一种中厚板热轧机液压压下系统的速度补偿方法及系统

摘要

本发明提供一种中厚板热轧机液压压下系统的速度补偿方法，调节电动压下系统使得上下工作辊压靠在一起，然后调节液压压下进行轧辊压靠测试，获取打开方向和闭合方向上的液压压下速度‑轧制力曲线；根据液压缸动作方向和当前时刻轧制力实际值，从获得的两个方向上的液压压下速度‑轧制力曲线上找出对应的压下速度值，再计算补偿增益值；斜坡处理补偿增益值，将斜坡处理后的补偿增益值用于液压压下控制器上。本发明可实现热轧机液压压下速度的线性化补偿，使得液压压下速度在整个轧制力工作范围内保持在优化速度上。

说明书

技术领域

本发明涉及轧钢控制技术领域，尤其涉及一种中厚板热轧机液压压下系统的速度补偿方法及系统。

背景技术

中厚板热轧机普遍采用电动压下加液压压下的压下系统提供轧制力，电动压下设计行程长、响应慢、调节精度低，仅用于在轧制前预摆辊缝；液压压下行程短、响应快速、抗干扰性能好、调节精度高，适用于在轧制过程中实时调节辊缝。因此在热轧机中主要是通过液压压下来提供轧制力，完成钢板的轧制。

一个典型的液压压下系统由PLC控制器、伺服阀和液压缸组成。由电气控制器输出伺服阀控制信号(电压或电流信号)给伺服阀，控制伺服阀的开口度，不同的开口度对应不同的液压油流量，进而液压缸可提供不同的轧制力用于轧钢。

液压压下控制系统中，控制模式一般分为位置控制模式和轧制力控制模式两种。

位置控制模式下，电气控制器接收液压缸位置设定值与位移传感器测量的位置实际值，根据两者的偏差计算伺服阀控制信号，调节伺服阀开口度，进而控制液压缸位置达到设定值。

轧制力控制模式下，电气控制器接收轧制力设定值与油压传感器或压头测量的轧制力实际值，根据两者的偏差计算伺服阀控制信号，从而控制液压缸提供指定的轧制力。

无论在哪种控制模式下，液压缸的压下速度都不是恒定不变的，且压下速度与轧制力之间是一种非线性的关系。一般来说，随着轧制力的增大，闭合辊缝方向上压下速度会越来越慢，而在打开辊缝方向上压下速度会越来越快，这种压下速度变化和非线性部分会对压下控制的性能造成不利影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种中厚板热轧机液压压下系统的速度补偿方法及系统，使得热轧机的液压压下速度在整个轧制力区间内是恒定的。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种中厚板热轧机液压压下系统的速度补偿方法，带钢在一个六辊轧机中轧制，轧机的压下系统包括电动压下系统和液压压下系统，轧制力由液压压下缸提供，液压缸上面安装有线性位移传感器，线性位移传感器用于测量液压缸动作的行程和压下速度，轧制力测量元件用于测量出液压缸提供的轧制力；线性位移传感器和轧制力测量元件的输出端分别与PLC控制器连接，轧机压下系统电气控制的功能都通过编写程序在PLC控制器中完成，其特征在于：本方法包括以下步骤：

S1、调节电动压下系统使得上下工作辊压靠在一起，然后调节液压压下进行轧辊压靠测试，获取打开方向和闭合方向上的液压压下速度-轧制力曲线；

S2、根据液压缸动作方向和当前时刻轧制力实际值，从获得的两个方向上的液压压下速度-轧制力曲线上找出对应的压下速度值，再计算补偿增益值；

S3、斜坡处理补偿增益值，将斜坡处理后的补偿增益值用于液压压下控制器上。

按上述方法，所述的S1具体为：

轧机热车后，调节电动压下系统使得上下工作辊压靠在一起；

控制液压缸闭合辊缝至测试起始轧制力；

检查压靠测试的条件是否满足；

控制液压缸闭合辊缝至最大允许轧制力，记录下液压缸压下速度和轧制力的变化情况，以轧制力为自变量、压下速度为因变量，得到辊缝闭合方向上的压下速度-轧制力曲线；

控制液压缸打开辊缝至测试起始轧制力，记录下液压缸压下速度和轧制力的变化情况，以轧制力为自变量、压下速度为因变量，得到辊缝打开方向上的压下速度-轧制力曲线；

结束压靠测试。

按上述方法，对得到的打开方向和闭合方向上的液压压下速度-轧制力曲线，进行折线拟合处理，采用处理后的折线寻找对应的压下速度值。

一种中厚板热轧机液压压下系统的速度补偿系统，其特征在于：它包括存储器，存储器中存有PLC程序，PLC程序能够被冷轧机压下系统的PLC控制器调用并完成所述的中厚板热轧机液压压下系统的速度补偿方法。

本发明的有益效果为：首先调节热轧机压下系统进行压靠测试确定液压压下在打开方向和闭合方向上的压下速度-轧制力曲线图；具体使用时，每个采样时刻根据液压缸动作方向和轧制力实际值，从上述压下速度-轧制力曲线图上取得对应的压下速度值；依据对应的压下速度值和优化速度值计算出补偿增益值，最后将补偿增益值加以斜坡处理并补偿到液压压下控制器的比例系数上，即可实现热轧机液压压下速度的线性化补偿，使得液压压下速度在整个轧制力工作范围内保持在优化速度上。

附图说明

图1为中厚板热轧机压下系统及其主要检测仪表的结构示意图。

图2为液压缸打开/闭合方向上的压下速度-轧制力曲线图。

图3为本发明一实施例的方法流程图。

图中：1-带钢，2-轧机，3-电动压下系统，4-液压压下系统，5-线性位移传感器，6-轧制力测量元件，7-PLC控制器。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

图1为一个中厚板热轧机压下系统及其主要检测仪表的示意图，带钢1在一个六辊轧机2中轧制，轧机的压下系统包括电动压下3和液压压下4，轧制力由液压压下缸提供，液压缸上面安装有线性位移传感器5，可以测量液压缸动作的行程和压下速度，轧制力测量元件6可以测量出液压缸提供的轧制力。检测仪表的测量数据都通往PLC控制器7，轧机压下系统电气控制的功能都通过编写程序在PLC控制器7中完成。液压压下控制模式通常分为轧制力控制模式(控制轧制力)和位置控制模式(控制液压缸行程)，两种方式可以任意切换，一般在进行压下系统测试时采用轧制力控制模式，而在正常轧制的时候采用位置控制模式。

本发明提供一种中厚板热轧机液压压下系统的速度补偿方法，如图3所示，包括以下步骤：

S1、调节电动压下系统使得上下工作辊压靠在一起，然后调节液压压下进行轧辊压靠测试，获取打开方向和闭合方向上的液压压下速度-轧制力曲线。图2为液压缸打开/闭合方向上的压下速度-轧制力曲线例图，从图中可以看出，压下速度与轧制力之间是一种非线性的关系，其中在闭合方向上，随着轧制力的增大压下速度逐渐减小，而在打开方向上，随着轧制力增大压下速度逐渐增大。

S1具体为：

S101，轧机热车后，调节电动压下系统使得上下工作辊压靠在一起。

轧机热车完成后，调节液压压下打开到最大值(即完全没有压下的状态)，然后启动电动压下，慢速闭合辊缝，直到上下工作辊压靠在一起，开始产生少量轧制力(例如可设置为50吨)时停止电动压下，然后锁紧两侧电动压下机构，后面的操作中电动压下不再动作。

S102，控制液压缸闭合辊缝至测试起始轧制力。

在轧制力控制模式下控制轧机液压缸闭合辊缝，轧制力逐渐增大直到达到设置的测试起始轧制力(测试起始轧制力的值可在程序中设置，例如可设置为200吨)。

S103，检查压靠测试的条件是否满足。

为防止压靠测试对机组设备造成损伤，需要满足一些条件。具体包括：启动机架冷却系统，启动轧机传动，低速转动轧辊，检查液压系统和平衡系统是否正常，条件都满足的情况下可以进行下一步的压靠测试。

S104，控制液压缸闭合辊缝至最大允许轧制力，在轧制力控制模式下控制轧机液压缸闭合辊缝，直到达到最大允许轧制力(根据实际机组设备情况设置，例如可设置为3000吨)，记录下液压缸压下速度和轧制力的变化情况，以轧制力为自变量、压下速度为因变量，得到辊缝闭合方向上的压下速度-轧制力曲线。

S105，控制液压缸打开辊缝至测试起始轧制力，在轧制力控制模式下控制轧机液压缸打开辊缝，轧制力逐渐降低直到达到测试起始轧制力，记录下液压缸压下速度和轧制力的变化情况，以轧制力为自变量、压下速度为因变量，得到辊缝打开方向上的压下速度-轧制力曲线；

S106，结束压靠测试。

停止传动，停止机架冷却系统，液压缸打开至最大值，控制电动压下打开辊缝，测试结束。

S2、根据液压缸动作方向和当前时刻轧制力实际值，从获得的两个方向上的液压压下速度-轧制力曲线上找出对应的压下速度值，再计算补偿增益值。

S2具体为：

S201，根据液压缸动作方向和当前时刻轧制力实际值确定其对应的压下速度值；

在辊缝闭合方向曲线和打开方向曲线上分别等间距的取若干个点，将这些点用直线连接在一起组成两条折线，从而可以根据液压缸动作方向和当前轧制力实际值找到折线上相对应的点，即对应的压下速度值。

举例来说，在本实施例中，闭合方向曲线和打开方向曲线上的轧制力范围为200吨～3000吨，每条曲线上如果以100吨为间距取点就可以得到29个点，即200～3000吨范围内每整100吨轧制力对应的压下速度都是已知的，中间轧制力对应的压下速度值通过线性插值的方法得到。例如，若当前采样时刻的轧制力实际值为1530吨，闭合方向，那么其对应的压下速度值就为：

式中，V_close(F_act)表示轧制力实际值为F_act时对应的闭合方向上的压下速度值。

再比如当前采样时刻的轧制力实际值为1165吨，打开方向，那么其对应的压下速度值就为：

式中，V_open(F_act)表示轧制力实际值为F_act时对应的打开方向上的压下速度值。

S202，确定液压缸在两个方向上的优化速度；

设液压缸设计的闭合方向上的最大速度为V_close,max，打开方向上的最大速度为V_open,max。那么液压缸在两个方向上的优化速度为：

V_close,op＝a·V_close,max

V_open,op＝a·V_open,max

式中，a取值范围为0.6～1.0，a取值越大则基准速度越大，经补偿后的液压缸动作响应越快，但是速度越快设备受损的危险也越大，因此a需要酌情选取，在本实施例中，例如可以选取a＝0.85，兼顾考虑了压下速度和安全性。

S203，根据液压缸动作方向、优化速度和压下速度值计算补偿增益值。

根据当前时刻采样的轧制力实际值

若为闭合方向则补偿增益为：

若为打开方向则补偿增益为：

S3、斜坡处理补偿增益值，将斜坡处理后的补偿增益值用于液压压下控制器上。

S301，斜坡处理补偿增益值，得到补偿增益斜坡值。

由于轧制过程中厚度控制的作用，轧制力可能发生较剧烈的变化，从而导致计算出来的补偿增益波动很大，为避免对液压压下系统冲击太大，在补偿增益后加上一个斜坡发生器，使得增益变化更平滑一些。

使用斜坡发生器后，每个采样时刻补偿增益的变化量不会超过一个限制值，即：

式中，ΔK_C为补偿增益变化量，等于当前采样时刻补偿增益K_C(n)减去前一采样时刻的补偿增益K_C(n-1)，T_S为采样时间，T_R为斜坡时间，斜坡时间可根据工况自行设置。这样若补偿增益的变化量较大，则被限制在若较小则保持不变，经斜坡处理后的补偿增益值设为K_C,rg，该值不会发生很大的波动，可增强控制系统的稳定性。

S302，将斜坡处理后的补偿增益值用于液压压下控制器。

热轧机的液压压下控制器一般采用PI(比例积分)控制器，设液压压下控制器的比例参数原始值为K_P，那么补偿后的比例参数为K_P×K_C,rg。

经过补偿后，在整个轧制力区间内，液压压下速度与轧制力之间的非线性关系得到补偿，线性化了液压系统的动作，液压闭环控制回路的响应时间保持恒定，提高了液压压下系统的性能。

本实施例提出的热轧机液压压下速度补偿方法，首先调节热轧机压下系统进行压靠测试确定液压压下在打开方向和闭合方向上的压下速度-轧制力曲线图，为便于PLC处理，采用折线近似模拟该曲线，并将两个方向上的折线预存于PLC中；具体使用时，每个采样时刻根据液压缸动作方向和轧制力实际值，从上述折线上取得对应的压下速度值；依据对应的压下速度值和优化速度值计算出补偿增益值，最后将补偿增益加以斜坡处理并补偿到液压压下控制器的比例系数上，即可实现热轧机液压压下速度的线性化补偿，使得液压压下速度在整个轧制力工作范围内保持在优化速度上。

一种中厚板热轧机液压压下系统的速度补偿系统，它包括存储器，存储器中存有PLC程序，PLC程序能够被冷轧机压下系统的PLC控制器调用并完成所述的中厚板热轧机液压压下系统的速度补偿方法。

要理解本文所述的实施例可以由硬件、软件、固件、中间件、微代码或其任意组合来实现。对于硬件实现方式，处理单元可以在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微处理器、微控制器、被设计以执行本文所述功能的其它电子单元、或其组合内实现。当以软件、固件、中间件或微代码、程序代码或代码段来实现实施例时，可以将它们存储在诸如存储组件的机器可读介质中。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。