一种铝箔轧制厚度优化的控制系统及控制方法与流程

本发明涉及铝箔生产工艺技术领域，特别涉及一种铝箔轧制厚度优化的控制系统及控制方法。

背景技术：

铝箔是一种用金属铝直接压延成的薄片，长用作烫印材料、电容器、包装材料等使用。

在整个铝箔轧制过程中，厚度跨度极大，考虑不同厚度时轧辊端部接触等因素的影响，不同厚度的铝材的厚度控制采用不同的执行机构，当铝材厚度大于0.2mm时，主要通过调节辊缝控制铝材的厚度。随着铝材厚度的减小，辊缝对厚度的调节开始变得不敏感，此时，轧制力、张力和和轧制速度成为主要的控制厚度的调节手段，轧制力、张力和轧制速度对轧制厚度的影响能力变化如图1所示。

由于铝箔厚度较小，轧机一般都工作在轧制力模式下，从图1可以看出，产品在出口厚度小于0.1mm以后，轧制力的影响逐渐减弱，张力与轧制速度对厚度的影响越加明显，因此优化好张力与速度成为铝箔的主要的厚控调节手段，这对于铝箔产品的成材率起到至关重要的作用。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，提供了铝箔轧制厚度优化的控制系统，该控制系统包括液压控制模块、内环控制模块和外环控制模块；

液压控制模块通过内环控制模块与外环控制模块电连接；

液压控制模块包括液压缸和伺服驱动单元，液压缸和伺服驱动单元传动连接，液压缸上设有位移传感器和压力传感器，位移传感器能够测量液压缸的位移量，压力传感器能够测量液压缸的压力；

内环控制模块包括轧机机架控制单元；

液压控制模块与轧机机架控制单元电连接；

外环控制模块包括厚度控制单元、厚度测量单元、轧机传动控制单元、开卷机传动控制单元、卷取机传动控制单元和速度测量单元；

厚度控制单元、厚度测量单元均与轧机机架控制单元电连接；

厚度测量单元、轧机传动控制单元、开卷机传动控制单元、卷取机传动控制单元和速度测量单元均与厚度控制单元电连接；

厚度控制单元的模拟量输入部分连接至位移传感器、压力传感器、速度测量单元和厚度测量单元，厚度控制单元的模拟量输出部分连接至开卷机传动控制单元、卷取机传动控制单元、轧机传动控制单元和伺服驱动单元；

厚度控制单元内设有可变增益的积分控制器、smith预估器和补偿器。

本发明的有益效果在于：上述铝箔轧制厚度优化的控制系统可以在轧机起车阶段，充分利用速度与张力的调节，使带材尽早进入目标厚度。由于本发明中的厚度控制单元能够将加速度的调节量通过模拟量传送至轧机传动控制单元，相比于传统的厚度控制系统，通讯速度加快，速度的跟随性能提高，从穿带速度到900米/分钟的正常生产速度约55秒即可完成，而传统的点动加速法在熟练操作的前提下，一般需要3分钟以上才能达到该生产速度，由此可见，本控制系统相比于传统的控制系统可以节省轧制时间。此外，以往的张力调节，是采用开环控制的，系统根据给定的张力计算转矩限幅值，发送给轧机传动控制单元，由于轧机传动控制单元计算不准确，会造成生产过程中张力远远偏离目标张力。而本控制系统采用闭环控制进行张力的调节，系统通过电机的实际转矩，计算出张力的大小，从而可以实时做出新的调整，以保持张力的稳定。由此，本发明提供的控制系统对于在铝箔轧制过程中，通过张力和速度来控制厚度的方式具有显著的改善效果。

在一些实施方式中，补偿器包括动态补偿器和静态补偿器，动态补偿器能够在轧机的升速阶段，根据实际转动惯量的计算方程，通过修正电机的负荷，保证速度精度与张力稳定；静态补偿器能够在轧机的稳速阶段，根据摩擦力曲线与卷径的变化量，通过微调电机的负荷，保证张力稳定。由此，通过动态补偿器的动态补偿算法和静态补偿器的静态补偿算法，可以在不同的轧制速度下，给开卷机的传动装置和卷取机传动装置作相应的补偿，以维持张力与速度的稳定，以提高铝箔的成材率。此外，通过采用本控制系统，可以大大降低对操作人员的要求，在轧机升速期间，系统会自动调整板型与厚差，从而使产品的质量不受操作工熟练程度的影响。

在一些实施方式中，外环控制模块还包括张力测量单元，张力测量单元设置于轧机的出口侧，张力测量单元与厚度控制单元电连接，厚度控制单元的模拟量输入部分还连接至张力测量单元。由此，通过张力测量装置可以测量出实际张力，厚度控制单元可将该实际张力作为参考，进行张力的控制。

进一步地，张力测量单元为板型辊，由此，可以便于张力的测量，同时也可以提高张力的测量精度。

本发明还提供了基于上述控制系统的铝箔轧制厚度优化的控制方法，该方法包括如下步骤：

厚度测量单元测量出轧机出口处铝箔的厚度，厚度控制单元根据轧机出口处铝箔的厚度计算出轧机出口处的厚度偏差；

可变增益的积分控制器和smith预估器根据厚度偏差，计算得出附加轧制力的调节量和轧机的加速度的调节量，厚度控制单元将附加轧制力的调节量通过模拟量传送至伺服驱动单元，伺服驱动单元控制液压缸的运动，厚度控制单元将加速度的调节量通过模拟量传送至轧机传动控制单元，以调整轧机的轧制速度；

补偿器根据该加速度的调节量，通过补偿算法获得张力的补偿结果，厚度控制单元将补偿结果通过模拟量传送至开卷机传动控制单元和卷取机传动控制单元，以维持张力的稳定。

本发明提供的铝箔轧制厚度优化的控制方法可以有效提高轧机的生产效率，大大提高产品的成材率。

在一些实施方式中，补偿算法包括动态补偿算法和静态补偿算法，在轧机的升速阶段，根据实际转动惯量的计算方程，通过动态补偿算法修正电机的负荷，保证速度与张力的稳定；在轧机的稳速阶段，根据摩擦力曲线与卷径的变化量，通过静态补偿算法，微调电机的负荷，保证张力的稳定。由此，在不同的轧制速度下，给开卷机的传动装置和卷取机的传动装置作相应的补偿，以维持张力与轧制速度的稳定性。

在一些实施方式中，本方法还包括通过设置在轧机出口侧的张力测量单元实时检测实际张力，厚度控制单元以张力测量单元检测到的实际张力作为参考，进行张力的控制。由此，可以大大提高张力的稳定性，从而提高产品的成材率。

附图说明

图1为轧制力、张力和轧制速度对产品出口厚度的影响能力变化的示意图；

图2为本发明一实施方式的铝箔轧制厚度优化的控制系统的结构示意框图；

图3为本发明一实施方式的铝箔轧制厚度优化的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对发明作进一步详细的说明。

图1示意性地显示了轧制力、张力和轧制速度对产品出口厚度的影响能力的变化情况，如图1所示，当铝材的出口厚度小于0.1mm以后，轧制力对厚度的影响逐渐减弱，张力与轧制速度对厚度的影响越加明显。

图2示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的铝箔轧制厚度优化的控制系统，如图2所示，该控制系统包括液压控制模块1、内环控制模块2和外环控制模块3，液压控制模块1通过内环控制模块2与外环控制模块3电连接。

其中，内环控制模块2包括轧机机架控制单元21，液压控制模块1与轧机机架控制单元21电连接，液压控制模块1包括液压缸11和伺服驱动单元12，液压缸11和伺服驱动单元12传动连接，伺服驱动单元12能够控制液压缸11的运动，液压缸11上设有位移传感器13和压力传感器14，位移传感器13能够测量液压缸11的位移量，以调节压力传感器14能够测量液压缸11的压力。

外环控制模块3包括厚度控制单元31、厚度测量单元32、轧机传动控制单元33、开卷机传动控制单元34、卷取机传动控制单元35和速度测量单元36。轧机传动控制单元33主要用于控制轧机的传动装置，开卷机传动控制单元34主要用于控制开卷机的传动装置，卷取机传动控制单元35主要用于控制卷取机的传动装置。通过速度测量单元36可以测量轧制速度以及开卷机和卷取机的转速。由此，本发明提供的控制系统可以通过电机的实际转矩，计算出张力的大小，从而可以实时做出新的调整，以保持张力的稳定。

厚度测量单元32、轧机传动控制单元33、开卷机传动控制单元34、卷取机传动控制单元35和速度测量单元36均与厚度控制单元31电连接。

厚度控制单元31、厚度测量单元32均与轧机机架控制单元21电连接，通过厚度测量单元32可以测量产品的出口厚度。

厚度控制单元31的模拟量输入部分连接至位移传感器13、压力传感器14、速度测量单元36和厚度测量单元32，厚度控制单元31的模拟量输出部分连接至开卷机传动控制单元34、卷取机传动控制单元35、轧机传动控制单元33和伺服驱动单元12。由此，通过模拟量输入和输出，可以大大提高通讯速度，增强张力和速度的跟随性能。

厚度控制单元31内设有可变增益的积分控制器311、smith预估器312和补偿器313。由此，通过可变增益的积分控制器311和smith预估器312根据厚度偏差，计算得出附加轧制力的调节量和轧机的加速度的调节量，并通过补偿器313对张力进行补偿，从而维持张力与速度的稳定。

作为一种优选，补偿器313包括动态补偿器3131和静态补偿器3132，动态补偿器3131能够在轧机的升速阶段，根据实际转动惯量的计算方程，以附加转矩＝加速度×惯量为基础算法，加入不同轧制条件下的系统逻辑的优化，通过修正电机的负荷，保证速度精度与张力稳定；静态补偿器3132能够在轧机的稳速阶段，根据摩擦力曲线与卷径的变化量，针对不同的速度选择不同的摩擦力，通过微调电机的负荷，保证张力稳定。由此，通过动态补偿器3131的动态补偿算法和静态补偿器3132的静态补偿算法，可以在不同的轧制速度下，给开卷机的传动装置和卷取机的传动装置作相应的补偿，以维持张力与速度的稳定，以提高铝箔的成材率。此外，通过采用本控制系统，可以大大降低对操作人员的要求，在轧机升速期间，系统会自动调整板型与厚差，从而使产品的质量不受操作工熟练程度的影响。

为了提高对张力的控制效果，外环控制模块3还包括张力测量单元37，张力测量单元37设置于轧机的出口侧，张力测量单元37与厚度控制单元31电连接，厚度控制单元31的模拟量输入部分还连接至张力测量单元37。由此，通过张力测量装置可以测量出实际张力，厚度控制单元31可将该实际张力作为参考，进行张力的控制。

张力测量单元37可为板型辊，由此，可以便于张力的测量，同时也可以提高张力的测量精度。

图3示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的铝箔轧制厚度优化的控制方法，如图3所示，该控制方法包括包括如下步骤：

步骤s01、厚度测量单元32测量出轧机出口处铝箔的厚度，厚度控制单元31根据轧机出口处铝箔的厚度计算出轧机出口处的厚度偏差。

步骤s02、可变增益的积分控制器311和smith预估器312根据厚度偏差，计算得出附加轧制力的调节量和轧机的加速度的调节量，厚度控制单元31将附加轧制力的调节量通过模拟量传送至伺服驱动单元12，伺服驱动单元12控制液压缸11的运动，厚度控制单元31将加速度的调节量通过模拟量传送至轧机传动控制单元33，以调整轧机的轧制速度。

作为一种优选，补偿算法包括动态补偿算法和静态补偿算法，在轧机的升速阶段，根据实际转动惯量的计算方程，通过动态补偿算法修正电机的负荷，保证速度与张力的稳定；在轧机的稳速阶段，根据摩擦力曲线与卷径的变化量，通过静态补偿算法，微调电机的负荷，保证张力的稳定。由此，在不同的轧制速度下，给开卷机的传动装置和卷取机的传动装置作相应的补偿，以维持张力与轧制速度的稳定性。

步骤s03、补偿器313根据该加速度的调节量，通过补偿算法获得张力的补偿结果，厚度控制单元31将补偿结果通过模拟量传送至开卷机传动控制单元34和卷取机传动控制单元35，以维持张力的稳定。

进一步地，本方法还包括通过设置在轧机出口侧的张力测量单元37实时检测实际张力，厚度控制单元31以张力测量单元37检测到的实际张力作为参考，进行张力的控制。由此，可以大大提高张力的稳定性，从而提高产品的成材率。

由此，采用本发明提供的控制方法，可以在轧机起车阶段，充分利用速度与张力的调节，使带材尽早进入目标厚度，并在保持厚差和板型稳定的前提下，继续向预设的目标厚度加速，到达速度点后不再加速并稳定运行，期间操作工只需按下一次运行键即可保持轧制过程的稳定进行。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于发明的保护范围。