一种用于冷轧处理线带钢速度设定和带钢定位控制的方法与流程

本发明涉及冷轧处理线带钢速度控制技术领域，特别涉及一种用于冷轧处理线带钢速度设定和带钢定位控制的方法。

背景技术：

冷轧处理线包括冷轧酸洗线、冷轧脱脂线、冷轧连退线、冷轧镀锌线、冷轧彩涂线、横切/纵切/包装等，是板材生产的重要工序。根据工艺布置要求，大型冷轧处理线通常由入口段、工艺段、出口段等区段组成，各区段间以活套进行缓冲和连接。

带钢速度控制是冷轧处理线关键技术之一，带钢速度控制是实现张力控制、活套控制、负荷平衡控制等工艺控制的基础。控制要求在带钢恒速及加减速运行的全过程中，各区段内的传动设备均需以相同的线速度协同运行。

带钢速度设定是带钢速度控制核心功能之一，负责计算各区段工艺所需的线速度设定，之后将计算的速度设定值发送给传动设备，驱动电机，实现带钢传输。

带钢定位控制是带钢速度控制核心功能之一，负责计算带头尾、焊缝定位所需的线速度设定，之后将计算的速度设定值发送给传动设备，驱动电机，实现带钢传输。

技术实现要素：

为了解决背景技术中所述问题，本发明提供一种用于冷轧处理线带钢速度设定和带钢定位控制的方法，带钢速度设定方法的设定值具有平滑功能，能有效避免带钢在加减速时由不同设备响应造成的张力突变，实现传动设备的协同稳定运行；带钢定位控制方法通过估算带钢制动距离，实现带头尾、焊缝的准确定位。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种用于冷轧处理线带钢速度设定和带钢定位控制的方法，带钢定位控制方法的控制结构为串级闭环控制结构，由内向外包括如下控制结构：

(1)加速度控制环、(2)速度控制环、(3)定位控制环；

由加速度控制环和速度控制环构成带钢速度设定方法的控制结构；在带钢速度设定方法的控制结构外层增加定位控制环构成带钢定位控制方法。

1、带钢速度设定方法

所述的带钢速度设定方法的控制结构为加速度控制内环-速度控制外环的双闭环控制结构，具体为：

首先定义总体变量：线速度设定值Vset、加速度设定值Aset、光滑系数设定值Rset、PLC程序扫描周期Tcyc、线速度设定计算值VL；

带钢速度设定方法的控制结构总输入为Vset，总输出为VL；

(1)加速度控制环

由加速度控制器A-Controller、光滑限幅环节R-Limiter、积分环节q1组成；加速度控制器A-Controller设计为一比例环节，比例系数为Kp，其输出为Ry；光滑限幅环节R-Limiter的输出为RL；积分环节q1的输出为AL，积分时间设定为1s，计算公式如下：

上述式中：n、n-1表示PLC扫描第n、n-1个周期。

(2)：速度控制环

由速度控制器V-Controller、加速度限幅环节A-Limiter、加速度控制环和积分环节q2组成；速度控制器V-Controller设计为一方根曲线环节，其输出为Ay；加速度限幅环节A-Limiter的输出为A1set；积分环节q2的输出为VL，积分时间设定为1s，计算公式如下：

2、带钢定位控制方法

带钢定位控制方法的定位控制环是带钢速度设定方法控制结构的功能延伸，在带钢速度设定的基础上，增加制动距离计算和定位完成时刻判断功能而成；计算过程具体为：

首先定义总体变量：定位设定值Pos_set、定位实际值Pos_act、定位速度设定值Vpos、加速度设定Aset、光滑系数设定Rset、PLC程序扫描周期Tcyc；线速度设定计算值VL；

带钢定位控制方法的控制结构的总输入为Pos_set，总输出为VL；

(1)所述的制动距离计算具体为：

制动距离计算负责时时估算带钢制动距离RD，根据定位开始时机的不同，实际带钢制动距离RD包括速度加速段的制动距离s1、速度光滑下降段1的制动距离s2、速度固定斜率下降段的制动距离s3、速度光滑下降段2的制动距离s4的一种或几种的组合；

首先定义t1、t2、t3、t4分别为速度加速段、速度光滑下降段1、速度固定斜率下降段、速度光滑下降段2所需要的制动时间；定义n1＝t1/Tcyc、n2＝t2/Tcyc、n3＝t3/Tcyc、n4＝t4/Tcyc；定义ΔVL为速度设定计算值VL的变化率，即ΔVL＝VL(n)-VL(n-1)；定义Δ2VL速度设定计算值VL的变化率的变化率，即Δ2VL＝VL(n)-2×VL(n-1)+VL(n-2)；定义Vmax、Vx1、Vx2分别为带钢定位期间的最高速度、速度光滑下降段1的结束速度、速度光滑降段2的开始速度；

a)当定位开始于速度加速时，即ΔVL＞0，制动距离RD的计算如下：

当时，否则，

当Vx1＞Vx2时，否则，n3＝0 (13)

RD＝s1+s2+s3+s4 (17)

b)当定位开始于带钢恒速或速度光滑下降即速度光滑下降的结束速度不为0时，即ΔVL≤0&Δ2VL＜0，制动距离RD的计算如下：

Vmax＝VL (18)

当时，否则，

当Vx1＞Vx2时，否则，n3＝0 (22)

RD＝s2+s3+s4 (26)

c)当定位开始于速度固定斜率下降或速度光滑下降即速度光滑下降的结束速度为0时，即ΔVL≤0&Δ2VL≥0，制动距离RD的计算如下

Vmax＝VL (27)

当时，Vx1＝Vmax，否则，Vx1＝0，Vx2＝Vmax (28)

当Vx1＞Vx2时，否则，n3＝0 (29)

RD＝s3+s4 (33)；

(2)所述的定位完成时刻判断具体为：

根据定位设定值Pos_set、定位实际值Pos_act、制动距离RD时时判断定位完成时刻，给出线速度设定Vset，发送给带钢速度设定，最终计算出线速度设定计算值VL，计算公式如下：

ΔPos(n)＝Pos_set(n)-Pos_act(n)-RD(n-1) (34)

当ΔPos＞0时，Vset＝Vpos (28)，

否则，Vset＝0 (35)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的一种用于冷轧处理线带钢速度设定和带钢定位控制的方法，带钢速度设定方法设定值具有平滑功能，能有效避免带钢在加减速时由不同设备响应造成的张力突变，实现传动设备的协同稳定运行。

2、本发明的一种用于冷轧处理线带钢速度设定和带钢定位控制的方法，带钢定位控制方法通过估算带钢制动距离，实现带头尾、焊缝的准确定位。

附图说明

图1为本发明的一种用于冷轧处理线带钢速度设定和带钢定位控制的方法的带钢速度设定原理图；

图2为本发明的一种用于冷轧处理线带钢速度设定和带钢定位控制的方法的定位控制原理图；

图3为本发明的一种用于冷轧处理线带钢速度设定和带钢定位控制的方法的带钢定位曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。

一种用于冷轧处理线带钢速度设定和带钢定位控制的方法，带钢定位控制方法的控制结构为串级闭环控制结构，由内向外包括如下控制结构：

(1)加速度控制环、(2)速度控制环、(3)定位控制环；

由加速度控制环和速度控制环构成带钢速度设定方法的控制结构；在带钢速度设定方法的控制结构外层增加定位控制环构成带钢定位控制方法。

1、带钢速度设定方法

如图1所示，所述的带钢速度设定方法的控制结构为加速度控制内环-速度控制外环的双闭环控制结构，具体为：

首先定义总体变量：线速度设定值Vset、加速度设定值Aset、光滑系数设定值Rset、PLC程序扫描周期Tcyc、线速度设定计算值VL；

带钢速度设定方法的控制结构总输入为Vset，总输出为VL；

(1)加速度控制环

由加速度控制器A-Controller、光滑限幅环节R-Limiter、积分环节q1组成；加速度控制器A-Controller设计为一比例环节，比例系数为Kp，其输出为Ry；光滑限幅环节R-Limiter的输出为RL；积分环节q1的输出为AL，积分时间设定为1s，计算公式如下：

上述式中：n、n-1表示PLC扫描第n、n-1个周期。

(2)：速度控制环

由速度控制器V-Controller、加速度限幅环节A-Limiter、加速度控制环和积分环节q2组成；速度控制器V-Controller设计为一方根曲线环节，其输出为Ay；加速度限幅环节A-Limiter的输出为A1set；积分环节q2的输出为VL，积分时间设定为1s，计算公式如下：

2、带钢定位控制方法

如图2所示，带钢定位控制方法的定位控制环是带钢速度设定方法控制结构的功能延伸，在带钢速度设定的基础上，增加制动距离计算和定位完成时刻判断功能而成；计算过程具体为：

首先定义总体变量：定位设定值Pos_set、定位实际值Pos_act、定位速度设定值Vpos、加速度设定Aset、光滑系数设定Rset、PLC程序扫描周期Tcyc；线速度设定计算值VL；

带钢定位控制方法的控制结构的总输入为Pos_set，总输出为VL；

(1)所述的制动距离计算具体为：

制动距离计算负责时时估算带钢制动距离RD，如图3所示，根据定位开始时机的不同，实际带钢制动距离RD包括速度加速段的制动距离s1、速度光滑下降段1的制动距离s2、速度固定斜率下降段的制动距离s3、速度光滑下降段2的制动距离s4的一种或几种的组合；

首先定义t1、t2、t3、t4分别为速度加速段、速度光滑下降段1、速度固定斜率下降段、速度光滑下降段2所需要的制动时间；定义n1＝t1/Tcyc、n2＝t2/Tcyc、n3＝t3/Tcyc、n4＝t4/Tcyc；定义ΔVL为速度设定计算值VL的变化率，即ΔVL＝VL(n)-VL(n-1)；定义Δ2VL速度设定计算值VL的变化率的变化率，即Δ2VL＝VL(n)-2×VL(n-1)+VL(n-2)；定义Vmax、Vx1、Vx2分别为带钢定位期间的最高速度、速度光滑下降段1的结束速度、速度光滑降段2的开始速度；

a)当定位开始于速度加速时，即ΔVL＞0，制动距离RD的计算如下：

当时，否则，

当Vx1＞Vx2时，否则，n3＝0 (13)

RD＝s1+s2+s3+s4 (17)

b)当定位开始于带钢恒速或速度光滑下降即速度光滑下降的结束速度不为0时，即ΔVL≤0&Δ2VL＜0，制动距离RD的计算如下：

Vmax＝VL (18)

当时，否则，

当Vx1＞Vx2时，否则，n3＝0 (22)

RD＝s2+s3+s4 (26)

c)当定位开始于速度固定斜率下降或速度光滑下降即速度光滑下降的结束速度为0时，即ΔVL≤0&Δ2VL≥0，制动距离RD的计算如下

Vmax＝VL (27)

当时，Vx1＝Vmax，否则，Vx1＝0，Vx2＝Vmax (28)

当Vx1＞Vx2时，否则，n3＝0 (29)

RD＝s3+s4 (33)；

(2)所述的定位完成时刻判断具体为：

根据定位设定值Pos_set、定位实际值Pos_act、制动距离RD时时判断定位完成时刻，给出线速度设定Vset，发送给带钢速度设定，最终计算出线速度设定计算值VL，计算公式如下：

ΔPos(n)＝Pos_set(n)-Pos_act(n)-RD(n-1) (34)

当ΔPos＞0时，Vset＝Vpos (28)，

否则，Vset＝0 (35)。

在具体实施过程中进行如下的参数设置：

1、带钢速度设定：

输入：线速度设定Vset：30～700，单位：m/min；

加速度设定Aset：15～60，单位：m/min/s；

光滑系数设定Rset：2～4；

PLC程序扫描周期Tcyc：0.03～0.05，单位：s；

加速度控制器A-Controller：KP＝1；

输出：线速度设定计算值VL：单位：m/min。

2、带钢定位控制：

输入：定位设定值Pos_set和定位实际值Pos_act：单位：m；

定位速度设定值Vps：30～200，单位：m/min；

加速度设定Aset：15～60，单位：m/min/s；

光滑系数设定Rset：2～4；

PLC程序扫描周期Tcyc：0.03～0.05，单位：s；

输出：线速度设定计算值VL：单位：m/min。

以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。