一种冷轧机的弯辊力前馈补偿方法及补偿系统与流程

本发明属于轧机板形控制技术领域，具体涉及一种单机架可逆冷轧机或多机架冷轧机的弯辊力前馈补偿方法及补偿系统。

背景技术：

冷轧机轧钢过程中会经历多次加减速过程：在轧机起车后，一般会经过多次加速直到达到稳定轧制速度；在一卷钢即将轧制完成时，也会经过几次减速逐步降速到零。在轧机加减速阶段，轧制力、张力、辊缝等工艺参数都处于波动较大的状态，从而影响了带钢的板形指标。一般来说，加减速阶段的板形值波动较大，波动值会达到稳速时的2倍或以上，从而造成带钢边部起浪的现象比较多。轧钢厂的操作工一般会根据现场经验在加减速阶段手动调节工作辊弯辊力，通过调节工作辊弯辊力来改变轧辊的凸度，用肉眼观察带钢板形，在低速时等带钢板形调节得比较好时再升速到稳定轧制速度。这样做可以部分解决加减速阶段板形波动大的问题，但这种方式还存在以下弊端：

(1)手动调节精度十分有限，较熟练的操作工也只能确保调节趋势不会错，而弯辊力的补偿量不可能是精确的；这是因为高精度的弯辊力调节是根据轧制力变化而实时变化的，手动调节只能斜坡调高或减少弯辊力，不能实时跟随轧制力的变化；

(2)手动调节一般仅在低速时完成，后面较大幅度的升速过程不再调整；

(3)手动调节耗时较长；为了加快调节速度，一般先根据经验预先给出一个弯辊力调节量，然后观察一段时间的板形情况，若板形情况较好则不再调节，若板形情况不理想则还要继续调节，因此整个调节过程用时较长。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种冷轧机的弯辊力前馈补偿方法及补偿系统，该方法及系统在基础自动化级的PLC控制器中自动完成，无需人工手动调节，能实时根据轧制力波动量调节工作辊弯辊力，以提高带钢在加减速阶段的板形控制精度。

本发明是这样实现的：

一种冷轧机的弯辊力前馈补偿方法，包括如下步骤：

S00、采集冷轧机的轧制状态、轧制速度和加减速信号，并将上述数据传递给PLC控制器；

S10、根据冷轧机的轧制状态、轧制速度和加减速信号确定前馈补偿使能信号；

S20、计算本次加减速过程的轧制力基准值；

不断计算轧制力在一段时间内的平均值，在前馈补偿使能信号出现上升沿的采样时刻保存此时的轧制力平均值，并将该轧制力平均值作为本次加减速过程中的轧制力基准值。

S30、利用轧制力实际值计算工作辊弯辊力变化量

利用轧制力基准值、轧制力实际值得到轧制力波动值，根据轧制力波动值得到本次加减速的弯辊力变化值；

S40、保存本次加减速过程结束时刻的弯辊力补偿值并计算最终的工作辊弯辊力补偿值

保存本次加减速过程结束时刻的弯辊力补偿值，供下一个加减速过程使用；将保存的上一次加减速过程结束时刻的弯辊力补偿值和本次加减速的弯辊力变化值相加得到最终的工作辊弯辊力补偿值；

S50、根据最终的工作辊弯辊力补偿值控制工作辊的弯辊力。

所述步骤S10中根据轧制状态、轧制速度值和加减速信号确定前馈补偿使能信号的步骤具体包括：

检查轧制状态和轧制速度是否满足条件并根据加减速信号确定前馈补偿使能信号

当轧制状态正常、轧制速度大于最小使能速度值、冷轧机处于加速状态或减速状态时，前馈补偿使能信号为1，表示使能；上述任何一个条件不满足，则前馈补偿使能信号为0，表示不使能。

所述步骤S30的方法为：

用轧制力实际值减去本次加减速过程的轧制力基准值得到轧制力波动值；利用轧制力波动值、前馈补偿增益、轧制力弯辊力转换因子的积得到本次加减速的弯辊力变化值。

所述步骤S40中保存本次加减速过程结束时刻的弯辊力补偿值的方法为：

在前馈补偿使能信号出现下降沿的那一个采样时刻，保存下那一时刻的弯辊力补偿值。

本发明还提供一种冷轧机的弯辊力前馈补偿系统，包括轧制力测量装置、PLC控制器、弯辊液压缸、工作辊；

所述轧制力测量装置用于测量轧制力实际值，并将该值传给PLC控制器；

所述PLC控制器用于判断前馈补偿使能信号，并计算本次加减速过程的轧制力基准值、本次加减速的弯辊力变化值，及最终的工作辊弯辊力补偿值，本根据该最终的工作辊弯辊力补偿值控制弯辊液压缸，进而控制工作辊的弯辊力；

所述弯辊液压缸用于接收PLC控制器的指令，进而控制工作辊的弯辊力；

所述工作辊通过弯辊液压缸控制其弯辊力。

本发明还提供一种冷轧机的弯辊力前馈补偿系统，包括：

采样模块，用于采集冷轧机的轧制状态、轧制速度和加减速信号，并将上述数据传递给PLC控制器；

使能信号判断模块，用于根据冷轧机的轧制状态、轧制速度和加减速信号确定前馈补偿使能信号；

轧制力基准值计算模块，用于不断计算轧制力在一段时间内的平均值，在前馈补偿使能信号出现上升沿的采样时刻，保存此时的轧制力平均值，将该平均值作为本次加减速过程的轧制力基准值；

弯辊力变化值计算模块，用于利用轧制力基准值、轧制力实际值得到轧制力波动值，根据轧制力波动值得到本次加减速的弯辊力变化值；

工作辊弯辊力补偿值计算模块，用于保存本次加减速过程结束时刻的弯辊力补偿值，供下一个加减速过程使用；将保存的上一次加减速过程结束时刻的弯辊力补偿值和本次加减速的弯辊力变化值相加得到最终的工作辊弯辊力补偿值；

执行模块，用于根据最终的工作辊弯辊力补偿值控制工作辊的弯辊力。

本发明的有益效果在于：使用PLC控制器自动完成工作辊弯辊力前馈补偿功能，在轧机加减速阶段实时根据轧制力的波动情况计算相应的工作辊弯辊力补偿量，相比传统的人工调节方式，自动方式精度高、响应迅速、实时性好，提高了机组的自动化水平，改善了轧机加减速阶段的板形控制精度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明冷轧机的弯辊力前馈补偿系统的结构示意图；

图2为本发明冷轧机的弯辊力前馈补偿方法的流程示意图；

图3为图2中步骤S10的流程示意图；

图4为图2中步骤S20的流程示意图；

图5为图2中步骤S30的流程示意图；

图6为图2中步骤S40的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，带钢3在上工作辊2、下工作辊4之间被轧制，而工作辊弯辊力是由两侧弯辊液压缸(左侧弯辊液压缸1、右侧弯辊液压缸5)提供的，若弯辊液压缸(左侧弯辊液压缸1、右侧弯辊液压缸5)伸展开则工作辊(上工作辊2、下工作辊4)边部被顶起，辊身中部靠近，工作辊弯曲具有一定的凸度，这种情况称为正弯；若液压缸(左侧弯辊液压缸1、右侧弯辊液压缸5)收缩则工作辊(上工作辊2、下工作辊4)边部靠拢，工作辊辊身中部凸起反向弯曲，这种情况称为负弯。PLC控制器6接收轧制力测量装置发来的轧制力实际值F_R,act，计算出弯辊力补偿量发给弯辊液压缸，弯辊液压缸(左侧弯辊液压缸1、右侧弯辊液压缸5)根据指令执行弯辊力控制，即完成了所述弯辊力前馈补偿控制过程。该系统能补偿轧机加减速阶段轧制力波动对板形造成的不良影响，提高加减速阶段的板形控制精度。

本发明还提供一种冷轧机的弯辊力前馈补偿系统，包括：

采样模块，用于采集冷轧机的轧制状态、轧制速度和加减速信号，并将上述数据传递给PLC控制器；

使能信号判断模块，用于根据冷轧机的轧制状态、轧制速度和加减速信号确定前馈补偿使能信号；

轧制力基准值计算模块，用于不断计算轧制力在一段时间内的平均值，在前馈补偿使能信号出现上升沿的采样时刻，保存此时的轧制力平均值，将该平均值作为本次加减速过程的轧制力基准值；

弯辊力变化值计算模块，用于利用轧制力基准值、轧制力实际值得到轧制力波动值，根据轧制力波动值得到本次加减速的弯辊力变化值；

工作辊弯辊力补偿值计算模块，用于保存本次加减速过程结束时刻的弯辊力补偿值，供下一个加减速过程使用；将保存的上一次加减速过程结束时刻的弯辊力补偿值和本次加减速的弯辊力变化值相加得到最终的工作辊弯辊力补偿值；

执行模块，用于根据最终的工作辊弯辊力补偿值控制工作辊的弯辊力。

参见图2，一种冷轧机的弯辊力前馈补偿方法，包括如下步骤：

S00、采集冷轧机的轧制状态、轧制速度和加减速信号，并将上述数据传递给PLC控制器；

S10、根据冷轧机的轧制状态、轧制速度和加减速信号确定前馈补偿使能信号；

S20、计算本次加减速过程的轧制力基准值；

不断计算轧制力在一段时间内的平均值，在前馈补偿使能信号出现上升沿的时刻保存此时的轧制力平均值，并将该平均值作为本次加减速过程中的轧制力基准值；

S30、利用轧制力实际值计算工作辊弯辊力变化量；

利用轧制力基准值、轧制力实际值得到轧制力波动值，根据轧制力波动值得到本次加减速的弯辊力变化值；

S40、保存本次加减速过程结束时刻的弯辊力补偿值并计算最终的工作辊弯辊力补偿值；

保存本次加减速过程结束时刻的弯辊力补偿值，供下一个加减速过程使用；将保存的上一次加减速过程结束时刻的弯辊力补偿值和本次加减速的弯辊力变化值相加得到最终的工作辊弯辊力补偿值；

S50、根据最终的工作辊弯辊力补偿值控制工作辊的弯辊力。

参照图3，步骤S10具体包括：

S101，检查轧制状态和轧制速度是否满足条件；

在轧机起车、穿带、甩尾、爬行、出现故障等情况下都不能使用工作辊弯辊力补偿，只有轧机处于正常轧制状态才能启用，因此需要检查轧机的当前状态是否满足正常轧制的各项联锁条件；

低速时轧机的各项工艺参数处于不稳定状态，例如张力和轧制力都还处于不断调节过程中，因此需设置一个最小使能速度值，等轧制速度高于该值才可以使能弯辊力补偿，例如在本实施例中最小使能速度取60m/min，实际使用时可根据实际情况在[30m/min,100m/min]范围内取值；

S102，根据加减速信号确定前馈补偿使能信号；

轧制速度的改变会造成各项工艺参数发生变化，例如轧制力、张力、辊缝等参数都会随之调节，从而造成加减速阶段带钢的板形值容易发生较大波动，稳速状态下板形相对较好控制，因此本前馈补偿方法仅在加减速阶段有效；当步骤S101中的各项条件都满足的情况下(处于正常轧制状态且轧制速度大于最小使能速度)，并且处于加速状态或减速状态下，前馈补偿使能信号(布尔量)为1，表示使能；上述的任何一个条件不满足，则前馈补偿使能信号为0，表示不使能。例如当某次加速过程结束后，不处于加减速阶段，则前馈补偿使能信号由1变为0。

参照图4，步骤S20具体包括：

S201，计算轧制力实际值在一段时间内的平均值

轧钢过程中轧制力是一个波动十分大的量，且轧制力测量通道中可能包含有一些随机干扰，因此轧制力需要进行平均处理，以减小随机干扰的影响并避免波动太大；在本实施例中，不断计算轧制力在1s时间内的平均值，实际使用时可根据实际情况在[0.1s,10s]范围内取值；

S202，在前馈补偿使能信号出现上升沿的时刻保存下轧制力平均值，作为本次加减速过程中的轧制力基准值；

检测前馈补偿使能信号，当出现上升沿(即从0变化到1)的那一个采样时刻，记录下轧制力平均值作为本次加减速过程中的轧制力基准值。

参照图5，步骤S30具体包括：

S301，计算本次加减速过程中的轧制力波动值

基于本次加减速过程中的轧制力基准值，用轧制力实际值减去轧制力基准值得到轧制力波动值；即：

ΔF_R(i)＝F_R,act(i)-F_R,base(i)

式中，i表示轧制本卷钢过程中当前时刻的加减速次数，例如当前时刻是处于轧制本卷钢的第3个加速过程中，那么i＝3；ΔF_R为轧制力波动值，F_R,act为轧制力实际值，为一个不断变化的量；F_R,base为轧制力基准值，在本次加减速过程中保持不变；

S302，根据轧制力波动值计算工作辊弯辊力变化值

以下式计算本次加减速过程中的工作辊弯辊力变化值：

ΔB_WR(i)＝ΔF_R(i)×G_FWD×C_FW

式中，ΔB_WR为本次加减速阶段的工作辊弯辊力变化值，G_FWD为前馈补偿增益，根据现场情况选取，取值范围在[0.01,1.0]之间；C_FW为轧制力弯辊力转换因子，具体算法为：

式中，F_R,max为轧制力最大值，B_WR,max为最大工作辊弯辊力。

参照图6，步骤S40具体包括：

S401，保存本次加减速结束时刻的工作辊弯辊力补偿值

在前馈补偿使能信号出现下降沿(即使能信号从1变为0)的那一个采样时刻，保存下那一时刻的弯辊力补偿值，供下一个加减速过程使用；

S402，累加上一次加减速过程保存的弯辊力补偿值和本次加减速的弯辊力变化值得到最终的工作辊弯辊力补偿值；

以下式计算最终的工作辊弯辊力补偿值：

B_WR(i)＝B_WR,last(i-1)+ΔB_WR(i)式中，B_WR(i)为本次加减速阶段最终的工作辊弯辊力补偿值，B_WR,last(i-1)为上一次加减速过程保存的弯辊力补偿值，在本次加减速过程中该值保持不变，若是第一次加减速，i＝1，那么B_WR,last(0)＝0.0；ΔB_WR(i)为本次加减速阶段的工作辊弯辊力变化值。

这样，每个加减速过程中的工作辊弯辊力补偿值都是在上一次加减速结束处弯辊力补偿值基础之上再进行变化，而稳速阶段保持原补偿值不变。因此轧制一卷钢的所有加减速阶段的工作辊弯辊力补偿量是一个连续变化的量，不会发生阶跃突变。

在每次加减速过程中，将计算的工作辊弯辊力补偿值附加到工作辊弯辊力设定值上去，由弯辊液压缸执行弯辊力控制，即可实现使用工作辊弯辊力对轧制力波动进行补偿的功能，能有效提高轧机在加减速过程中的板形控制精度。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。