出口厚度设定值、带钢出口速度和监视出口厚 差实际值三种因素对张力调节量的影响，分别计算了厚度影响因子、基 本增益因子和自适应增益值，最后使用积分控制器计算出厚度控制的入 口张力和出口张力调节量，分别附加到入口张力和出口张力设定值上， 通过传动控制器完成这种张力式监视厚度控制方法。