热连轧精轧机组大惯性活套稳定控制方法与流程

本发明涉及一种热连轧精轧机组大惯性活套稳定控制方法。

背景技术：
：

随着市场的需求，热连轧企业为了实现盈利，产品不断向薄规格、高强钢种拓展，由于薄规格、高强钢种在精轧机组轧制过程中，各个机架的带钢厚度变化受精轧入口中间坯长度方向温度不均的影响很敏感，导致在轧制这类钢种时，精轧机组各机架间的带钢秒流量变化相对普通钢种大的多。在这种情况下，要保持精轧机组轧制的稳定性，对活套控制技术就提出了更高的要求：在稳定的基础上，活套控制响应要更快，但是，在设备控制上，响应越快意味着稳定性将变差，特别是对具有大惯性特征的活套设备。

现有活套控制的方法是：

（1）活套力矩控制：以带钢设定单位张力值、轧制的带钢厚度和宽度、机架间的距离长度、活套的机械尺寸以及活套实际工作角度（图1所示θ₁、θ₂）计算出活套力矩控制所需的力矩给定值，并进行力矩闭环控制，从而实现带钢张力的相对恒定控制。在实际生产中，由于活套的实际工作角度是一直变化的，所以，活套力矩控制在不同角度是变力矩控制。

活套力矩给定计算公式：

Trq_ref＝（（T₀×H×W)×(K₁×Sinθ－K₂)+H×W×K₃)×Cosθ

式中：

Trq_ref：活套力矩给定 单位Nm T₀：带钢设定单位张力值 单位Mpa

H：带钢厚度 单位mm W：带钢宽度 单位mm

K₁、K₂：常数 单位m（由机架间的距离长度、活套的机械尺寸决定，这里不做推导计算，在梅钢分别为：0.4、0.07）

K₃：常数 单位Nm/mm²（由机架间的距离长度、活套的机械尺寸、带钢密度决定，这里不做推导计算，在梅钢分别为：0.157374）

θ：活套实际工作角度 单位°

（2）活套套量控制：以活套设定工作角度（图1所示θ0）为基准，活套实际工作角度（θ₁、θ₂）与设定工作角度产生偏差时，计算出对应的套量值（图1所示h、－h），以套量值为变量对活套上游机架进行速度调节（套量值为正，对活套上游机架的速度调节为降速，套量值为负，对活套上游机架的速度调节为加速），从而实现活套角度的相对恒定控制。

此技术方案中存在的问题是：

在活套力矩控制中，力矩给定值的大小取决于活套的实际工作角度，角度越大，力矩给定值越大，角度越小，力矩给定值越小。轧制薄规格、高强钢种过程中，容易出现由于带钢长度方向温度的不均，引起活套上游机架某个时刻带钢厚度突然减小（或活套下游机架某个时刻带钢厚度突然增大），机架间带钢秒流量发生较大减小，导致活套实际工作角度被拉的很低，力矩给定值变得很小。在小力矩给定控制下，大惯性活套的上升速度是很慢的，而这时由于活套在低角度，活套的套量调节是将活套上游机架加速的，为了保证活套顶紧带钢，带钢不出现失张，活套是要求快速上升，结果就造成了活套上升速度跟不上套量调节速度，带钢出现失张、跑偏，引起精轧机组废钢。

为了解决小力矩给定控制下，大惯性活套的上升速度慢，造成了活套上升速度跟不上套量调节速度，引起带钢出现失张、跑偏，精轧机组废钢的问题，有一种做法是将活套小力矩给定控制下的力矩调节响应大大加快，同时套量调节速度降低，但是，其结果是活套力矩闭环控制精度很差，带钢的相对恒张力控制目标得不到保证，带钢出现拉窄。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述存在的问题提供一种热连轧精轧机组大惯性活套稳定控制方法，解决目前热连轧企业中轧制薄规格、高强钢种时，活套控制不稳定的问题。在精轧机组轧制过程中，活套控制包括力矩控制和套量控制，两者相互配合，实现带钢张力、活套角度的相对恒定，保证精轧机组轧制的稳定。

上述的目的通过以下技术方案实现：

热连轧精轧机组大惯性活套稳定控制方法，该方法包括：

（1）活套力矩控制：活套实际工作角度大于等于（θ₀－2度）时，以带钢设定单位张力、轧制的带钢厚度和宽度、机架间的距离长度、活套的机械尺寸以及活套实际工作角度计算出活套力矩控制所需的力矩给定值，并进行力矩闭环控制；

（2）活套套量控制：

以活套设定工作角度为基准，活套实际工作角度与设定工作角度产生偏差时，计算出对应的套量值，以套量值为变量对活套上游机架进行速度调节，从而实现活套角度的相对恒定控制；以活套在不同角度检测的带钢单位张力反馈值与设定单位张力值的偏差作为变量，对活套上游机架进行速度调节，从而实现带钢单位张力的相对恒定控制。

有益效果：

本发明在高角度，对活套进行变力矩控制，在低角度进行恒力矩控制，且带带钢单位张力偏差的活套套量调节的技术，既可以解决了原有控制技术中，大惯性活套在低角度上升慢引起活套控制不稳定的问题，也不会带来带钢拉窄的负面作用。解决了热连轧企业生产薄规格、高强钢种时，由于精轧机组各个机架的带钢厚度变化受精轧入口中间坯长度方向温度不均的影响很敏感，引起机架间带钢秒流量变化大、大惯性活套在低角度响应慢引起活套控制不稳定的问题。为企业稳定、批量生产薄规格、高强钢种提供了技术保障。

附图说明

图1为活套设定工作角度示意图；图1中：θ0: 活套设定工作角度，θ1: 活套实际角度高于设定工作角度，θ2: 活套实际角度低于设定工作角度，θ3: 活套设定工作角度－2°。

图2为活套在不同角度检测的带钢单位张力反馈值图，图2中：T₁：活套实际角度θ₁高于设定工作角度θ时，检测到的带钢张力；T₀：活套在设定工作角度θ时，检测到的带钢张力；T₂：活套实际角度θ₂低于设定工作角度θ时，检测到的带钢张力。

具体实施方式

1）活套力矩控制：活套实际工作角度大于等于（θ₀－2度）时（图1所示θ₃），以带钢设定单位张力、轧制的带钢厚度和宽度、机架间的距离长度、活套的机械尺寸以及活套实际工作角度计算出活套力矩控制所需的力矩给定值，并进行力矩闭环控制，这种情况下，活套力矩控制在不同角度是变力矩控制；活套实际工作角度小于θ₃时，以θ₃对应的活套力矩给定进行恒力矩给定闭环控制，这种情况下，活套力矩控制在不同角度是恒力矩控制。

在原有活套力矩控制的基础上，对活活套低角度进行恒力矩控制，解决了大惯性活套在低角度时，由于力矩给定小上升速度慢的问题。

2、活套套量控制：

2.1、原有套量调节不变：以活套设定工作角度（图1所示θ₀）为基准，活套实际工作角度（θ₁、θ₂）与设定工作角度产生偏差时，计算出对应的套量值（图1所示h、－h），以套量值为变量对活套上游机架进行速度调节（套量值为正，对活套上游机架的速度调节为降速，套量值为负，对活套上游机架的速度调节为加速），从而实现活套角度的相对恒定控制。

2.2、增加带钢张力偏差套量调节：以活套在不同角度检测的带钢单位张力反馈值（图2所示T₁、T、T₂）与设定单位张力值（T₀）的偏差作为变量，对活套上游机架进行速度调节（偏差值为正，对活套上游机架的速度调节为加速，偏差值为负，对活套上游机架的速度调节为降速），从而实现带钢单位张力的相对恒定控制，解决了活套在低角度采用恒力矩控制带来的力矩给定大，导致带钢张力大引起拉窄的问题。

所以，在高角度，对活套进行变力矩控制，在低角度进行恒力矩控制，且带带钢单位张力偏差的活套套量调节的技术，既可以解决了原有控制技术中，大惯性活套在低角度上升慢引起活套控制不稳定的问题，也不会带来带钢拉窄的负面作用。

应用实例：

轧制带钢厚度H：2.5mm、W：1200mm、设定单位张力为T₀：16Mpa、活套设定工作角度为θ₀：22°，活套臂长L：1000mm，带钢在精轧机组轧制过程中：

1、活套实际工作角度大于θ₀为θ₁

1.1、活套力矩控制以带钢设定单位张力值、轧制的带钢厚度和宽度、机架间的距离长度、活套的机械尺寸以及活套实际工作角度θ₁计算出的力矩给定值进行闭环控制，力矩给定随活套角度θ₁变化而变化，

Trq_ref＝（（T₀×H×W)×(K₁×Sinθ₁－K₂)+H×W×K₃)×Cosθ₁

＝((16×2.5×1200)×(0.4×Sinθ₁－0.07)+2.5×1200×0.157374)×Cosθ₁

= 19200Sinθ₁Cosθ₁－2887.878Cosθ₁

1.2、活套套量控制以活套实际工作角度θ₁与设定工作角度为θ₀产生的套量h、活套在角度θ₁检测的带钢单位张力T₁与设定带钢单位张力T₀的偏差△T两个变量分别进行活套套量调节。

h＝（Sinθ₁－Sinθ₀）×L＝（Sinθ₁－Sin22°）×1000＝1000Sinθ₁－374.6

△T＝T₁－T₀＝T₁－16

由于θ₁大于θ₀，套量h进行的活套套量调节是降低活套上游机架的轧制速度，使得h接近于零；

当△T大于零时，张力偏差△T进行的活套套量调节是提高活套上游机架的轧制速度，使得△T接近于零；

当△T小于零时，张力偏差△T进行的活套套量调节是降低活套上游机架的轧制速度，使得△T接近于零；

2、活套实际工作角度等于θ₀

2.1、活套力矩控制以带钢设定单位张力值、轧制的带钢厚度和宽度、机架间的距离长度、活套的机械尺寸以及活套实际工作角度θ₀计算出的力矩给定值进行闭环控制；

Trq_ref＝（（T₀×H×W)×(K₁×Sinθ₀－K₂)+H×W×K₃)×Cosθ₀

＝((16×2.5×1200)×(0.4×Sin22°－0.07)+2.5×1200×0.157374)×Cos22°

= 3644Nm

2.2、活套套量控制以活套在角度θ₀检测的带钢单位张力T与设定带钢单位张力T₀的偏差△T一个变量进行活套套量调节。

△T＝T－T₀＝T－16

当△T大于零时，张力偏差△T进行的活套套量调节是提高活套上游机架的轧制速度，使得△T接近于零；

当△T小于零时，张力偏差△T进行的活套套量调节是降低活套上游机架的轧制速度，使得△T接近于零。

l 如果活套实际工作角度小于θ₀、且大于等于20°（θ₀－2°）为θ₂时

3.1、活套力矩控制以带钢设定单位张力值、轧制的带钢厚度和宽度、机架间的距离长度、活套的机械尺寸以及活套实际工作角度θ₂计算出的力矩给定值进行闭环控制；

Trq_ref＝（（T₀×H×W)×(K₁×Sinθ₂－K₂)+H×W×K₃)×Cosθ₂

＝((16×2.5×1200)×(0.4×Sinθ₂－0.07)+2.5×1200×0.157374)×Cosθ₂

= 19200Sinθ₂Cosθ₂－2887.878Cosθ₂

3.2、活套套量控制以活套实际工作角度θ₂与设定工作角度为θ₀产生的套量－h、活套在角度θ₂检测的带钢单位张力T₂与设定带钢单位张力T₀的偏差△T两个变量进行活套套量调节。

－h＝（Sinθ₂－Sinθ₀）×L＝（Sinθ₂－Sin22°）×1000＝1000Sinθ₂－374.6

△T＝T₂－T₀＝T₂－16

由于θ₂小于θ₀，套量－h进行的活套套量调节是提高活套上游机架的轧制速度，使得－h接近于零；

当△T大于零时，张力偏差△T进行的活套套量调节是提高活套上游机架的轧制速度，使得△T接近于零；

当△T小于零时，张力偏差△T进行的活套套量调节是降低活套上游机架的轧制速度，使得△T接近于零。

l 如果活套实际工作角度小于20°（θ₀－2度）为θ₂时

4.1、活套力矩控制以带钢设定单位张力值、轧制的带钢厚度和宽度、机架间的距离长度、活套的机械尺寸以及活套角度20°计算出的力矩给定值进行闭环控制，即：活套实际角度低于20°时，活套的力矩控制是以20°对应的力矩给定进行恒力矩闭环控制；

Trq_ref＝（（T₀×H×W)×(K₁×Sin20°－K₂)+H×W×K₃)×Cos20°

＝((16×2.5×1200)×(0.4×Sin20°－0.07)+2.5×1200×0.157374)×Cos20°

= 3457Nm

4.2、活套套量控制以活套实际工作角度θ₂与设定工作角度为θ₀产生的套量－h、活套在角度θ₂检测的带钢单位张力T₂与设定带钢单位张力T₀的偏差△T两个变量进行活套套量调节。

－h＝（Sinθ₂－Sinθ₀）×L＝（Sinθ₂－Sin22°）×1000＝1000Sinθ₂－374.6

△T＝T₂－T₀＝T₂－16

由于θ₂小于θ₀，套量－h进行的活套套量调节是提高活套上游机架的轧制速度，使得－h接近于零；

当△T大于零时，张力偏差△T进行的活套套量调节是提高活套上游机架的轧制速度，使得△T接近于零；

当△T小于零时，张力偏差△T进行的活套套量调节是降低活套上游机架的轧制速度，使得△T接近于零。