专利名称：用于工作辊弯辊和平衡的双闭环液压控制方法
技术领域：
本发明属于板带轧机领域，特别是涉及冷轧机或平整机的工作辊弯辊平衡系统领域。
背景技术：
在板带轧机或平整机中，常配置并联的非对称液压缸以实现工作辊的弯辊和平衡；用单个伺服阀控制非对称液压缸时容易产生超压和气蚀；配置双伺服阀的系统，常只将一阀用于闭环控制，另一阀接回油路，控制效果差且接回油路的一腔易于产生气蚀；实现工作辊平衡功能时，用开环控制模式产生的冲击大，易于损坏设备和产生油液泄漏。工作辊的弯辊平衡系统，是HAGC (液压自动厚度控制)系统的核心子系统，对板带的板形品质尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于工作辊弯辊和平衡的双闭环液压控制方法，本发明使得工作辊弯辊控制过程稳定、精确，响应速度快；正负弯辊模式切换时柔性冲击力小；且工作辊平衡控制时冲击力也较小。本发明所采用的技术方案是用于工作辊弯辊和平衡的双闭环液压控制方法，包括负弯控制模式、正弯控制模式和平衡控制模式；采用负弯控制模式时，控制器和电液伺服阀控制所有的弯辊液压缸收缩，通过弯辊块施力于工作辊的轴承座，使辊缝中部变大而边部变小，以消除板材中浪；采用正弯控制模式时，控制器和电液伺服阀控制所有的弯辊液压缸伸张，通过弯辊块施力于工作辊的轴承座，使辊缝中部变小而边部变大，以消除板材边浪；平衡控制模式用来平衡上工作辊的重量和实现特定的换辊位；在工作辊换辊时采用平衡控制模式，在轧机标定时采用正弯控制模式，机组正常轧制时则根据实时板形选择相宜的正弯控制模式或负弯控制模式。所述负弯控制模式的过程为通过第一电液伺服阀对弯辊液压缸的无杆腔进行压力闭环控制以维持恒定的小正弯力或维持无杆腔内恒定的背压力，通过第二电液伺服阀对弯辊液压缸的有杆腔进行力闭环控制以维持设定的负弯辊力。所述正弯控制模式的过程为通过第二电液伺服阀对弯辊液压缸的有杆腔进行压力闭环控制以维持恒定的小负弯力或维持有杆腔内恒定的背压力，通过第一电液伺服阀对弯辊液压缸的无杆腔进行力闭环控制以维持设定的正弯辊力，轧机标定时的正弯辊力不超过轧机最大正辊弯力的20 %。所述小正弯力或小负弯力是指小于2吨的力，恒定背压力是指小于2MPa的压力。设所述弯辊液压缸的无杆腔总受力面积为A1,有杆腔总受力面积为A2,正弯控制模式时的恒定背压力设定值与负弯控制模式时的恒定背压力设定值之比取为A1与^之比。所述的方法，还包括正负弯控制模式的切换过程，即首先使无杆腔或有杆腔的压力分别稳定在转换后的恒定背压力设定值，然后再增加或减少弯辊力到所需的负弯辊力或正弯辊力设定值。所述工作辊平衡控制模式的方法为采用正弯控制模式的方法，并设置正弯辊力最大值为工作辊辊重的1. 5倍。本发明的优点本发明的双闭环控制保证了正常轧制过程中工作辊正负弯的高响应、高精度和鲁棒稳定性，且正负弯切换时的柔性冲击小；工作辊平衡控制使用正弯模式的双闭环控制，使得到达平衡位时冲击小且平衡力可控。本发明可提高板带的板形品质从而提高成材率；双闭环控制策略也兼顾了工作辊的平衡从而简化了系统配置并提高了控制性能。
图1是工作辊弯辊和平衡液压原理图。图中，1. 1 第一弯辊液压缸；1. 2 第二弯辊液压缸；1. 3 第三弯辊液压缸；1. 4 第四弯辊液压缸；2. 1 第一电液伺服阀；2. 2 第二电液伺服阀；3. 1 第一压力传感器； 3. 2 第二压力传感器；4. 1 第一液压锁；4. 2 第二液压锁；5. 1 第一安全阀；5. 2 第二安全阀；6. 1 第一转换模块；6. 2 第二转换模块；7. 1 第一控制器；7. 2 第二控制器。
具体实施例方式本发明的工作原理是用四个并联的非对称液压缸来实现工作辊的正弯辊、负弯辊以及工作辊的平衡。液压缸的无杆腔压力用一个伺服阀来控制，伺服阀堵上一个工作油口作三通阀用；液压缸的有杆腔压力用另一个伺服阀来控制，伺服阀堵上一个工作油口作三通阀用；两个伺服阀使用不同的工作油口。非对称液压缸的两腔都进行压力闭环控制来实现工作辊的正负弯辊和平衡。正弯控制时，液压缸有杆腔作小负弯恒压力闭环控制，无杆腔作正弯压力闭环控制；负弯控制时反之。正负弯切换时，两腔先调整至小的恒压力闭环控制稳定点，然后再增加到正负弯所需的设定值。工作辊平衡控制时使用正弯模式并设置最大的极限阈值，以满足支撑工作辊的辊重等负载而又不至于平衡力过大。如附图1所示，工作辊弯辊平衡用双伺服阀控制四个并联的非对称液压缸来实现。一个伺服阀的B工作油口接液压缸的无杆腔，A工作油口堵死；另一个伺服阀的A工作油口接液压缸的有杆腔，B工作油口堵死；伺服阀堵上一个工作油口作三通阀用，当系统长时间运行造成伺服阀阀芯磨损严重而影响控制性能时，可互换两伺服阀以降低伺服阀维护费用。在两伺服阀与液压缸两腔之间各设置电磁液压锁用于液压油路的启闭；设置安全阀用于保护系统以免超压损坏设备和管路；设置压力传感器用于检测液压缸两腔的压力，转换模块用于调理信号以便计算弯辊力和作为反馈量构成闭环控制回路；控制器根据设定值与实际反馈值的偏差输出伺服阀的指令信号。非对称液压缸的两腔同时进行压力闭环控制来实现工作辊的正负弯辊和平衡。如附图1所示，设并联非对称液压缸的无杆腔总受力面积为A1,有杆腔总受力面积为A2，无杆腔的检测压力为P1,有杆腔的检测压力为P2。设定值包括第一设定值和第二设定值，分别与第一转换模块6. 1、第二转换模块6. 2的输出进行比较，以进行闭环控制。正弯控制时， 液压缸的有杆腔进行压力闭环控制以维持恒定的小负弯力(例如小于2吨)或维持恒定背压力(例如小于2Mpa)，恒定的小负弯力或背压力即为第二设定值；液压缸的无杆腔进行力闭环控制以维持设定的正弯辊力(例如，冷轧平整一般要求正弯辊力最大可达1000KN，而负弯辊力最大可达800KN)，此正弯辊力即为第一设定值；第一控制器和第二控制器都使用 PI (比例-积分)控制器。负弯控制策略与正弯控制相反。正弯控制时的背压设定值与负弯控制时的背压设定值之比取为无杆腔面积A1与有杆腔面积A2之比；在正负弯切换时，首先使两腔压力稳定在各自的背压设定值，然后再增加弯辊力到所需设定值。工作辊平衡控制时使用正弯模式，并设置最大的正弯力极限阈值为工作辊辊重的1.5倍，以满足支撑工作辊的辊重、克服摩擦力等负载而又不至于平衡力过大从而减轻设备和管道的负荷。本发明的控制系统结构为用于工作辊弯辊和平衡的双闭环液压控制系统，包括多个弯辊液压缸、电液伺服阀和压力传感器，电液伺服阀和相应的压力传感器之间接有转换模块和控制器，弯辊液压缸包括传动侧液压缸组和操作侧液压缸组，电液伺服阀包括第一电液伺服阀和第二电液伺服阀，压力传感器包括第一压力传感器和第二压力传感器，转换模块包括第一转换模块和第二转换模块，控制器包括第一控制器和第二控制器，传动侧液压缸组和操作侧液压缸组的无杆腔分别并连后接至第一电液伺服阀的一个工作油口，传动侧液压缸组和操作侧液压缸组的有杆腔分别并连后接至第二电液伺服阀的一个工作油口，传动侧液压缸组和操作侧液压缸组的无杆腔与第一电液伺服阀之间的油路上还接有第一压力传感器，传动侧液压缸组和操作侧液压缸组的有杆腔与第二电液伺服阀之间的油路上还接有第二压力传感器，第一压力传感器和第二压力传感器的值馈送至第一转换模块和第二转换模块，第一转换模块的输出与设定值比较后进入第一控制器，第一控制器的输出作为第一电液伺服阀的指令信号，第二转换模块的输出与设定值比较后进入第二控制器， 第二控制器的输出作为第二电液伺服阀的指令信号。所述传动侧液压缸组包括第一弯辊液压缸和第二弯辊液压缸，操作侧液压缸组包括第三弯辊液压缸和第四弯辊液压缸。所述传动侧液压缸组和操作侧液压缸组的无杆腔与第一电液伺服阀之间还接有第一液压锁，传动侧液压缸组和操作侧液压缸组的有杆腔与第二电液伺服阀之间还接有第二液压锁。所述第一电液伺服阀和第二电液伺服阀的未使用工作油口均堵死，第一电液伺服阀和第二电液伺服阀所使用的工作油口相互补。所述的控制系统，还包括第一安全阀和第二安全阀，第一电液伺服阀、第二电液伺服阀的T端口与第一安全阀、第二安全阀的输出端口都接到系统的回油管，第一安全阀的另一端接至传动侧液压缸组和操作侧液压缸组的无杆腔与第一电液伺服阀之间的油路上， 第二安全阀的另一端接至传动侧液压缸组和操作侧液压缸组的有杆腔与第二电液伺服阀之间的油路上。实施例在极薄板双机架平整机和罩退工程平整机组上配置了本发明的工作辊弯辊平衡双闭环液压控制系统，液压缸参数为Φ125/Φ70Χ95，伺服阀使用MOOG公司的 D661-4652-G15。在自动换辊时，工作辊平衡使用双闭环正弯液压控制模式，正弯辊力设置为100KN，弯辊缸背压控制在2MPa，到达平衡换辊位时液压冲击力小于IOKN ；在轧机标定时采用工作辊正弯控制模式，正弯力设置为100KN，控制精度优于2% ；在正常轧制时，冷轧一般采用正弯控制模式，弯辊缸背压控制在2MPa，正弯力控制精度优于2% ；正弯向负弯切换时，首先使无杆腔压力控制在1. 3728MPa,同时使有杆腔压力控制在2MPa，至到弯辊缸双向弯辊力近似平衡，然后再以无杆腔压力1. 3728MPa为恒定背压，增加第二设定值达到所需的负弯力，正负弯切换时的力波动值小于10KN，负弯力控制精度优于2%。本发明结合高性能的液压压下系统和稳定的张力控制系统，在极薄板双机架平整机和罩退工程平整机组上延伸率绝对精度优于0. 05%。
权利要求
1.用于工作辊弯辊和平衡的双闭环液压控制方法，其特征在于包括负弯控制模式、 正弯控制模式和平衡控制模式；采用负弯控制模式时，控制器和电液伺服阀控制所有的弯辊液压缸收缩，通过弯辊块施力于工作辊的轴承座，使辊缝中部变大而边部变小，以消除板材中浪；采用正弯控制模式时，控制器和电液伺服阀控制所有的弯辊液压缸伸张，通过弯辊块施力于工作辊的轴承座，使辊缝中部变小而边部变大，以消除板材边浪；平衡控制模式用来平衡上工作辊的重量和实现特定的换辊位；在工作辊换辊时采用平衡控制模式，在轧机标定时采用正弯控制模式，机组正常轧制时则根据实时板形选择相宜的正弯控制模式或负弯控制模式。
2.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，负弯控制模式的过程为通过第一电液伺服阀(4. 1)对弯辊液压缸的无杆腔进行压力闭环控制以维持恒定的小正弯力或维持无杆腔内恒定的背压力，通过第二电液伺服阀(4. 2)对弯辊液压缸的有杆腔进行力闭环控制以维持设定的负弯辊力。
3.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，正弯控制模式的过程为通过第二电液伺服阀(4. 2)对弯辊液压缸的有杆腔进行压力闭环控制以维持恒定的小负弯力或维持有杆腔内恒定的背压力，通过第一电液伺服阀(4. 1)对弯辊液压缸的无杆腔进行力闭环控制以维持设定的正弯辊力，轧机标定时的正弯辊力不超过轧机最大正辊弯力的20%。
4.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于小正弯力或小负弯力是指小于2吨的力，恒定背压力是指小于2MPa的压力。
5.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于设所述弯辊液压缸的无杆腔总受力面积为A1，有杆腔总受力面积为A2，正弯控制模式时的恒定背压力设定值与负弯控制模式时的恒定背压力设定值之比取为A1与A2之比。
6.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于还包括正负弯控制模式的切换过程， 即首先使无杆腔或有杆腔的压力分别稳定在转换后的恒定背压力设定值，然后再增加或减少弯辊力到所需的负弯辊力或正弯辊力设定值。
7.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，工作辊平衡控制模式的方法为采用正弯控制模式的方法，并设置正弯辊力最大值为工作辊辊重的1. 5倍。
全文摘要
本发明提供了一种用于工作辊弯辊和平衡的双闭环液压控制方法，其包括负弯控制模式、正弯控制模式和平衡控制模式。本发明使得工作辊弯辊控制过程稳定、精确，响应速度快；正负弯辊模式切换时柔性冲击力小；且工作辊平衡控制时冲击力也较小。
文档编号B21B37/62GK102248006SQ20111014366
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者丁文红, 张尚盈 申请人:中冶南方工程技术有限公司