一种冷轧带钢乳液系统压力精确控制方法转让专利
申请号 : CN201210012736.1
文献号 : CN103203376B
文献日 : 2015-03-11
发明人 : 张岩 , 刘宝权 , 王军生 , 吴晓宁 , 吴鲲魁 , 宋蕾 , 费静 , 侯永刚 , 秦大伟 , 宋君 , 王勇
申请人 : 鞍钢股份有限公司
摘要 :
本发明涉及一种轧钢工艺控制技术领域，具体涉及一种冷轧带钢乳液系统压力精确控制方法，冷轧带钢乳液系统的乳液压力控制采用压力旁通阀与主泵变频调节相结合的方式，通过调整变频电机的转速来保持乳液系统的压力恒定；为实现系统精确调压目的，系统针对不同过程采取两种执行方式：1)启动过程，当压力旁通阀压力调节超出工作范围时，通过提高变频电机转速，增大主泵输出系统乳液压力，保证系统压力调节能力；2)正常工作过程，考虑到乳液系统压力检测点距离变频调压执行机构液路较长，系统滞后较大，采用带有Smith预估的PID控制算法。该方法对于冷轧润滑和冷却工艺的乳液系统压力控制精确，大大提高了冷轧带钢的质量，节能降耗，降低了生产成本。
权利要求 :
1.一种冷轧带钢乳液系统压力精确控制方法，其特征在于，采用压力旁通阀与主泵变频调节相结合的方式，精确地调节乳液系统压力；在启动过程中，首先设置转速初值并依据压力调节阀开度限幅值，调整变频电机的转速来保持乳液系统的初始压力恒定；在正常工作过程中，压力旁通阀保持开度在45-55％，通过自动调节变频电机转速，来精确控制系统压力；
在系统启动过程，主泵变频电机设定初值为80％额定转速输出，当压力调节阀开度>95％时，说明乳液系统压力较高，单独利用压力调节阀旁通开度调节系统调节压力，已经很难实现减小，此时只有将变频电机的转速降低，变频电机的转速设为60％额定转速，才能有效减小系统压力；当压力调节阀开度<5％时，说明乳液系统压力较低，单独利用压力调节阀开度旁通调节系统压力已经很难实现增大，此时只有将变频电机的转速增大，设为
100％额定转速，才能有效增大系统压力；当轧机速度为零时，为节省能源保持乳液系统基本自循环，将变频电机的转速设定为50％额定转速输出达到此能力即可；
在系统正常工作过程，通过自动调节变频电机转速，来精确控制系统压力；由于变频调压方式具有大滞后特点，所以采用PID控制结合Smith预估补偿方式，其中PID方程如下：系统整定参数为：KP＝0.15，Kd＝0.001，Ki＝0.0027；
-τs
Gp(s)e 表示对象的传递函数，Gc(s)表示调节器的传递函数，其中Gp(s)为被控对象-τs不包含纯滞后部分的传递函数，e 为被控对象纯滞后部分的传递函数，系统传递函数分-τs母中包含有纯滞后环节e ，使系统的稳定性降低，如果τ足够大的话，系统是不稳定的；
为了改善这类大滞后对象的控制效果，引入一个与对象并联的补偿器，即所谓Smith预估器，其传递函数为Gτ(s)，经补偿后的传递函数为：若要借助于补偿器完全补偿对象的纯滞后，则要求：
于是得到补偿器的传递函数表达式为：
-τs
Gτ(s)＝Gp(s)(1-e ) (4)。
说明书 :
一种冷轧带钢乳液系统压力精确控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种轧钢工艺控制技术领域，具体涉及一种冷轧带钢乳液系统压力精确控制方法。
背景技术
[0002] 工艺润滑和工艺冷却是现代冷轧技术的重要课题之一，也是生产实践中的技术难点，它对于生产成本的控制、产品质量的提高有着至关重要的作用。乳液压力控制水平直接影响乳液流量，乳液流量不稳定势必会造成工艺冷却润滑状态，而冷却润滑状态的好坏直接影响冷轧生产的正常进行，如生产实际中出现的轧机振颤、热划伤和复杂浪形等问题，都和乳液的润滑状态有直接的关联。所以，从润滑和冷却两个方面来看，在冷轧中采用工艺润滑不仅是必要的，而且是提高产品产能和质量，降低能源消耗及生产成本的关键措施。
[0003] 传统的乳化液压力调整采用旁通压力调节阀方式，由于旁通开度调压方式，具有非线性特征，此操作方式通常会造成乳液系统压力产生大的波动甚至发散，调节精度低，最终也会造成乳液机架间喷射流量的误差偏大，一旦冷却润滑量出现偏差，就会造成轧机振颤、热划伤和复杂浪形等问题，而且，会由于冷却润滑量的偏差，轧辊表面会由于温度过高引起淬火层硬度降低以及辊内热应力引起的掉皮、轧辊磨损增加等问题。另外，通常旁通压力调节阀的调节范围8bar±5％偏小，超出此调节范围则由于主泵非变频调节而无法增容，对工作偏差状态则无能为力。
[0004] 现有技术中，冷轧乳液的控制采用恒压变流系统，通过调整变频电机的转速来保持供乳管路的系统压力恒定，但是单独采用变频调速控制系统存在调节滞后的问题。
[0005] 因此，提出一种通过增加乳液系统主泵为变频调节为基础，利用系统压力调节旁通阀与变频调节压力相结合的方式，对乳液系统压力进行精确控制，是非常需要解决的技术问题。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种冷轧带钢乳液系统压力精确控制方法，采用压力旁通阀与主泵变频调节相结合的方式来实现冷轧带钢乳液系统的乳液压力控制，该方法对于冷轧润滑和冷却工艺的乳液系统压力控制精确，大大提高了冷轧带钢的质量，节能降耗，降低了生产成本。
[0007] 为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
[0008] 一种冷轧带钢乳液系统压力精确控制方法，采用压力旁通阀与主泵变频调节相结合的方式，精确地调节乳液系统压力；在启动过程中，首先设置转速初值并依据压力调节阀开度限幅值，调整变频电机的转速来保持乳液系统的初始压力恒定；在正常工作过程中，压力旁通阀保持开度在45-55％，通过自动调节变频电机转速，来精确控制系统压力；
[0009] 在系统启动过程，主泵变频电机设定初值为80％额定转速输出，当压力调节阀开度＞95％时，说明乳液系统压力较高单独利用压力调节阀开度旁通调节系统压力已经很难实现减小，此时只有将变频电机的转速降低，变频电机的转速设为60％额定转速，才能有效减小系统压力；当压力调节阀开度＜5％时，说明乳液系统压力较高，单独利用压力调节阀开度旁通调节系统压力已经很难实现增大，此时只有将变频电机的转速增大，设为100％额定转速，才能有效增大系统压力；当轧机速度为零时，为节省能源保持乳液系统基本自循环，将变频电机的转速设定为50％额定转速输出达到此能力即可。
[0010] 在系统正常工作过程，通过自动调节变频电机转速，来精确控制系统压力；由于变频调压方式具有大滞后特点，所以采用PID控制结合Smith预估补偿方式，其中PID方程如下：
[0011]
[0012] 系统整定参数为：KP＝0.15，Kd＝0.001，Ki＝0.0027。
[0013] Gp(s)e-τs表示对象的传递函数，Gc(s)表示调节器的传递函数，其中Gp(s)为被控-τs对象，不包含纯滞后部分的传递函数，e 为被控对象纯滞后部分的传递函数，系统传递函-τs
数分母中包含有纯滞后环节e ，使系统的稳定性降低，如果τ足够大的话，系统是不稳定的。为了改善这类大滞后对象的控制效果，引入一个与对象并联的补偿器，即所谓Smith预估器，其传递函数为Gτ(s)，经补偿后的传递函数为：
数分母中包含有纯滞后环节e ，使系统的稳定性降低，如果τ足够大的话，系统是不稳定的。为了改善这类大滞后对象的控制效果，引入一个与对象并联的补偿器，即所谓Smith预估器，其传递函数为Gτ(s)，经补偿后的传递函数为：
[0014]
[0015] 若要借助于补偿器完全补偿对象的纯滞后，则要求：
[0016]
[0017] 于是得到补偿器的传递函数表达式为：
[0018] Gτ(s)＝Gp(s)(1-e-τs) (4)。
[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0020] 在乳液系统启动和正常运行过程采取不同策略，针对变频调压的大滞后问题，提出了PID控制结合Smith预估补偿的方式，提高乳液系统压力的控制精度，完全可以满足生产汽车板和高档家电用板的需要，提高冷轧产品的质量。采用压力旁通阀与主泵变频调节相结合的方式来实现冷轧带钢乳液系统的乳液压力控制，该方法对于冷轧润滑和冷却工艺的乳液系统压力控制精确，大大提高了冷轧带钢的质量，节能降耗，降低了生产成本。
附图说明
[0021] 图1是乳液系统压力调节示意图；
[0022] 图2是旁通阀系统与调速变流调压协调控制图；
[0023] 图3是乳液系统流量调节图；
[0024] 图4是旁通阀开度调节与流量关系曲线；
[0025] 图5是旁通开度结合Smith预估调压控制图；
[0026] 图6是乳液系统压力控制结果曲线。
具体实施方式
[0027] 一种冷轧带钢乳液系统压力精确控制方法，冷轧带钢乳液系统的乳液压力控制采用压力旁通阀与主泵变频调节相结合的方式，通过调整变频电机的转速来保持乳液系统的压力恒定；当压力旁通阀压力调节超出工作范围时，通过提高变频电机转速，增大主泵输出系统乳液压力，保证系统压力调节能力；
[0028] 1、乳液系统启动过程，主泵变频电机设定初值为80％额定转速输出，当压力调节阀开度＞95％时，说明乳液系统压力较高单独利用压力调节阀开度旁通调节系统压力已经很难实现减小，此时只有将变频电机的转速降低，变频电机的转速设为60％额定转速，才能有效减小系统压力；当压力调节阀开度＜5％时，说明乳液系统压力较高，单独利用压力调节阀开度旁通调节系统压力已经很难实现增大，此时只有将变频电机的转速增大，设为100％额定转速，才能有效增大系统压力；当轧机速度为零时，为节省能源保持乳液系统基本自循环，将变频电机的转速设定为50％额定转速输出达到此能力即可。
[0029] 2、乳液系统正常工作过程，控制旁通阀开度45-55％，通过主泵变频调节转速来间接调整系统压力方式，来保持供乳系统压力稳定。由于变频调节具有滞后问题，所以采用PID控制结合Smith预估补偿方式，其中PID方程如下：
[0030]
[0031] 系统整定参数为：KP＝0.15，Kd＝0.001，Ki＝0.0027
[0032] 如图5所示的单回路控制系统。图中Gp(s)e-τs表示对象的传递函数，Gc(s)表示-τs调节器的传递函数，其中Gp(s)为被控对象，不包含纯滞后部分的传递函数，e 为被控对-τs
象纯滞后部分的传递函数，系统传递函数分母中包含有纯滞后环节e ，使系统的稳定性降低，如果τ足够大的话，系统是不稳定的。为了改善这类大滞后对象的控制效果，引入一个与对象并联的补偿器，即所谓Smith预估器，其传递函数为Gτ(s)，经补偿后的传递函数为：
象纯滞后部分的传递函数，系统传递函数分母中包含有纯滞后环节e ，使系统的稳定性降低，如果τ足够大的话，系统是不稳定的。为了改善这类大滞后对象的控制效果，引入一个与对象并联的补偿器，即所谓Smith预估器，其传递函数为Gτ(s)，经补偿后的传递函数为：
[0033]
[0034] 若要借助于补偿器完全补偿对象的纯滞后，则要求：
[0035]
[0036] 于是得到补偿器的传递函数表达式为：
[0037] Gτ(s)＝Gp(s)(1-e-τs) (4)
[0038] 实例：以鞍钢1450冷轧乳液控制系统为例如图1，采用本专利提出的旁通控制与变频调节系统压力关系如图2、4，流量精确控制方式如图3，用变频与旁通相结合方式调节系统压力模型如图5，乳液系统压力输出效果如图6，通过对比分析可知，采用优化后的压力流量调节模型，大幅度提高压力流量精度，保证轧机高速有效的轧制生产。
[0039] 在实际应用中，变频调速控制系统压力具有降低损耗的作用，但单独应用变频调速控制存在调节滞后问题，因此，变频调速控制系统和旁通压力调节阀的共同完成乳液系统压力的精确控制，响应速度快，且可实现节能降耗。本实施例中，变频器采用SIEMENS的MICROMASTER 440系列变频器，适配电动机功率250kW，输出频率50Hz。
[0040] 冷轧带钢乳液系统的乳液压力控制采用压力旁通阀与主泵变频调节相结合的方式，通过调整变频电机的转速来保持乳液系统的压力恒定；主泵变频电机设定初值为80％额定转速输出，当压力调节阀开度＞95％时，说明乳液系统压力较高单独利用压力调节阀开度旁通调节系统压力已经很难实现减小，此时只有将变频电机的转速降低，变频电机的转速设为60％额定转速，才能有效减小系统压力；当压力调节阀开度＜5％时，说明乳液系统压力较高，单独利用压力调节阀开度旁通调节系统压力已经很难实现增大，此时只有将变频电机的转速增大，设为100％额定转速，才能有效增大系统压力；当轧机速度为零时，为节省能源保持乳液系统基本自循环，将变频电机的转速设定为50％额定转速输出达到此能力即可。乳液系统正常工作过程，控制旁通阀开度45-55％，通过主泵变频调节转速来间接调整系统压力方式，来保持供乳系统压力稳定。由于变频调节具有滞后问题，所以采用PID控制结合Smith预估补偿方式。
[0041] 该方法对于冷轧润滑和冷却工艺的乳液系统压力控制精确，大大提高了冷轧带钢的质量，节能降耗，降低了生产成本。