一种降低张力辊组打滑影响的控制方法与流程

本发明涉及一种降低张力辊组打滑影响的控制方法，属于电气控制领域。

背景技术：

在冶金行业冷轧带材生产机组中，带钢张力多通过分段形式进行控制。而带钢张力控制的实现一般是采用张力辊组完成，即由2至4根张力辊构成张力辊组，每根张力辊分别由电机传动，最终实现张力辊组前后不同的张力控制要求。由于设备自身及人员操作等原因，在实际使用过程中往往存在带钢在张力辊组处打滑现象，一直困扰着整个冷轧带材生产机组的稳定运行，引起诸如带钢跑偏等生产故障，进而影响产品质量，对传动设备寿命造成影响，甚至对生产设备的安全构成威胁。

文献检索查到相关专利：2014年8月27日公开的申请号为cn104001733a的发明专利《防止张力测量辊相对于连轧带材打滑的控制方法》，提出通过找到离合器分开的最佳时间点，并建立对张力预设定值的校核机制，从而解决现有热连轧机间张力测量辊与带材接触时打滑的问题。其在两台轧机之间的张力测量辊上安装张力计，张力测量辊经电磁离合器与电机连接。

2011年1月5日授权公告号为cn201695065u的专利《一种防止张力辊打滑装置》，其在冷轧厂镀锌线连续退火炉的张力辊前设置了一对循环冷却水除盐喷淋头，并在水淬槽上部除盐水管上连接一纵向布置的纵水管，纵水管上均布有至少三根旁流管，且每根旁流管上都设有阀门。

但是，上述专利只涉及到生产线上测张辊(专利《防止张力测量辊相对于连轧带材打滑的控制方法》)或水淬槽(专利《一种防止张力辊打滑装置》)的部分设备改进，针对冷轧带材生产机组上常用的张力辊组从电气控制领域如何降低打滑影响的办法，几乎没有相关的专利涉及到。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对以上问题，本专利提出一种降低张力辊组打滑影响的控制方法，降低带钢打滑对生产的影响。

本发明采用了如下技术方案：

一种降低张力辊组打滑影响的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、张力辊组打滑状态监测

步骤二、张力辊组张力控制方法制定

步骤三、通过固定步长逼近法减小甚至消除张力辊组打滑状态

本发明的降低张力辊组打滑影响的控制方法，还可以具有这样的特征：

步骤一中，判断张力辊打滑的方法为：

策略一同一张力辊组内各个张力辊的实际速度分布标准差判别

其中：

vj为张力辊辊组中第j个张力辊的实际速度，单位为m/s；

为张力辊辊组中各张力辊的实际速度平均值单位为m/s；

n1为策略一阈值，单位为m/s。

本发明的降低张力辊组打滑影响的控制方法，还可以具有这样的特征：

步骤一中，判断张力辊打滑的方法为：

策略二同一张力辊组内各个张力辊的实际转矩分布标准差判别

其中：

pj为张力辊辊组中第j个张力辊的实际转矩；

为张力辊辊组中各张力辊的实际转矩平均值

n2为策略二阈值。

本发明的降低张力辊组打滑影响的控制方法，还可以具有这样的特征：

步骤一中，判断是哪一根张力辊打滑的方法为：

策略三同一张力辊组内各个张力辊的相对速度差判别

其中：

v′为张力辊组前后参考带钢线速度；

n3为策略三的阈值。

本发明的降低张力辊组打滑影响的控制方法，还可以具有这样的特征：

步骤二中，张力辊组的张力控制方法为：以一台张力辊传动电机为速度基准，张力辊组其它电机则按照与该速度基准电机相同的转矩百分比进行转矩控制。

本发明的降低张力辊组打滑影响的控制方法，还可以具有这样的特征：

步骤二中，张力辊组优化的复合张力控制方法为：每台张力辊的传动电机都按照一定的速度给定进行速度控制，同时按照最大功率电机的转矩百分比对张力辊组其它电机进行转矩限幅控制。

本发明的降低张力辊组打滑影响的控制方法，还可以具有这样的特征：

步骤二中，张力辊组的张力控制方法为：张力辊组以传动功率最大的电机作为速度基准，其控制方式为速度控制方式，在生产线正常运转情况下，其控制效果为，张力闭环输出是速度给定值，转矩保护值不起作用。一旦发生打滑，其控制转换为，张力闭环输出是转矩给定值，作为转矩限幅控制。而张力辊组内其它电机均采用转矩限幅控制，其与主辊的转矩百分比成一定比例。

本发明的降低张力辊组打滑影响的控制方法，还可以具有这样的特征：

步骤三中，

1)在(λ1～m1)范围内，逐步调节前一段张力设定值和后一段张力设定值。其中m1为固定值，λ1在每次迭代时以固定步长逐渐逼近m1。

2)如果张力辊组内主辊打滑，将其控制方式切换至转矩限幅；如果张力辊组内从辊打滑，在(λ2～m2)范围内，逐步调节从辊的转矩比例。其中m2为固定值，λ2在每次迭代时以固定步长逐渐逼近m2。

3)在(λ3～m3)范围内，逐步降低机组运行速度。其中m3为固定值，λ3在每次迭代时以固定步长逐渐逼近m3。

以上步骤依次执行，在减小打滑的过程中，通过步骤一实时监测打滑是否消除，步骤二确定张力控制方式，通过步骤三以固定步长逼近方式逐步调节至各个固定值(m1～m3)，程序顺序执行，一旦张力辊组打滑现象消除，则停止执行后续步骤。

本发明的降低张力辊组打滑影响的控制方法，还可以具有这样的特征：

若m1～m3的各固定值已经逼近完成，但仍不能减小或者消除打滑，发出异常信号。

发明的有益效果

本发明的在控制系统中通过三个判别打滑策略，实时监测冷轧带材生产线张力辊组是否出现打滑现象以及哪根张力辊在打滑，根据生产状态采用制定的复合控制方法对生产线张力辊组进行控制。当出现打滑状态时，采用固定步长逼近法分别调整张力、转矩、速度来减小直至消除已出现的张力辊组打滑现象。

附图说明

图1是冷轧带材生产机组中四辊张力辊组的结构示意图；

图2是固定步长逼近法的流程图；

图3是降低张力辊组打滑影响的流程图。

具体实施方式

以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。

如图3所示，降低张力辊组打滑影响的步骤如下：

步骤一、张力辊组打滑状态监测

冷轧带材生产线张力辊组的结构如图1所示，无论是处于发电状态还是电动状态，一旦张力辊11两端的带钢12张力之差大于张力辊包角处的摩擦力时，带钢12往往会在包角处发生摩擦滑动，即打滑。

冷轧带材生产线张力辊组发生打滑时有一些共性规律：

1、打滑会使各段张力值产生变化，无法对机组实现恒定张力控制。

2、高速运行时打滑几率显著提高。

3、同一冷轧带材生产线生产不同规格带钢时，薄带更容易打滑。

4、处于发电状态的张力辊组打滑几率更高。

5、对于邻近开、卷取机的张力辊组，因带钢包角随着钢卷直径变化而变化，其打滑几率不同于其它固定包角的张力辊组。

根据实际调试经验和生产规律，制定控制策略来综合判断冷轧带材生产线张力辊组打滑的发生。在生产线hmi人机界面提供阈值、张力辊组直径和张力设定值等输入窗口。

策略一：同一张力辊组内各个张力辊的实际速度分布标准差判别

其中：

vj为张力辊辊组中第j个张力辊的实际速度，单位是m/s；

为张力辊辊组中各张力辊的实际速度平均值m/s；

n1为策略一的阈值，m/s。

策略二：同一张力辊组内各个张力辊的实际转矩分布标准差判别

其中：

pj为张力辊辊组中第j个张力辊的实际转矩，％；

为张力辊辊组中各张力辊的实际转矩平均值％；

n2为策略二阈值，％。

策略三：同一张力辊组内各个张力辊的相对速度差判别

其中：

v′为张力辊组前后参考带钢线速度，m/s，带钢线速度由激光测速仪或固定辊径的测速辊编码器测得。

n3为策略三阈值，％。

前两个策略用来判断整个张力辊组是否出现打滑，当出现打滑时，策略三用来判断哪个张力辊在打滑。前两个策略始终运行判断张力辊组存不存在打滑，存在打滑就执行策略三，判断组内哪一个或哪几个张力辊打滑。

说明：

1)以上策略在机组运行速度大于最高速度的a倍以上时生效；

2)以上策略在张力辊组的实际张力波动(百分比)在b倍以上时生效；

δt为张力波动百分比；

tset为张力设定值；

tact为张力实际值；

3)以上策略在机组生产薄于c的规格带钢时生效，策略3)为可选策略。策略1)、2)、3)均可以在生产线hmi人机界面上进行设定。

步骤二、张力辊组张力控制方法制定

张力辊组采用多电机传动，其张力控制方法一般有两种：

1)以一台张力辊传动电机为速度基准，通常是功率最大的那台电机。张力辊组其它电机则按照与该速度基准电机相同的转矩百分比进行转矩控制。这一控制方式简单，对张力辊径准确性要求不高，但一旦发生打滑，张力辊与带材之间会产生较大的速度差，磨损辊面，损伤带材。

2)每台张力辊的传动电机都按照预定的速度给定进行速度控制，同时按照最大功率电机的转矩百分比对张力辊组其它电机进行转矩限幅控制。这种控制方式对张力辊组内各电机的同步性、速度精度、传动比和辊径的准确性要求很高。但是如果出现打滑，由于给定的速度与带材运行速度相差很小，带材与辊面的相对摩擦对辊面和带材表面的影响有限。

根据经验，在张力差小、辊径小、速度精度不高的张力辊组，采用第一种转矩控制方法。在张力差大、速度精度高的张力辊组，比如邻近开卷机、卷取机、轧机的张力辊组，多采用第二种转矩限幅控制方法。

针对冷轧带材生产线张力辊组，为降低打滑，制定优化的复合控制方法：

张力辊组以传动功率最大的电机，或称主辊，作为速度基准，其控制方式为速度控制方式，在生产线正常运转情况下，其控制效果与第一种类似，张力闭环输出是速度给定值，转矩保护值不起作用。一旦发生打滑，其控制转换为第二种，张力闭环输出是转矩给定值，作为转矩限幅。而张力辊组内其它电机或从辊，均采用转矩限幅控制，其与主辊的转矩百分比成一定比例，该比例系数可预设定在1左右。

步骤三、通过固定步长逼近法减小甚至消除张力辊组打滑状态

在控制系统中通过步骤一多个策略实时监测冷轧带材生产线张力辊组是否出现打滑现象以及哪根张力辊在打滑，并通过步骤二制定的复合控制方法对生产线张力辊组进行控制。当出现打滑状态时，采用固定步长逼近法减小甚至消除已出现的打滑现象。若m1～m3的各固定值已经逼近完成，但仍不能减小或者消除打滑，发出异常信号。下面结合实例对本发明的实施方式做进一步说明：

某钢厂冷轧带材处理线由4个张力辊组进行全线张力分段控制。由于生产线已投产6年以上，随着设备老化，张力辊组处经常出现带钢打滑现象，造成带钢跑偏，使得产品合格率不到80％。通过本发明的具体实施，明显降低了张力辊组处打滑影响，未再出现因打滑造成带钢跑偏现象发生，经统计，本发明将产品合格率提升到93％以上。具体实施过程如下：

1)制定生产机组张力辊组打滑状态监测策略

在生产线hmi人机界面提供阈值、张力辊组直径和张力设定值等输入窗口。其中，阈值n1＝0.08，n2＝0.03，n3＝0.02。本张力辊组由四个张力辊组成，j＝1,2,3,4。并且在生产线hmi人机界面设定，当机组运行速度大于最高速度的0.6倍以上，且张力辊组的实际张力波动百分比在25％以上时，发明内容中策略一、策略二、策略三生效，其分别为：

2)根据控制系统监测的打滑状态，采用优化的复合控制方法

张力辊组以传动功率最大的电机作为速度基准，表示为j＝1第一根张力辊，或称主辊。在生产线正常运转情况下，其控制方式为速度控制，张力闭环输出是速度，转矩保护值不起作用，一旦发生打滑，其控制转换为转矩限幅控制，张力闭环输出转矩，作为限幅。而辊组内其它电机或称从辊均采用转矩限幅控制，与主辊的转矩比例设定为0.95。

3)设定逼近目标值，采用固定步长逼近法，逐步降低打滑影响

如图2所示，通过固定步长逼近子程序，逐步减小甚至消除张力辊组已出现的打滑现象。在减小打滑的过程中，实时监测打滑是否消除，程序循环执行，以固定步长逼近方式逐步调节至各个固定值，一旦张力辊组打滑现象消除，则停止执行后续步骤。若m1～m3的各固定值已经逼近完成，但仍不能减小或者消除打滑，发出异常信号。

在(λ1～0.95)范围内，λ1在每次迭代时以固定步长，单步0.01，逐渐逼近0.95，逐步调节前一段张力设定值和后一段张力设定值。

如果张力辊组主辊打滑，将其控制方式切换至转矩限幅；如果张力辊组从辊打滑，在(λ2～0.9)范围内，λ2在每次迭代时以固定步长，单步0.01，逐渐逼近0.9，逐步调节从辊的转矩比例。如打滑状态还未消除，在(λ3～0.75)范围内，λ3在每次迭代时以固定步长，单步0.01，逐渐逼近0.75，逐步降低机组运行速度。

通过以上具体实施方式实现了冷轧带材生产机组张力辊组打滑的降低，直至打滑状态的最终消除。