基于轧机力矩的快速断带检测及保护方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明是一种基于轧机力矩的快速断带检测及保护方法及其装置，方法包括：使主控PLC与轧机变频器、左右卷取机变频器和压下系统之间建立通讯连接，传送断带检测和保护信号；根据轧制速度投入力矩断带检测器，监控“轧机力矩值”的变化情况和“参数适配器”输出的“断带门槛值”，快速捕捉断带发生与否，输出“断带发生”信号和“断带位置”信号；建立轧机轧制负载与断带参数之间的适配关系，通过参数设定和优化，满足快速断带检测和检测准确性的要求；在设定的断带保护规则下执行断带保护，根据“断带发生”信号和“断带位置”信号,按照控制流程执行断带保护，使辊缝迅速打开，让断带带钢顺利离开轧机，并使轧机和断带侧卷取机以更大能量急停。
【专利说明】基于轧机力矩的快速断带检测及保护方法及其装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种卷材生产工序机组控制方法，具体说，涉及一种检测冷轧带钢断 带和保护的控制方法。
【背景技术】
[0002] 20辊的可逆式轧机在轧制冷轧带钢时，常会发生带钢断带问题，而断带后的带钢 会给机组造成不同程度的损失：轻则造成机组短时停机；断带处理后，可重新组织后恢复 生产，但也会造成轧机内部"绞带"和卷取机上钢卷"松卷"。带钢绞入轧机内部时，在热效 应作用下，带钢碎片会粘连至轧辊表面上而造成轧辊辊面损伤。受损的辊面因无法使用，不 仅引起轧辊的辊耗成本上升，而且须重新换辊才能恢复生产。图1是20辊可逆式轧机断带 损失示意图，如图所示，该轧机安装有左、右卷取机la、lb、左、右转向辊2a、2b、左、右测厚 仪3a、3b、左、右测张仪4a、4b以及轧机压下缸5 ;根据绞带程度：轻度、中度和重度(分别处 于断带点A、B和C)，断带造成绞带后恢复生产所耗时间约需2?8小时；而钢卷松卷后，因 钢卷层与层不齐而无法使用，需重新重卷后才能在生产，从而造成工序生产成本上升；有些 钢卷因无法重卷整齐而作报废处理，造成成材率降低，生产成本上升。
[0003] 为了减少断带所造成的损失，需要及时掌握断带信息。现有2种传统的断带检测 方法，如图2所示。其一是厚度断带检测法，如发明名称为"一种箔轧机断带检测装置"的第 CN202224448U号专利申请所揭示，采用监控测厚仪3a、3b获得厚度实测值来检测断带，其 检测原理为：当轧机投入自动厚度控制时，带钢厚度控制在目标厚度±1%之内波动，波动 范围非常小；而断带发生时，待带钢离开测厚仪3a、3b的下方，左测厚仪3a或右测厚仪3b 所测厚度就会突变得非常小，远超出±1%的波动，一般以目标厚度的±50%作为判断基准。 如果所测厚度值小于判断基准，即时报警，进行断带保护。因测厚仪距轧机有X米，该断带 检测方法需要带钢离开测厚仪时，才能检测到带钢厚度突变，正是此距离影响断带检测的 响应速度。检测具有滞后性，会造成轧机内部绞带，往往不能满足生产要求。其二是用张力 断带检测法检测带钢断带，如图2所示，其检测原理为：在右转向辊2b或左转向辊2a的下 方安装一套测张仪4a、4b，通过测张仪直接测量带钢张力，当带钢张力实测值低于断带检测 值时，即时报断带报警，进行断带保护。因直接的张力测量法要安装2套测张仪，需要新增 硬件投资，往往增加项目成本，且测张仪具有轧机距离更远，同样存在检测滞后性，反映速 度较慢，会造成轧机内部绞带，往往不能满足生产要求。
[0004] 由此可见，以上两种断带检测方法在机组发生断带时，虽然能正确检测出带钢断 带，然后执行断带保护，但是因响应速度较慢，往往不能满足减少断带损失的要求。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种断带检测和保护方法及其装置，可基于轧机力矩快速响 应地检测到断带，以进行合理的断带保护策略，有效减小断带损失。
[0006] 根据本发明一方面提供一种基于轧机力矩的快速断带检测和保护装置，所述轧机 设有左、右卷取机、左、右转向辊、左、右测厚仪、左、右测张仪以及轧机压下系统；所述断带 检测和保护装置包括：乳机变频器、卷取变频器和主控可编程逻辑控制器（PLC);所述PLC 包括力矩断带检测器、参数适配器和断带保护器；其中：乳机变频器分别连接力矩断带接 检测器、参数适配器和断带保护器；所述力矩断带检测器分别连接所述参数适配器和断带 保护器；所述断带保护器连接所述左卷取变频器和右卷取变频器；乳机变频器，周期性实 时发送轧机力矩值和接收轧机急停斜率；力矩断带检测器，监控轧机力矩值的变化情况和 参数适配器输出的断带门槛值，以快速捕捉断带发生与否，并输出断带信号和断带位置；断 带保护器，根据断带信号和断带位置输入信号，采取预定的断带保护策略，输出轧机急停斜 率、左卷取急停斜率、右卷取急停斜率和辊缝快速打开设定值，乳机变频器、左卷取变频器、 右卷取变频器和压下系统执行机组快速制动和辊缝快速打开。
[0007]根据本发明另一方面提供一种基于轧机力矩的快速断带检测及保护方法，其特征 在于，采用权利要求1所述的快速断带检测和保护装置实施，所述方法包括以下步骤：
[0008]建立主控PLC与轧机变频器、左卷取变频器、压下系统和右卷取变频器之间的通 讯接口，并确定必要的通讯数据，分别交换的信号为"轧机力矩值"和"轧机急停斜率"和"轧 机速度"、"左卷取机急停斜率"、"辊缝快速打开设定值"和"右卷取机急停斜率"；
[0009]设置一套力矩断带检测器，在轧制阶段投入运行，监控轧机力矩值的变化趋势和 参数适配器输出的断带门槛值，输出断带信号和断带位置信号；
[0010] 设置一套参数适配器，建立轧机负载与断带参数之间的适配关系，根据负载情况 输出断带门槛值，通过参数优选，满足不同负载下断带检出的快速响应的需求，并且使参数 最优；
[0011] 设置一套断带保护器，建立断带保护规则，输出信号给左卷取机变频器、乳机压下 系统和右卷取机变频器；执行断带保护，使轧机快速打开，乳机和断带侧卷取机更快急停。
[0012] 力矩断带检测器的控制流程包括以下步骤：
[0013]初始时，通过主控PLC与轧机变频器通讯，获取轧机力矩值和轧机速度值，初始 值"断带发生"="false"、断带位置="0"；
[0014]判断乳机速度值，如果大于某确定值15mpm，执行步骤2. 3,否则控制结束；
[0015]进行轧机力矩分解，分解加减速力矩，计算出轧机实际工作力矩T3,计算式如 下：
【权利要求】
1. 一种基于轧机力矩的快速断带检测和保护装置，所述轧机设有左、右卷取机、左、右 转向辊、左、右测厚仪、左、右测张仪以及轧机压下系统；其特征在于，所述断带检测和保护 装置包括：乳机变频器、卷取变频器和主控可编程逻辑控制器（PLC);所述PLC包括力矩断 带检测器、参数适配器和断带保护器；其中：乳机变频器分别连接力矩断带接检测器、参数 适配器和断带保护器；所述力矩断带检测器分别连接所述参数适配器和断带保护器；所述 断带保护器连接所述左卷取变频器和右卷取变频器；乳机变频器，周期性实时发送轧机力 矩值和接收轧机急停斜率；力矩断带检测器，监控轧机力矩值的变化情况和参数适配器输 出的断带门槛值，以快速捕捉断带发生与否，并输出断带信号和断带位置；断带保护器，根 据断带信号和断带位置输入信号，采取预定的断带保护策略，输出轧机急停斜率、左卷取急 停斜率、右卷取急停斜率和辊缝快速打开设定值，乳机变频器、左卷取变频器、右卷取变频 器和压下系统执行机组快速制动和辊缝快速打开。
2. -种基于轧机力矩的快速断带检测及保护方法，其特征在于，采用权利要求1所述 的快速断带检测和保护装置实施，所述方法包括以下步骤： 建立主控PLC与轧机变频器、左卷取变频器、压下系统和右卷取变频器之间的通讯接 口，并确定必要的通讯数据，分别交换的信号为"轧机力矩值"和"轧机急停斜率"和"轧机 速度"、"左卷取机急停斜率"、"辊缝快速打开设定值"和"右卷取机急停斜率"； 设置一套力矩断带检测器，在轧制阶段投入运行，监控轧机力矩值的变化趋势和参数 适配器输出的断带门槛值，输出断带信号和断带位置信号； 设置一套参数适配器，建立轧机负载与断带参数之间的适配关系，根据负载情况输出 断带门槛值，通过参数优选，满足不同负载下断带检出的快速响应的需求，并且使参数最 优； 设置一套断带保护器，建立断带保护规则，输出信号给左卷取机变频器、乳机压下系统 和右卷取机变频器；执行断带保护，使轧机快速打开，乳机和断带侧卷取机更快急停。
3. 根据权利要求2所述的基于轧机力矩的快速断带检测及保护方法，其特征在于，力 矩断带检测器的控制流程包括以下步骤： 初始时，通过主控PLC与轧机变频器通讯，获取轧机力矩值和轧机速度值，初始值"断 带发生"="false"、断带位置="0"； 判断乳机速度值，如果大于某确定值15mpm，执行步骤2. 3,否则控制结束； 进行轧机力矩T1分解，分解加减速力矩，计算出轧机实际工作力矩T3，计算式如下： T3=T1-T2 T2=Q-MillXC1
其中=T2为轧机加速力矩；C1为加速力矩转换系数；为轧机转动惯量；D为轧辊辊 径；Gr为齿轮箱齿轮比；Pftm为轧机功率；Nftm为轧机转速； 对轧机工作力矩T3的变化进行过滤，采用一次惯性延迟方式，其一次惯性环节传递 函数为"1/ (1+Ts)";其中：T为环节的时间常数，s为复变量，取值为复数，其表达形式为 "s=σ+iω"，其中σ，ω为实数，i为虚数单位，i2=-l; 对轧机工作力矩T3变化规律进行处理，获取变化特征值"％T3"，其表达式如下，周期计 算程序扫描周期t内轧机工作力矩变化率：
其中：i为程序第i次扫描周期，i-Ι为第i次扫描周期前一次扫描周期，t为程序扫描 时间； 建立力矩断带检测器，输入参数"％T3"和"A3-参数适配器"输出的"断带门槛值"，进 行内部运算：当"％Τ3"的值大于"断带门槛值"时，判定轧机断带发生，对断带检出参数"断 带发生"赋值"true"，否则赋值"false"。同时，根据"轧机速度值"的变化趋势，判定断带 发生的位置，当"轧机速度"递减时，表示出口断带，对参数"断带位置"赋值"1"；当"轧机 速度"递增时，表示入口断带，对参数"断带位置"赋值"2"，输出计算结果； 判断断带标志信号"断带发生"的逻辑值，当逻辑值为"True"时，表示轧机发生断带， 立即运行"A4断带保护器"，进行断带保护处理；否则返回计算轧机工作力矩T3的步骤。
4. 根据权利要求2或3所述的基于轧机力矩的快速断带检测及保护方法，其特征在于， 断带保护器的控制流程包括以下步骤： 初始时，获取力矩断带保护器的输出信号"断带发生"和"断带位置"； 轧机断带判定，当"断带发生"="True"时，执行下一步骤，反之，流程结束； 将辊缝快速打开设定值赋值"最大值"，输出给压下系统，执行辊缝快速打开，使断带后 的带头不卷入轧机内部； 轧机断带位置判定，当"断带位置" ="1"时，表示断带位置为轧机入口，在能量一定的 前提下，保护规则为：使右卷取机和轧机停车以更大的能量停车，减少绞带和松卷量，执行 下一步骤，反之执行再下一步骤； 采用的能量分配原则为"右卷取急停斜率：乳机急停斜率：左卷取急停斜率=2:2:1";使右卷取机和轧机以更多能量停车； 轧机断带位置判定，当"断带位置=2"时，表示断带位置为轧机出口，在能量一定的前提 下，保护规则为：使左卷取机和轧机以更大的能量停车，减少绞带和松卷量，执行下一步骤， 反之控制流程结束； 采用的能量分配原则为"右卷取急停斜率：乳机急停斜率：左卷取急停斜率=1:2:2";使左卷取机和轧机以更多能量停车，控制流程结束。
5. 根据权利要求2至4之任一项所述的基于轧机力矩的快速断带检测及保护方法，其 特征在于，乳机工作力矩变化率"％T3"与"断带门槛值"由参数适配器确定，由查表法获得。
【文档编号】B21B38/00GK104438360SQ201310429243
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】肖至勇, 叶冬柏, 江浩杰, 沃海波, 孙波 申请人:宝钢不锈钢有限公司