获取轧制带材张力的方法和装置以及轧制工艺控制系统与流程

本发明涉及工业控制技术领域，特别地涉及一种获取轧制带材张力的方法和装置以及轧制工艺控制系统。

背景技术：

铝箔轧机是铝加工行业的常用机械设备。图1是现有技术中的一种铝箔轧机的基本结构的示意图，其中轧机11用来将开卷机12提供的铝板13轧制成符合厚度要求的铝箔，然后由卷取机14卷取为成品。

目前对于铝箔轧机的张力通常采用开环控制的方式，这是由于铝箔材料相当薄，普通张力计的测量精度很难达到要求，而高精度张力计成本较高，因此很多普通铝箔轧机不测量张力，无法进行闭环控制。

张力开环控制的原理是通过卷取机上料卷的卷径和预设的张力，通过公式计算电机的输出转矩。开环方式的不足之处主要有：受到干扰后的张力稳定性差，实际张力不准确，工艺设计的张力值不能得到完全执行；张力的误差对厚度影响大。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种获取轧制带材张力的方法和装置以及轧制工艺控制系统，为张力闭环控制提供必要条件。本发明提供如下技术方案：

一种获取轧制带材张力的方法，包括：获取带材在轧制系统的板形辊上的径向力；根据所述径向力和带材在该板形辊上的包角计算带材张力。

可选地，获取带材在轧制系统的板形辊上的径向力的步骤包括：将板形辊的轴向划分为多个区间，针对各区间获取径向力；根据所述径向力和带材在该板形辊上的包角计算带材张力的步骤包括：根据所述包角和各区间的径向力，计算各区间的带材区间张力；将各带材区间张力相加以得到所述带材张力。

可选地，获取带材在轧制系统的板形辊上的径向力的步骤包括：将板形辊的轴向划分为多个区间，针对指定的1个区间获取径向力；根据所述径向力和带材在该板形辊上的包角计算带材张力的步骤包括：根据所述包角和指定的1个区间的径向力，计算该指定的1个区间的带材区间张力，将该带材区间张力乘以所述多个区间的区间数以得到所述带材张力。

可选地，获取带材在轧制系统的板形辊上的径向力的步骤包括：将板形辊的轴向划分为多个区间，针对指定的多个区间获取径向力然后取径向力平均值；根据所述径向力和带材在该板形辊上的包角计算带材张力的步骤包括：根据所述包角和所述径向力平均值计算带材区间张力平均值，将该带材区间张力平均值乘以所述多个区间的区间数以得到所述带材张力。

可选地，所述板形辊为空气轴承板形辊；获取径向力的步骤包括：获取板形辊的轴向区间的压强，根据该压强得出所述径向力。

一种获取轧制带材张力的装置，包括获取模块和计算模块，其中：获取模块，用于接收轧制系统的板形辊上的带材的径向力；计算模块，用于根据所述径向力和带材在该板形辊上的包角计算带材张力。

可选地，所述获取模块还用于接收板形辊的轴向各区间的压强和周向面积，根据该压强和面积计算所述各区间的径向力；所述计算模块还用于根据所述包角和所述各区间的径向力，计算各区间的带材区间张力；将各带材区间张力相加以得到所述带材张力。

可选地，所述获取模块还用于接收板形辊的轴向多个区间中的指定的1个区间的压强和周向面积，根据该压强和面积计算所述指定的1个区间的径向力；所述计算模块还用于根据所述包角和所述指定的1个区间的径向力，计算该指定的1个区间的带材区间张力，将该带材区间张力乘以所述多个区间的区间数以得到所述带材张力。

可选地，所述获取模块还用于接收板形辊的轴向多个区间中的几个区间的压强和周向面积，根据该压强和面积计算所述几个区间的径向力然后取的径向力平均值；所述计算模块还用于根据所述包角和所述径向力平均值计算带材区间张力平均值，将该带材区间张力平均值乘以所述多个区间的区间数以得到所述带材张力。

一种轧制工艺控制系统，包括气压传感装置和控制装置，其中：气压传感装置用于检测轧制系统的空气轴承板形辊的压强并且转换为电信号；控制装置用于获取所述电信号，以及根据所述压强和空气轴承板形辊的周向面积以及带材在该板形辊上的包角计算带材张力。

可选地，所述气压传感装置有多个，分别设置在空气轴承板形辊的轴向的各个区间；所述控制装置还用于：接收空气轴承板形辊的轴向各区间的压强，根据该压强和所述各区间的周向面积计算所述各区间的径向力，根据所述包角和所述各区间的径向力，计算各区间的带材区间张力，将各带材区间张力相加以得到所述带材张力；或者，所述控制装置还用于：接收空气轴承板形辊的轴向多个区间中的指定的1个区间的压强，根据该压强和所述1个区间的周向面积计算该1个区间的径向力，根据所述包角和所述指定的1个区间的径向力，计算该指定的1个区间的带材区间张力，将该带材区间张力乘以所述多个区间的区间数以得到所述带材张力；或者，所述控制装置还用于：接收空气轴承板形辊的轴向多个区间中的几个区间的压强，根据该压强和所述几个区间的周向面积计算该几个区间的径向力然后取的径向力平均值，根据所述包角和所述径向力平均值计算带材区间张力平均值，将该带材区间张力平均值乘以所述多个区间的区间数以得到所述带材张力。

一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如本发明所述的方法。

一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述程序被执行时实现本发明所述的方法。

根据本发明实施方式的技术方案，利用轧制系统中已有的空气轴承板形辊获得的数据来计算带材张力，使得无需安装高精度张力计就可以获取准确的张力值进而投入闭环张力控制。

附图说明

为了说明而非限制的目的，现在将根据本发明的优选实施例、特别是参考附图来描述本发明，其中：

图1是现有技术中的一种铝箔轧机的基本结构的示意图；

图2是与本发明实施方式有关的轧制系统的几个部件的示意图；

图3是根据本发明实施方式的确定空气轴承板形辊上的带材张力的示意图；

图4是根据本发明实施方式的获取轧制带材张力的装置的基本结构的示意图；

图5是根据本发明实施方式的获取轧制带材张力的一种程序流程图；

图6是根据本发明实施方式的轧制工艺控制系统的主要结构的示意图。

具体实施方式

本发明实施方式中，在不安装张力计的情况下，通过铝箔轧机所配置的空气轴承板形辊(简称absm)获得张力实测值，以供进行张力闭环控制，以下具体加以说明。

图2是与本发明实施方式有关的轧制系统的几个部件的示意图，如图2所示，按图中视角从左向右为轧制方向，依次设有板形辊、包角辊、导向辊，一并设置在图1中的轧机11和卷取机13之间。

板形辊21采用空气轴承板形辊(airbearingshapemeter)，用来测量带材板形，主要应用于冷轧机、箔轧机。包角辊22用来给铝箔23在板形辊接触面产生包角，进而在张力的作用下形成压力。包角辊22可以上升和下降，轧制时的工作位置是下降位置，抬起后不形成包角，板形辊21接触面压力释放。导向辊24用来向卷取机提供固定导向角度的带材。

板形辊21配有多个作为气压传感装置的气压计(可参见图3)，能够提供板形辊21轴向各处位置的径向力，因此本发明实施方式中，应用该径向力和带材在板形辊21上的包角计算出带材方向上的受力，从而得到带材的张力。以下结合图3并举例加以说明，图3是根据本发明实施方式的确定空气轴承板形辊上的带材张力的示意图。

如图3所示，将板形辊21轴向划分为n个区间，每个区间中均设有气压计，图3中示出了区间31中的气压计311至31n。根据上述气压计提供的压强和区间周向面积，即二者相乘可以得到各区间31至3n的径向力fr,i，其中i＝1,2,3,...,n。则各区间上的带材张力(即带材30行进方向的张力，如图中箭头所示)fti的计算公式为：fti＝fr,i/(2×sin2/α)。然后将各区间上的带材张力相加即得到带材30上的张力。即带材30上的张力ft＝ft1+ft2+...+ftn。

带材30上的张力的计算也可以取上述1个区间的张力然后乘以区间数n，当然这种方式比较节省相关的控制装置的计算资源，但精度稍差。另外也可以计算n个区间中的m(m<n)个区间上的带材张力然后求平均，再乘以区间数n。

可以采用可编程逻辑控制器(plc)来运行plc软件来实现上述计算并输出控制信号，也可采用其他类型的工业控制系统，运行相应的软件。如图4所示，图4是根据本发明实施方式的获取轧制带材张力的装置的基本结构的示意图，其中的获取轧制带材张力的装置40，具有获取模块41和计算模块42，获取模块41用于接收轧制系统的板形辊上的带材的径向力(接收径向力的数据，下同)，计算模块42用于根据该径向力和带材在该板形辊上的包角计算带材张力。

获取模块也可以接收板形辊的轴向各区间的压强和周向面积，根据该压强和面积计算各区间的径向力；相应地，计算模块42还可用于根据所述包角和所述各区间的径向力，计算各区间的带材区间张力；将各带材区间张力相加以得到所述带材张力。

获取模块41也可接收板形辊的轴向多个区间中的指定的1个区间的压强和周向面积，根据该压强和面积计算该指定的1个区间的径向力；相应地，计算模块42也可根据上述包角和上述指定的1个区间的径向力，计算该指定的1个区间的带材区间张力，将该带材区间张力乘以上述多个区间的区间数以得到带材张力。

获取模块41还可接收板形辊的轴向多个区间中的几个区间的压强和周向面积，根据该压强和面积计算所述几个区间的径向力然后取的径向力平均值；相应地，计算模块42还可用于根据上述包角和上述径向力平均值计算带材区间张力平均值，将该带材区间张力平均值乘以上述多个区间的区间数以得到带材张力。

在具体编制程序时，可参考图5所示的流程，图5是根据本发明实施方式的获取轧制带材张力的一种程序流程图。

可以将本发明实施方式中的技术方案应用到轧制工艺控制系统，如图6所示，图6是根据本发明实施方式的轧制工艺控制系统的主要结构的示意图，其中省略了该轧制工艺控制系统60的与现有技术相同的部分，示出与本发明实施方式相关的气压计311至31n和控制装置61。如上文所述，该控制装置61中即设置有上述的获取轧制带材张力的装置40，气压计311用于检测轧制系统的空气轴承板形辊的压强转换为用于表示该空气轴承板形辊的径向力的电信号。

根据本发明实施方式的技术方案，利用轧制系统中已有的空气轴承板形辊获得的数据来计算带材张力，使得无需安装高精度张力计就可以获取准确的张力值进而投入闭环张力控制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。