一種冷軋機的彎輥力前饋補償方法及補償系統與流程

本發明屬于軋機板形控制技術領域，具體涉及一種單機架可逆冷軋機或多機架冷軋機的彎輥力前饋補償方法及補償系統。

背景技術：

冷軋機軋鋼過程中會經歷多次加減速過程：在軋機起車后，一般會經過多次加速直到達到穩定軋制速度；在一卷鋼即將軋制完成時，也會經過幾次減速逐步降速到零。在軋機加減速階段，軋制力、張力、輥縫等工藝參數都處于波動較大的狀態，從而影響了帶鋼的板形指標。一般來說，加減速階段的板形值波動較大，波動值會達到穩速時的2倍或以上，從而造成帶鋼邊部起浪的現象比較多。軋鋼廠的操作工一般會根據現場經驗在加減速階段手動調節工作輥彎輥力，通過調節工作輥彎輥力來改變軋輥的凸度，用肉眼觀察帶鋼板形，在低速時等帶鋼板形調節得比較好時再升速到穩定軋制速度。這樣做可以部分解決加減速階段板形波動大的問題，但這種方式還存在以下弊端：

(1)手動調節精度十分有限，較熟練的操作工也只能確保調節趨勢不會錯，而彎輥力的補償量不可能是精確的；這是因為高精度的彎輥力調節是根據軋制力變化而實時變化的，手動調節只能斜坡調高或減少彎輥力，不能實時跟隨軋制力的變化；

(2)手動調節一般僅在低速時完成，后面較大幅度的升速過程不再調整；

(3)手動調節耗時較長；為了加快調節速度，一般先根據經驗預先給出一個彎輥力調節量，然后觀察一段時間的板形情況，若板形情況較好則不再調節，若板形情況不理想則還要繼續調節，因此整個調節過程用時較長。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種冷軋機的彎輥力前饋補償方法及補償系統，該方法及系統在基礎自動化級的PLC控制器中自動完成，無需人工手動調節，能實時根據軋制力波動量調節工作輥彎輥力，以提高帶鋼在加減速階段的板形控制精度。

本發明是這樣實現的：

一種冷軋機的彎輥力前饋補償方法，包括如下步驟：

S00、采集冷軋機的軋制狀態、軋制速度和加減速信號，并將上述數據傳遞給PLC控制器；

S10、根據冷軋機的軋制狀態、軋制速度和加減速信號確定前饋補償使能信號；

S20、計算本次加減速過程的軋制力基準值；

不斷計算軋制力在一段時間內的平均值，在前饋補償使能信號出現上升沿的采樣時刻保存此時的軋制力平均值，并將該軋制力平均值作為本次加減速過程中的軋制力基準值。

S30、利用軋制力實際值計算工作輥彎輥力變化量

利用軋制力基準值、軋制力實際值得到軋制力波動值，根據軋制力波動值得到本次加減速的彎輥力變化值；

S40、保存本次加減速過程結束時刻的彎輥力補償值并計算最終的工作輥彎輥力補償值

保存本次加減速過程結束時刻的彎輥力補償值，供下一個加減速過程使用；將保存的上一次加減速過程結束時刻的彎輥力補償值和本次加減速的彎輥力變化值相加得到最終的工作輥彎輥力補償值；

S50、根據最終的工作輥彎輥力補償值控制工作輥的彎輥力。

所述步驟S10中根據軋制狀態、軋制速度值和加減速信號確定前饋補償使能信號的步驟具體包括：

檢查軋制狀態和軋制速度是否滿足條件并根據加減速信號確定前饋補償使能信號

當軋制狀態正常、軋制速度大于最小使能速度值、冷軋機處于加速狀態或減速狀態時，前饋補償使能信號為1，表示使能；上述任何一個條件不滿足，則前饋補償使能信號為0，表示不使能。

所述步驟S30的方法為：

用軋制力實際值減去本次加減速過程的軋制力基準值得到軋制力波動值；利用軋制力波動值、前饋補償增益、軋制力彎輥力轉換因子的積得到本次加減速的彎輥力變化值。

所述步驟S40中保存本次加減速過程結束時刻的彎輥力補償值的方法為：

在前饋補償使能信號出現下降沿的那一個采樣時刻，保存下那一時刻的彎輥力補償值。

本發明還提供一種冷軋機的彎輥力前饋補償系統，包括軋制力測量裝置、PLC控制器、彎輥液壓缸、工作輥；

所述軋制力測量裝置用于測量軋制力實際值，并將該值傳給PLC控制器；

所述PLC控制器用于判斷前饋補償使能信號，并計算本次加減速過程的軋制力基準值、本次加減速的彎輥力變化值，及最終的工作輥彎輥力補償值，本根據該最終的工作輥彎輥力補償值控制彎輥液壓缸，進而控制工作輥的彎輥力；

所述彎輥液壓缸用于接收PLC控制器的指令，進而控制工作輥的彎輥力；

所述工作輥通過彎輥液壓缸控制其彎輥力。

本發明還提供一種冷軋機的彎輥力前饋補償系統，包括：

采樣模塊，用于采集冷軋機的軋制狀態、軋制速度和加減速信號，并將上述數據傳遞給PLC控制器；

使能信號判斷模塊，用于根據冷軋機的軋制狀態、軋制速度和加減速信號確定前饋補償使能信號；

軋制力基準值計算模塊，用于不斷計算軋制力在一段時間內的平均值，在前饋補償使能信號出現上升沿的采樣時刻，保存此時的軋制力平均值，將該平均值作為本次加減速過程的軋制力基準值；

彎輥力變化值計算模塊，用于利用軋制力基準值、軋制力實際值得到軋制力波動值，根據軋制力波動值得到本次加減速的彎輥力變化值；

工作輥彎輥力補償值計算模塊，用于保存本次加減速過程結束時刻的彎輥力補償值，供下一個加減速過程使用；將保存的上一次加減速過程結束時刻的彎輥力補償值和本次加減速的彎輥力變化值相加得到最終的工作輥彎輥力補償值；

執行模塊，用于根據最終的工作輥彎輥力補償值控制工作輥的彎輥力。

本發明的有益效果在于：使用PLC控制器自動完成工作輥彎輥力前饋補償功能，在軋機加減速階段實時根據軋制力的波動情況計算相應的工作輥彎輥力補償量，相比傳統的人工調節方式，自動方式精度高、響應迅速、實時性好，提高了機組的自動化水平，改善了軋機加減速階段的板形控制精度。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：

圖1為本發明冷軋機的彎輥力前饋補償系統的結構示意圖；

圖2為本發明冷軋機的彎輥力前饋補償方法的流程示意圖；

圖3為圖2中步驟S10的流程示意圖；

圖4為圖2中步驟S20的流程示意圖；

圖5為圖2中步驟S30的流程示意圖；

圖6為圖2中步驟S40的流程示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

如圖1所示，帶鋼3在上工作輥2、下工作輥4之間被軋制，而工作輥彎輥力是由兩側彎輥液壓缸(左側彎輥液壓缸1、右側彎輥液壓缸5)提供的，若彎輥液壓缸(左側彎輥液壓缸1、右側彎輥液壓缸5)伸展開則工作輥(上工作輥2、下工作輥4)邊部被頂起，輥身中部靠近，工作輥彎曲具有一定的凸度，這種情況稱為正彎；若液壓缸(左側彎輥液壓缸1、右側彎輥液壓缸5)收縮則工作輥(上工作輥2、下工作輥4)邊部靠攏，工作輥輥身中部凸起反向彎曲，這種情況稱為負彎。PLC控制器6接收軋制力測量裝置發來的軋制力實際值F_R,act，計算出彎輥力補償量發給彎輥液壓缸，彎輥液壓缸(左側彎輥液壓缸1、右側彎輥液壓缸5)根據指令執行彎輥力控制，即完成了所述彎輥力前饋補償控制過程。該系統能補償軋機加減速階段軋制力波動對板形造成的不良影響，提高加減速階段的板形控制精度。

本發明還提供一種冷軋機的彎輥力前饋補償系統，包括：

采樣模塊，用于采集冷軋機的軋制狀態、軋制速度和加減速信號，并將上述數據傳遞給PLC控制器；

使能信號判斷模塊，用于根據冷軋機的軋制狀態、軋制速度和加減速信號確定前饋補償使能信號；

軋制力基準值計算模塊，用于不斷計算軋制力在一段時間內的平均值，在前饋補償使能信號出現上升沿的采樣時刻，保存此時的軋制力平均值，將該平均值作為本次加減速過程的軋制力基準值；

彎輥力變化值計算模塊，用于利用軋制力基準值、軋制力實際值得到軋制力波動值，根據軋制力波動值得到本次加減速的彎輥力變化值；

工作輥彎輥力補償值計算模塊，用于保存本次加減速過程結束時刻的彎輥力補償值，供下一個加減速過程使用；將保存的上一次加減速過程結束時刻的彎輥力補償值和本次加減速的彎輥力變化值相加得到最終的工作輥彎輥力補償值；

執行模塊，用于根據最終的工作輥彎輥力補償值控制工作輥的彎輥力。

參見圖2，一種冷軋機的彎輥力前饋補償方法，包括如下步驟：

S00、采集冷軋機的軋制狀態、軋制速度和加減速信號，并將上述數據傳遞給PLC控制器；

S10、根據冷軋機的軋制狀態、軋制速度和加減速信號確定前饋補償使能信號；

S20、計算本次加減速過程的軋制力基準值；

不斷計算軋制力在一段時間內的平均值，在前饋補償使能信號出現上升沿的時刻保存此時的軋制力平均值，并將該平均值作為本次加減速過程中的軋制力基準值；

S30、利用軋制力實際值計算工作輥彎輥力變化量；

利用軋制力基準值、軋制力實際值得到軋制力波動值，根據軋制力波動值得到本次加減速的彎輥力變化值；

S40、保存本次加減速過程結束時刻的彎輥力補償值并計算最終的工作輥彎輥力補償值；

保存本次加減速過程結束時刻的彎輥力補償值，供下一個加減速過程使用；將保存的上一次加減速過程結束時刻的彎輥力補償值和本次加減速的彎輥力變化值相加得到最終的工作輥彎輥力補償值；

S50、根據最終的工作輥彎輥力補償值控制工作輥的彎輥力。

參照圖3，步驟S10具體包括：

S101，檢查軋制狀態和軋制速度是否滿足條件；

在軋機起車、穿帶、甩尾、爬行、出現故障等情況下都不能使用工作輥彎輥力補償，只有軋機處于正常軋制狀態才能啟用，因此需要檢查軋機的當前狀態是否滿足正常軋制的各項聯鎖條件；

低速時軋機的各項工藝參數處于不穩定狀態，例如張力和軋制力都還處于不斷調節過程中，因此需設置一個最小使能速度值，等軋制速度高于該值才可以使能彎輥力補償，例如在本實施例中最小使能速度取60m/min，實際使用時可根據實際情況在[30m/min,100m/min]范圍內取值；

S102，根據加減速信號確定前饋補償使能信號；

軋制速度的改變會造成各項工藝參數發生變化，例如軋制力、張力、輥縫等參數都會隨之調節，從而造成加減速階段帶鋼的板形值容易發生較大波動，穩速狀態下板形相對較好控制，因此本前饋補償方法僅在加減速階段有效；當步驟S101中的各項條件都滿足的情況下(處于正常軋制狀態且軋制速度大于最小使能速度)，并且處于加速狀態或減速狀態下，前饋補償使能信號(布爾量)為1，表示使能；上述的任何一個條件不滿足，則前饋補償使能信號為0，表示不使能。例如當某次加速過程結束后，不處于加減速階段，則前饋補償使能信號由1變為0。

參照圖4，步驟S20具體包括：

S201，計算軋制力實際值在一段時間內的平均值

軋鋼過程中軋制力是一個波動十分大的量，且軋制力測量通道中可能包含有一些隨機干擾，因此軋制力需要進行平均處理，以減小隨機干擾的影響并避免波動太大；在本實施例中，不斷計算軋制力在1s時間內的平均值，實際使用時可根據實際情況在[0.1s,10s]范圍內取值；

S202，在前饋補償使能信號出現上升沿的時刻保存下軋制力平均值，作為本次加減速過程中的軋制力基準值；

檢測前饋補償使能信號，當出現上升沿(即從0變化到1)的那一個采樣時刻，記錄下軋制力平均值作為本次加減速過程中的軋制力基準值。

參照圖5，步驟S30具體包括：

S301，計算本次加減速過程中的軋制力波動值

基于本次加減速過程中的軋制力基準值，用軋制力實際值減去軋制力基準值得到軋制力波動值；即：

ΔF_R(i)＝F_R,act(i)-F_R,base(i)

式中，i表示軋制本卷鋼過程中當前時刻的加減速次數，例如當前時刻是處于軋制本卷鋼的第3個加速過程中，那么i＝3；ΔF_R為軋制力波動值，F_R,act為軋制力實際值，為一個不斷變化的量；F_R,base為軋制力基準值，在本次加減速過程中保持不變；

S302，根據軋制力波動值計算工作輥彎輥力變化值

以下式計算本次加減速過程中的工作輥彎輥力變化值：

ΔB_WR(i)＝ΔF_R(i)×G_FWD×C_FW

式中，ΔB_WR為本次加減速階段的工作輥彎輥力變化值，G_FWD為前饋補償增益，根據現場情況選取，取值范圍在[0.01,1.0]之間；C_FW為軋制力彎輥力轉換因子，具體算法為：

式中，F_R,max為軋制力最大值，B_WR,max為最大工作輥彎輥力。

參照圖6，步驟S40具體包括：

S401，保存本次加減速結束時刻的工作輥彎輥力補償值

在前饋補償使能信號出現下降沿(即使能信號從1變為0)的那一個采樣時刻，保存下那一時刻的彎輥力補償值，供下一個加減速過程使用；

S402，累加上一次加減速過程保存的彎輥力補償值和本次加減速的彎輥力變化值得到最終的工作輥彎輥力補償值；

以下式計算最終的工作輥彎輥力補償值：

B_WR(i)＝B_WR,last(i-1)+ΔB_WR(i)式中，B_WR(i)為本次加減速階段最終的工作輥彎輥力補償值，B_WR,last(i-1)為上一次加減速過程保存的彎輥力補償值，在本次加減速過程中該值保持不變，若是第一次加減速，i＝1，那么B_WR,last(0)＝0.0；ΔB_WR(i)為本次加減速階段的工作輥彎輥力變化值。

這樣，每個加減速過程中的工作輥彎輥力補償值都是在上一次加減速結束處彎輥力補償值基礎之上再進行變化，而穩速階段保持原補償值不變。因此軋制一卷鋼的所有加減速階段的工作輥彎輥力補償量是一個連續變化的量，不會發生階躍突變。

在每次加減速過程中，將計算的工作輥彎輥力補償值附加到工作輥彎輥力設定值上去，由彎輥液壓缸執行彎輥力控制，即可實現使用工作輥彎輥力對軋制力波動進行補償的功能，能有效提高軋機在加減速過程中的板形控制精度。

應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。