热连轧带钢头部动态变活套单位张力控制方法

摘要

热连轧带钢头部动态变活套单位张力控制方法，属于轧钢控制领域，其特征是当带钢头部活套角度小于20°时，根据力矩偏差值△M大小动态增大活套单位张力设定。本发明消除了活套动作异常隐患，节约了设备故障时间，解决了活套异常落套，取得了良好的效益。本专利发明适用在热轧带钢精轧机控制中使用。

权利要求

1.热连轧带钢头部动态变活套单位张力控制方法，当带钢头部活套角度小于20°时，根据力矩偏差值△M大小动态增大活套单位张力设定；其特征是活套力矩偏差值△M = MREF –MF，MF带钢实际力矩，Nm；

活套控制基准总力矩MREF=MW+MB+MT+MD ，式中，MW为活套辊自重力矩；MB为带钢重力力矩；MT为带钢张力力矩；MD为带钢挠曲力矩；

活套辊自重力矩MW=GL*G*P* cosθ；式中，GL为活套重量，kg；G为重力加速度，m/s2；θ为活套臂角度；P为转动中心与活套重力中心之间的距离，mm；

带钢张力力矩MT=kT*T*W*H；式中，kT为带钢张力系数；T为带钢活套单位张力设定值，N/mm2；W为带钢宽度，mm；H为带钢厚度，mm；

带钢重力力矩MB =K*GW*G*R* cosθ；式中，K为常数；GW为带钢重量，kg；G为重力加速度，m/s2；θ为活套臂角度；R为活套臂长度，mm；

2

带钢挠曲力矩MD=SW*K*W*H*H/(L1+L2)*R* cosθ；式中，SW根据钢种取值，N/mm ；K为常数；W为带钢宽度，mm；H为带钢厚度，mm；L1、L2为活套支持点到两个机架中心的距离，mm；θ为活套臂角度；R为活套臂长度，mm；

带钢实际力矩MF = F * LH ；式中，LH为F的力臂，m；

F=PPIS*APIS – PROD*AROD；式中，PPIS为无杆腔压力传感器值，N/ mm2 ；APIS为无杆腔面积，mm2；PROD为有杆腔压力传感器值，N/ mm2；AROD为有杆腔面积，mm2；上述各力矩单位均为Nm；具体调整如下：当△M＞-3000 Nm，变单位张力设定为T1=原单位张力设定T（N）；

当-4000＜△M≤-3000Nm，变单位张力设定为T1=原单位张力设定T+3（N）；

当-5000＜△M≤-4000Nm，变单位张力设定为T1=原单位张力设定T+4（N）；

当△M ≤-5000Nm，变单位张力设定为T1=原单位张力设定T+5（N）。

说明书

热连轧带钢头部动态变活套单位张力控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于热连轧带钢轧线的精轧自动控制技术领域。

背景技术

[0002] 热连轧精轧机组一般有7个机架、6个活套装置，几号活套对应几号机架即4#活套对应4#机架，该活套下游机架则为5#机架。本专利机架号为F0～F6、活套为0#～5#。由于新品种开发以及二级模型设定原因，有时出现带钢头部活套张力实际力矩大，导致活套力矩负偏差大，从而造成带钢头部下压活套装置致使活套落下，产生废钢，严重影响轧线生产的正常进行，给企业带来很大的经济损失。

[0003] 在热连轧精轧机组轧制时，活套起套过程是带钢头部在机架间建立张力的动态过程，带钢头部是指在活套起套发出信号后10秒期间，本机架活套起套信号是相邻下游机架咬钢。在常规的活套控制中，起套后活套力矩控制调节根据活套力矩偏差值通过活套伺服系统进行控制。

发明内容

[0004] 为了解决带钢头部压套问题，本发明根据活套力矩控制技术原理，在确保带钢活套力矩正常控制的前提下，减少由于力矩负偏差超大造成活套快速调节而产生的落套废钢问题，保证了热轧生产正常和产品质量。

[0005] 本发明的技术方案：

[0006] 热连轧带钢头部动态变活套单位张力控制方法，包括下述内容：

[0007] 1、活套力矩模型

[0008] 液压活套控制基准总力矩MREF=MW+MB+MT+MD ，式中，MW为活套辊自重力矩；MB为带钢重力力矩；MT为带钢张力力矩；MD为带钢挠曲力矩；活套力矩偏差：△M = MREF–MF，MF带钢实际力矩。

[0009] （1）活套辊自重力矩MW=GL*G*P* cosθ

[0010] 式中，GL为活套重量，kg；G为重力加速度，m/s2；θ为活套臂角度；P为转动中心与活套重力中心之间的距离（根据具体活套设备确定，它为定值），mm。

[0011] （2）带钢张力力矩MT=kT*T*W*H

[0012] 式中，kT为带钢张力系数；T为带钢活套单位张力设定值，N/mm2；W为带钢宽度，mm；H为带钢厚度，mm。

[0013] （3）带钢重力力矩MB =K*GW*G*R* cosθ

[0014] 式中，K为常数；GW为带钢重量，kg；G为重力加速度，m/s2；θ为活套臂角度；R为活套臂长度，mm。

[0015] （4）带钢挠曲力矩MD=SW*K*W*H*H/(L1+L2)*R* cosθ

[0016] 式中，SW根据钢种取值，N/mm2；K为常数；W为带钢宽度，mm；H为带钢厚度，mm；L1、L2为活套支持点到两个机架中心的距离，mm；θ为活套臂角度；R为活套臂长度，mm。

[0017] （5）实际力矩

[0018] 液压活套控制的实际力矩是通过在液压缸两侧油路上各安装了压力传感器来检测无杆腔和有杆腔的油压，然后各乘以作用面积相减后得到液压缸实际压力F，再乘以相应的力臂得到。

[0019] MF = F * LH

[0020] 式中，LH为F的力臂，m。

[0021] F=PPIS*APIS– PROD*AROD

[0022] 式中，PPIS为无杆腔压力传感器值，N/ mm2；APIS为无杆腔面积，mm2；PROD为有杆腔压力传感器值，N/ mm2；AROD为有杆腔面积，mm2；

[0023] △M = MREF–MF，MREF和MF，Nm。

[0024] 活套力矩偏差为控制基准总力矩减去实际力矩。活套力矩偏差通过调节器实现控制，液压活套装置是通过伺服阀电流来控制油缸以满足活套所要的力矩。

[0025] 由于热连轧活套设备装置的特殊性，本发明是在力矩偏差值为负的情况下实现的，也就是说：力矩偏差绝对值小，活套调节为浅度，控制就稳定；力矩偏差绝对值越大，活套调节为深度，控制就不稳定，尤其是力矩负偏差较大时就出现带钢压套导致的活套落套问题。活套落套意指活套角度小于带钢角度11°，带钢角度是指本机架活套等待带钢进入相邻下游机架时的活套角度。

[0026] 2、动态变活套单位张力策略

[0027] 活套在正常控制情况下，其目标角度为25°，带钢角度一般小于11°，带钢活套单位张力设定由二级计算机模型实现。根据前述公式，对于即将轧制的带钢，要改变活套力矩偏差值大小除带钢活套单位张力设定值可主动改变外，其它一般为相对固定参数即GL为活套重量、G为重力加速度、kT为带钢张力系数、W为带钢宽度、H为带钢厚度、 K为常数、GW为带钢重量、θ为活套臂角度、R为活套臂长度、SW根据钢种取值为常数、AROD为有杆腔面积、APIS为无杆腔面积、P为转动中心与活套重力中心之间的距离（具体活套设备为定值），或被动参数即随θ角度变化的：L1和L2为活套支持点到两个机架中心的距离、LH为力臂以及带钢活套力矩实测值：PROD为活套缸有杆腔压力传感器值、PPIS为活套缸无杆腔压力传感器值。

[0028] 本发明通过增加带钢活套单位张力设定值即改变带钢张力力矩，从而实现改变活套力矩偏差值△M的目的。在本机架活套起套带钢头部建立稳定张力期间（10秒），根据活套力矩偏差值△M大小和活套角度高低确定变活套单位张力的控制条件，动态实现增大活套力矩设定MREF从而达到减少活套力矩偏差值△M的绝对值的目的，解决带钢活套实际力矩远大于活套设定力矩的情况下由于活套力矩偏差深度调节所产生的活套落套问题，以满足带钢头部活套张力稳定控制，避免了轧线废钢。

[0029] 在活套角度小于20°时，根据力矩偏差值△M大小动态增大活套单位张力设定，具体调整如下：

[0030] 当△M＞-3000 Nm，变单位张力设定为T1=原单位张力设定T（N）；

[0031] 当-4000＜△M≤-3000Nm，变单位张力设定为T1=原单位张力设定T+3（N）；

[0032] 当-5000＜△M≤-4000Nm，变单位张力设定为T1=原单位张力设定T+4（N）；

[0033] 当△M ≤-5000Nm，变单位张力设定为T1=原单位张力设定T+5（N）。

[0034] 本发明根据带钢头部力矩偏差大小实现带钢动态变活套单位张力来调节活套伺服系统控制，避免带钢压套出现活套落套废钢问题，确保了热连轧精轧机架间的稳定控制；解决了活套力矩调节适应性问题，保证了活套动作正常。

[0035] 太钢热连轧厂精轧机控制系统使用该技术方案后，效果如下：

[0036] （1）实现了精轧活套张力自动控制，消除了液压活套力矩偏差大造成的带钢落套对设备损坏的重大隐患，减少了异常停机时间。

[0037] （2）确保了活套的动作正常，解决了带钢活套力矩偏差大造成的异常动作问题。

[0038] （3）提高了生产作业时间，减少了故障时间和废钢，取得直接经济效益每年858万元左右。

具体实施方式

[0039] 本发明实施过程完全是在计算机程序中自动实现的。主要过程是：轧制带钢头部根据某机架活套起套信号，由一级计算机根据该活套力矩偏差值和活套角度值投入带钢变活套单位张力控制策略，实现活套张力自动控制程序。

[0040] 实施例1：以2.6mm*1250mm硅60带钢头部4#活套为例：

[0041] 当带钢头部活套角度低于20°、4#活套力矩偏差值为-3500 Nm即在-4000＜△M≤-3000范围时，动态改变4#活套带钢单位张力值即为T1=T+3，可以使活套力矩偏差值△M的绝对值立即减小（即活套力矩偏差值△M到-2000Nm以下）从而实现4#活套稳定调节即减小落套伺服输出，避免带钢活套落套。

[0042] 实施例2：以1.5mm*950mm磁极钢带钢头部5#活套为例：

[0043] 当带钢头部活套角度低于20°、5#活套力矩偏差值为-2500 Nm即在-3000＜△M范围时，不需要改变5#活套带钢单位张力值即为T，按照正常控制实现5#活套力矩调节和套量（角度）控制；当带钢头部活套角度低于20°、5#活套力矩偏差值为-4500 Nm即在-5000＜△M≤-4000范围时，动态改变5#活套带钢单位张力值即为T1=T+4，可以使活套力矩偏差值△M的绝对值立即减小（即活套力矩偏差值△M到-2500Nm以下）从而实现5#活套稳定调节即减小落套伺服输出，避免带钢活套落套。