CN110064662B - 一种避免单机架冷轧带钢平整机s辊打滑的控制方法 - Google Patents
一种避免单机架冷轧带钢平整机s辊打滑的控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法,属于冶金自动化技术领域。该方法根据平整带钢厚度的不同,对S辊控制模式进行转矩控制模式和速度控制模式切换,使S辊不打滑。转矩控制模式,给S辊一个超前(出口S辊)或滞后(入口S辊)于带钢的速度,然后对其转矩进行张力限幅,使其工作于转矩闭环;速度控制模式,即以实测带钢速度作为S辊给定速度,同时对S辊转矩进行较小限幅,这样就能保证在平整厚度较薄带钢时,S辊不产生打滑现象。该方法既能满足平整厚带钢时所需的大张力,又能避免在平整薄带钢时S辊打滑的问题。
Description
技术领域
本发明涉及冶金自动化技术领域,特别是指一种避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法。
背景技术
平整过程是冷轧带钢退火后的一道工序,其目的是为了消除材料的屈服平台,改善带钢表面粗糙度,矫正带钢板形等,因此,平整工序质量控制的好坏将直接影响产品的使用效果。
平整机质量控制主要包括延伸率控制、张力控制、板形控制和表面质量控制。冷轧平整机组按照工艺要求,需要建立较大的机前、机后张力,为了避免开卷机和卷取机设备的重型化,在平整机前后均配置有S辊,作为张力辊来使用,其目的之一就是为了利用S辊增大平整机前、后张力。根据平整机组S辊的设计目的,在平整较厚退火带钢时,平整机组需要较大的前后张力,此时带钢作用在S辊表面的作用力就较大,S辊与带钢表面的摩擦力就大,因此不易产生打滑情况,并且S辊可以为机组提供一定的张力值。然而,在平整较薄退火带钢时,尤其是0.5mm及以下厚度,平整机组需要的张力就较小,此时,带钢作用在S辊表面的作用力较小,S辊与带钢表面摩擦力也就较小,因此容易产生打滑现象。若S辊在生产过程中产生了打滑现象,必定会在带钢表面产生擦划伤,影响了带钢表面质量,严重时导致产品不合格。所以,避免S辊打滑现象的出现,是提高表面质量的关键。
对于平整0.5mm及以下厚度的退火带钢,开卷机和卷取机的设备能力可以提供机组所需的张力,该种情况下,S辊无需为机组提供张力,仅作为转向辊使用即可。所以要根据产品厚度的不同,对S辊控制模式进行切换,在厚规格产品生产时,S辊作为张力辊使用,为机组提供一定的张力;在薄规格产品生产时,S辊作为转向辊使用。
在工业生产过程中,避免S辊打滑的一般做法是提高S辊辊面粗糙度,以保证有足够的摩擦力避免其打滑,但是由于带钢与S辊辊面材质硬度的不同,随着生产的进行,S辊辊面粗糙度会逐渐减小,S辊打滑概率逐渐增大,该方法成本高,换辊周期短,可行性差,不能彻底解决打滑问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法,该方法根据带钢厚度的不同,对S辊控制模式进行切换,实现避免S辊打滑的目的。
该方法根据平整带钢厚度的不同,对S辊控制模式在转矩控制模式和速度控制模式之间进行切换,其中,转矩控制模式为给S辊一个超前或滞后于带钢的速度,然后对其转矩进行张力限幅,使其工作于转矩闭环;速度控制模式为以实测带钢速度作为S辊给定速度,同时对S辊转矩进行较小限幅。
该方法具体包括步骤如下:
S1:根据欧拉公式,在开卷机或卷取机与S辊间张力T0下,计算S辊间和S辊与平整机间的最大张力:
其中,T0为开卷机或卷取机与S辊间张力,T1为上下S辊间的最大张力,T2为S辊与平整机间最大张力,μ1为下S辊辊面摩擦系数,α1为下S辊处带钢包角,μ2为上S辊辊面摩擦系数,α2为上S辊处带钢包角,λ1、λ2为张力补偿系数,根据经验一般取值为0.6~1.0。
S2:计算上下S辊能够提供的最大张力及两者之间的比例关系:
其中,TTop为上S辊所能提供的最大张力,TBot为下S辊所能提供的最大张力,θ1为上S辊张力比例系数,θ2为下S辊张力比例系数;
S3:以Δv为速度步长,在空载情况下,采集m组S辊速度与转矩对应数据,并利用m组数据拟合出S辊速度v与转矩M的关系函数:
其中,F1(v)为上S辊转矩和转速关系函数,F2(v)为下S辊转矩与转速关系函数;
S4:对带钢实际线速度进行滤波处理:
vact=βvn+(1-β)vact′
其中,vn为当前扫描周期速度反馈值,vact’为上一扫描周期速度滤波值,β为滤波系数,vact为滤波后的带钢速度值;
S5:根据不同的带钢厚度h,对S辊设定速度和设定转矩进行不同的控制模式选择:
①当h≥h1时:
②当h<h1时:
其中,h1为切换控制模式厚度值,vTop_Ref为上S辊速度设定值,vBot_Ref为下S辊速度设定值,fTop为上S辊速度系数,fBot为下S辊速度系数,v0为平整机速度设定值,Top_Ref为上S辊转矩设定值,MBot_Ref为下S辊转矩设定值,T为S辊张力设定值,RTop为上S辊半径,RBot为下S辊半径。
其中,步骤S1中摩擦系数μ1、μ2按照经验取值,取值范围为0.1~0.18。
步骤S3中采样数m不小于10。
步骤S3中转矩与转速关系采用一次函数进行拟合,拟合函数如下:
F1(v)=a1v+b1
F2(v)=a2v+b2
其中,a1,a2为函数一次项系数,b1,b2为函数常数项系数。
步骤S4中当前扫描周期速度反馈值来自激光测速仪或安装在S辊的速度编码器。
步骤S5中对于入口S辊有:fBot<fTop<1.0;对于出口S辊有:fBot>fTop>1.0。
本发明的上述技术方案的有益效果如下:
上述方案中,对S辊的控制更合理,根据厚度的不同,对S辊控制模式进行切换,既能满足平整厚带钢时所需的大张力,又能避免在平整薄带钢时S辊打滑的问题。所述方法分别计算上下S辊的张力分配系数,根据分配系数对S辊张力进行合理的分配,也能够避免单个S辊打滑的情况,同时拟合出S辊速度与转矩的对应关系,也避免了由于转矩设定过大导致的S辊打滑。该方法实现简单,在不增加任何硬件的情况下即可实现,成本低,效果明显。
附图说明
图1为本发明的避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法所涉及的冷轧带钢平整机设备布置图;
图2为本发明中S辊受力分析图,其中,T0为开卷机或卷取机与S辊间张力,T1为上下S辊间的最大张力,T2为S辊与平整机间最大张力,α1为下S辊处带钢包角,α2为上S辊处带钢包角。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法。
该方法所涉及设备如图1所示,根据平整带钢厚度的不同,对S辊控制模式在转矩控制模式和速度控制模式之间进行切换,其中,转矩控制模式为给S辊一个超前或滞后于带钢的速度,然后对其转矩进行张力限幅,使其工作于转矩闭环;速度控制模式为以实测带钢速度作为S辊给定速度,同时对S辊转矩进行较小限幅。
如图2所示,为S辊受力分析图,通过分析,该方法具体包括步骤如下:
S1:根据欧拉公式,在开卷机或卷取机与S辊间张力T0下,计算S辊间和S辊与平整机间的最大张力:
其中,T0为开卷机或卷取机与S辊间张力,T1为上下S辊间的最大张力,T2为S辊与平整机间最大张力,μ1为下S辊辊面摩擦系数,α1为下S辊处带钢包角,μ2为上S辊辊面摩擦系数,α2为上S辊处带钢包角,λ1、λ2为张力补偿系数,根据经验一般取值为0.6~1.0;
S2:计算上下S辊能够提供的最大张力及两者之间的比例关系:
其中,TTop为上S辊所能提供的最大张力,TBot为下S辊所能提供的最大张力,θ1为上S辊张力比例系数,θ2为下S辊张力比例系数;
S3:以Δv为速度步长,在空载情况下,采集m组S辊速度与转矩对应数据,并利用m组数据拟合出S辊速度v与转矩M的关系函数:
其中,F1(v)为上S辊转矩和转速关系函数,F2(v)为下S辊转矩与转速关系函数;
S4:对带钢实际线速度进行滤波处理:
vact=βvn+(1-β)vact′
其中,vn为当前扫描周期速度反馈值,vact’为上一扫描周期速度滤波值,β为滤波系数,vact为滤波后的带钢速度值;
S5:根据不同的带钢厚度h,对S辊设定速度和设定转矩进行不同的控制模式选择:
①当h≥h1时:
②当h<h1时:
其中,h1为切换控制模式厚度值,vTop_Ref为上S辊速度设定值,vBot_Ref为下S辊速度设定值,fTop为上S辊速度系数,fBot为下S辊速度系数,v0为平整机速度设定值,MTop_Ref为上S辊转矩设定值,MBot_Ref为下S辊转矩设定值,T为S辊张力设定值,RTop为上S辊半径,RBot为下S辊半径。
其中,步骤S1中摩擦系数μ1、μ2按照经验取值,取值范围为0.1~0.18。
步骤S3中采样数m不小于10。
步骤S3中转速和转矩关系采用一次函数进行拟合,拟合函数如下:
F1(v)=a1v+b1
F2(v)=a2v+b2
其中,a1,a2为函数一次项系数,b1,b2为函数常数项系数。
步骤S4中当前扫描周期速度反馈值来自激光测速仪或安装在S辊的速度编码器。
步骤S5中对于入口S辊有:fBot<fTop<1.0;对于出口S辊有:fBot>fTop>1.0。
下面结合具体实施例予以说明。
该方案在某厂1450mm单机架冷轧平整上实施,采用带钢原料厚度为0.2mm和1.0mm,宽度为1150mm的退火钢卷,最高平整速度为600m/min。
具体实施步骤如下:
步骤一:1、根据欧拉公式,在开卷机或卷取机与S辊间张力T0下,计算S辊间和S辊与平整机间的最大张力:
其中,T0为开卷机或卷取机与S辊间张力,T1为上下S辊间的最大张力,T2为S辊与平整机间最大张力,μ1为下S辊辊面摩擦系数,取值为0.15,α1为下S辊处带钢包角,取值为2.92,μ2为上S辊辊面摩擦系数,取值为0.15,α2为上S辊处带钢包角,取值为3.05,λ1,λ2为张力补偿系数,取值为0.9。
步骤二:计算上下S辊能够提供的最大张力及两者之间的比例关系:
其中,TTop为上S辊所能提供的最大张力,TBot为下S辊所能提供的最大张力,θ1为上S辊张力比例系数,θ2为下S辊张力比例系数。
步骤三:以Δv为速度步长,在空载情况下,采集20组S辊速度与转矩对应数据,并利用20组数据拟合出S辊速度v与转矩M的关系函数:
F1(v)=a1v+b1
F2(v)=a2v+b2
其中,F1(v)为上S辊转矩和转速关系函数,F2(v)为下S辊转矩与转速关系函数,a1,a2为函数一次项系数,b1,b2为函数常数项系数。
步骤四:对带钢实际线速度进行滤波处理:
vact=βvn+(1-β)vact′
其中,vn为当前扫描周期速度反馈值,vact’为上一扫描周期速度滤波值,β为滤波系数,取值为0.05,vact为滤波后的带钢速度值。
步骤五:根据不同的带钢厚度h,对S辊设定速度和设定转矩进行不同的控制模式选择,即:
①当h≥h1时:
②当h<h1时:
其中,h1为切换控制模式厚度值,取值为0.5,vTop_Ref为上S辊速度设定值,vBot_Ref为下S辊速度设定值,fTop为上S辊速度系数,fBot为下S辊速度系数,v0为平整机速度设定值,vact为带钢实际速度,MTop_Ref为上S辊转矩设定值,MBot_Ref为下S辊转矩设定值,T为S辊张力设定值,RTop为上S辊半径,RBot为下S辊半径。
采用本发明设计的控制方法,在平整1.0mm厚度的带钢时,S辊作为张力辊进行控制,在平整0.2mm厚度的带钢时,S辊作为转向辊进行控制,在实际生产过程中,没有出现S辊打滑的情况,平整之后,检查带钢表面没有发现擦划伤,现场应用说明这种方法控制效果良好,避免了S辊的打滑,提高了产品质量和成材率。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法,其特征在于:根据平整带钢厚度的不同,对S辊控制模式在转矩控制模式和速度控制模式之间进行切换,其中,转矩控制模式为给S辊一个超前或滞后于带钢的速度,然后对其转矩进行张力限幅,使其工作于转矩闭环;速度控制模式为以实测带钢速度作为S辊给定速度,同时对S辊转矩进行较小限幅;
具体包括步骤如下:
S1:根据欧拉公式,在开卷机或卷取机与S辊间张力T0下,计算S辊间和S辊与平整机间的最大张力:
其中,T0为开卷机或卷取机与S辊间张力,T1为上下S辊间的最大张力,T2为S辊与平整机间最大张力,μ1为下S辊辊面摩擦系数,α1为下S辊处带钢包角,μ2为上S辊辊面摩擦系数,α2为上S辊处带钢包角,λ1、λ2为张力补偿系数,λ1、λ2取值范围为0.6~1.0;
S2:计算上下S辊能够提供的最大张力及两者之间的比例关系:
其中,TTop为上S辊所能提供的最大张力,TBot为下S辊所能提供的最大张力,θ1为上S辊张力比例系数,θ2为下S辊张力比例系数;
S3:以Δv为速度步长,在空载情况下,采集m组S辊速度与转矩对应数据,并利用m组数据拟合出S辊速度v与转矩M的关系函数:
其中,F1(v)为上S辊转矩和转速关系函数,F2(v)为下S辊转矩与转速关系函数;
S4:对带钢实际线速度进行滤波处理:
vact=βvn+(1-β)vact′
其中,vn为当前扫描周期速度反馈值,vact’为上一扫描周期速度滤波值,β为滤波系数,vact为滤波后的带钢速度值;
S5:根据不同的带钢厚度h,对S辊设定速度和设定转矩进行不同的控制模式选择:
①当h≥h1时:
②当h<h1时:
其中,h1为切换控制模式厚度值,vTop_Ref为上S辊速度设定值,vBot_Ref为下S辊速度设定值,fTop为上S辊速度系数,fBot为下S辊速度系数,v0为平整机速度设定值,MTop_Ref为上S辊转矩设定值,MBot_Ref为下S辊转矩设定值,T为S辊张力设定值,RTop为上S辊半径,RBot为下S辊半径。
2.根据权利要求1所述的避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法,其特征在于:步骤S1中摩擦系数μ1、μ2按照经验取值,取值范围为0.1~0.18。
3.根据权利要求1所述的避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法,其特征在于:步骤S3中采样数m不小于10。
4.根据权利要求1所述的避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法,其特征在于:步骤S3中转矩与转速关系采用一次函数进行拟合,拟合函数如下:
F1(v)=a1v+b1
F2(v)=a2v+b2
其中,a1,a2为函数一次项系数,b1,b2为函数常数项系数。
5.根据权利要求1所述的避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法,其特征在于:步骤S4中当前扫描周期速度反馈值来自激光测速仪或安装在S辊上的速度编码器。
6.根据权利要求1所述的避免单机架冷轧带钢平整机S辊打滑的控制方法,其特征在于:步骤S5中对于入口S辊有:fBot<fTop<1.0;对于出口S辊有:fBot>fTop>1.0。
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