棒线材连轧控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电气自动化控制技术领域，涉及一种连乳机乳机之间乳件张力调节的棒线材连乳控制方法。
【背景技术】
[0002]在连乳生产线中，尤其在棒线材连乳生产线中，理想的稳定乳制状态是乳件通过相邻两机架的秒流量(秒流量=V1XS1 = V2XS2 =V1 XS1，式中V1Si机架乳件速度，S1*i机架乳件截面积，i为1、2、3、…、n，下同)相等。在实际生产过程中，相邻机架的速度不匹配，是导致机架间秒流量不相等的主要原因。
[0003]乳件张力的形成是由于相邻两机架间的秒流量之差引起的。如果上游i机架(乳件通过上游机架后，再进入下游机架乳制)秒流量比下游i+1机架秒流量小，即V1XS1< V1+1xs1+1，那么乳件在i机架和i+Ι机架间是处于拉钢状态，此时的乳件张力称为正张力。在拉钢状态下，相邻乳机的乳件实际秒流量是相等的，如果不调节相邻乳机的速度，根据公式秒流量=V1XS1 = V2XS2 =V1XS1，为了保持秒流量的等量关系，那么通过下游机架的乳件截面就会被拉小，这样乳制产品的尺寸就会变小，影响产品质量。反之，如果上游i机架秒流量比下游i+Ι机架秒流量大，即V1XS1S V 1+1XS1+1，那么乳件在i机架和i+Ι机架间是处于堆钢状态，此时的乳件张力称为负张力。在堆钢状态下，会导致乳件截面尺寸偏大，影响产品质量。同时，在堆钢状态下，机架间的乳件容易形成弧形，极易引起堵钢等事故，导致生产中断。
[0004]在实际应用中，负张力乳制是需要尽量避免的。为了保证乳制过程的稳定性，使乳件保持一定的正张力MlsJS行乳制是目前常用的控制方法，称为张力控制。正张力M 1;^的大小选择由乳件的特性确定，乳件的实际张力M1在小于M 1Mt内乳制就能保证产品质量。所以，张力控制的目标是把乳件在机架间的实际张力值M1控制在O?M lset范围内，在实际应用中，M_t由产品设计时给出，也常被称为设定张力值。
[0005]张力控制的目的是使连乳各机架之间的乳件在设定的张力范围内进行乳制。张力控制是保证棒线材乳机顺利乳制和提高产品质量的必要手段。张力调节控制是一个复杂的过程，棒线材连乳生产线一般采用“张力-速度”控制法。它的思路是:保持下游机架(s1+1)的速度不变，通过测得上游机架的乳制转矩，计算机架张力变化，再转换成上游机架需调整速度的差值，调整上游机架的乳制速度，以达到理顺乳制过程，提高乳件质量的目的。
[0006]在实际应用中，在乳件尚未咬入下游机架(S1+1)时，通过变频装置采集上游机架(S1)的乳制转矩Tsl值。当乳件咬入下游机架(S 1+1)后，再一次通过变频装置采集上游机架(S1)的乳制转矩Tsl'值，通过二者之差计算得出乳件的实际张力值。根据实际张力值％和设定张力值M_t的差异，控制系统自动调整上游机架的速度设定，实现张力控制。
[0007]但这种调节方式存在如下问题:
在调节上游机架(S1)速度的过程中，上游机架(S1)变频装置的输出总的乳制转矩Tsl丨由三部分组成: Tsir =Ts1-Tsiv-Tsiz............公式 I
式中Tsl:无张力时的乳制转矩值
Tslv:速度变化所需转矩值
Tslz:张力变化引起的乳制转矩变化值。
[0008]其中无张力时的乳制转矩Tsl在乳件尚未咬入下游机架(S1+1)时，通过采集上游机架(S1)变频装置的输出转矩，控制系统能得到较为准确的测量值。但是Tslv和T slz是同时变化且相互影响的，上游机架(S1)的变频装置和控制系统不能通过测量或者计算得出它们二者各自的值，所以在速度调节的过程中，控制系统就不能判断或计算乳件的实际张力变化情况，也就不能够建立速度和张力之间的反馈关系，张力调节只能形成开环控制，其调节的效率和效果势必较差。
[0009]在实际应用中，如图2、图3所示，Pzjtb为乳件头部位置，T「1、1>2、1>3、！>4、T-5为预先设定的区间，均由乳机自动化控制系统计算确定。当Pz.]tb处于T ,-5区间(SPPzjtb- T「5)时，为乳机31无张力时乳制转矩采样阶段，以此类推，T 1+1-1区间为乳机S1+1咬钢阶段，T1+1-2为乳件咬入机架S1+1后，乳机S i乳制转矩采样、张力和调节量计算阶段，T1+1-3为张力调节阶段，T1+1-5为乳机S1+1无张力时乳制转矩采样阶段，i为机架1、2、…、n，现有张力控制方法包括如下步骤:
10):当乳件头部处于乳机S1无张力时乳制转矩采样阶段(即P z]tboc T ,-5)时，控制系统采集机架S/变频装置输出的转矩，得出机架S i无张力下的乳制转矩T S1值。
[0010]11):当乳件头部位于阶段τ1+1-2，乳件张力M1E经建立，再次采集机架S i的乳制转矩TsJ值，
那么 Tsl-Tsl' =M1X 31 X (D/2)2XR/ (9.8Xi)......公式 2
所以 M1 = ( Tsl-Tsl' ) X9.8Xi/ ( JT X (D/2)2)......公式 3
式中D:乳件直径(mm)
R:乳棍半径(m)
1:减速箱变比
TS1、TS/:乳制转矩(Kg.m)
M1:乳件实际张力值(Mpa)
根据公式3，计算出乳件的实际张力值％。
[0011]12):计算速度调节量Λ V
Av=Kp (M1 - Mlset)+ K1 (M1 - Mlset).................公式 4
式中Kp:比例调节系数 K1:积分调节系数 Mlset:设定的张力值 M1:乳件实际张力值
13):当乳件头部处于Τ1+1-3时，把速度调节量Λ V叠加到机架S1的速度上，同时以级调方式调节上游机架速度。
[0012]14):结束本次张力调节。
[0013]在现有控制方法中，控制系统在乳制一支乳件时仅仅调节张力一次，张力调节的效率很低。同时为了保证调节后乳制过程的稳定，乳件张力控制的速度调节量(Λ V)必须控制在较小的范围内，一般限幅在基准速度的±0.5%内，只能实现小幅、慢速的调节，严重限制了调节效果的发挥。
[0014]在实际生产中，张力调节往往需要乳制多支钢坯(一般需要4?5支)才能把乳件张力调节到设定范围内，乳件截面尺寸被拉小，严重影响产品的质量，极易产生大量的废品。调试过程费时长，严重影响了生产节奏，降低了生产效率。
【发明内容】
[0015]为克服上述的技术缺点，本发明提供一种棒线材连乳控制方法，它能够提高生产效率，降低操作人员劳动强度；提高产品质量，大幅减低调试阶段引起的产品废材；取得了显著的技术效果，也取得了明显的经济效益和社会效益。
[0016]本发明解决其技术问题所采用的技术方法是:一种棒线材连乳控制方法，其控制步骤是:
A):乳件头部Pz.]tb位于乳制转矩采样阶段T「5，采集变频装置输出转矩，计算得出无张力下机架S1的乳制转矩Tsl值；
B):乳件头部Pzjtb在阶段T1+1-2时，采集S1+1机架初始速度V 1+1;
C):采集机架S1 的乳制转矩 Ts/ 值，按照 M1 = ( Ts-Ts/ )X9.8Xi/ (31 X (D/2)2)计算出乳件的实际张力值M1，按照公式4，计算速度调节量Λ V ;
D):当乳件头部位置P一处于张力调节阶段T1+1-3时，执行Ε):采用单机架调节模式，单独调节S1+1机架速度:
V1+1' = V 1+1+ Δ V................公式 5
式中V1+/:调节后S1+1机架的速度 V1+1:S1+1机架初始速度V 1+1 否者，跳转至G):上游机架速度恢复；
E):采用单机架调节模式，单独调节S1+1机架速度；
F):判断调节速度后乳件的张力值是否符合设定要求:如果满足M1SM 1Mt条件，则跳转步骤G):进入速度恢复阶段T1+1-4，以级调方式恢复S1+1机架速度至记录S 1+1机架初始速度值V 1+1;如果不满足M1SM 1Mt条件，则跳转步骤C)，继续进行调节；
G):乳件头部P,]tb位于阶段T1+1-4时，以逆向级调方式恢复S1+1机架速度V 1+/至S1+1机架初始速度值V 1+1，以使S1+1机架及其上游机架的速度和下游机架S 1+2速度保持匹配；
H):本次张力调节结束。
[0017]通过调节下游机架S1+1的速度，以修改相邻机架(S JP S 1+1)间乳件的张力，由于上游机架(S1)速度保持相对稳定，Tslv分量就不存在，所以随着下游机架(S 1+1)速度的变化，公式I就简化为
Tsl' =Tsl-Tslz............公式 6
贝1J Tslz =Tsl' -Tsl............公式 7
检测变频装置的输出乳制转矩Ts/，根据M1 =( Tsl-Ts/ ) Χ9.8Χ?/ ( JT X (D/2)2)，就可以连续计算出乳件的张力M1值，能建立速度和张力之间的连续反馈关系，进而可以对机架间张力进行闭环控制，实现张力的连续和快速调节。
[0018]本发明的有益效果是:提高生产效率，降低操作人员劳动强度；提高产品质量，大幅减低调试阶段引起的产品废材；取得了显著的技术效果，也取得了明显的经济效益和社会效益。具体而言，本发明的控制方法具有以下优点:
一、提尚生广效率，作业率大幅提升
采用本发明的控制方法，在生产线工艺调试阶段，只需要乳制一支钢坯，系统就能自动完成张力的调节，并能达到预期目标。