一种微张力控制系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种微张力控制系统和方法。在热连轧过程中，当轧件进入当前机架并咬入稳定时，保持当前机架为速度控制，将其上游各机架主电机的速度控制转为恒转矩控制，以此采样当前机架主电机转矩和轧制力来计算轧制力臂初始长度，提高了张力测量计算的精度。在各个机架上设置测压头装置直接检测轧制力。考虑了轧制力臂长度受轧制力的大小而变化。通过张力计算模型，实时得到机架间张力，构成微张力闭环控制来调整机架速度，以纠正机架间张力偏差。对于串列式万能轧机，以E机架速度为基准，E机架轧制速度保持不变而调节其他各机架速度设定值，在调节过程中对E机架前后张力之差的动态瞬时值进行实时控制，以保证串列式万能轧制的微张力轧制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种型钢热轧制过程中控制轧件尺寸精度的系统和方法，尤其涉及一种高速钢轨生产串列式万能轧制过程中微张力控制系统和方法。
技术介绍
当金属制品在轧机的各机架之间连轧并且预设速度不理想时，啮合在多个连续运转的机架之中的轧件会出现张应力。如果下游机架牵引上游机架，则机架间的轧件会被拉伸，如果上游机架通过轧件推挤下游机架，则机架间的轧件受到压缩。轧件上游机架的速度与相邻的下一个机架的速度之差不匹配时会引起应力。当上游机架的出口速度与相邻的下一个机架的入口速度不平衡时，机架间的金属应力出现改变，使得相邻两个机架的转矩/速度变化而趋向一新的平衡点，在该平衡点上，上游机架的出口速度与相邻的下一个机架的入口速度相同。这种改变会使轧件厚度改变，并影响到机架轧制。轧制会出现自我稳定化的现象，然而这种现象会损害金属制品的尺寸和轮廓。目前国内主要采用串列式万能轧机(包括依次设置的UR机架粗轧、E机架轧边和UF机架精轧)生产高速钢轨、H型钢、钢板桩等型材，该万能轧机控制的关键技术是TCS工艺控制(TCS工艺控制的核心就是万能轧机液压辊缝控制(简称HGC)和轧件自动厚度控制(简称AGC))和MTC微张力控制。其中“高速钢轨”是指高速铁路列车钢轨，50Kg/m-75Kg/m铁标和欧标、美标钢轨。由于高速钢轨的尺寸精度要求高，现有的串列式万能轧机在实际使用中存在如下问题:I)由于钢轨头尾张力波动较大，钢轨头尾尺寸偏差太大，造成头尾较长，例如某生产厂生产的高速钢轨头尾尺寸超差段为3?7米；2)微张力控制环节不稳定，易出现机架振荡现象，特别是万能轧制E机架的振荡。钢轨生产的实际经验表明，万能轧机轧制钢轨时钢轨尺寸与张力、TCS(Technological control system,工艺控制系统)的关系如下:I)由于机架间张力大且不稳定，TCS工艺控制系统动态AGC不稳定，钢轨的温度、厚度等偏差带来的钢轨尺寸变化较难消除，这就使得某些生产厂在高速钢轨轧制时投入静态AGC功能。2)张力的稳定性会影响到钢轨通长尺寸的精度。受张力影响，钢轨的两个端头与中间部位尺寸相比，轨高尺寸偏大，底宽尺寸偏小。钢轨尺寸的波动大小与张力的稳定性有关。张力稳定性的指标主要有两个:咬钢时张力的波动大小，即波峰和波谷的最大差值，差值越小，张力波动越小，尺寸越稳定；轧钢时张力的波动情况，体现为张力的均方差值，均方差值越小，张力越稳定，尺寸波动越小。一般情况下，张力最大与最小值间的差值不超过6而且均方差值在0.1?0.2之间时，钢轨尺寸波动较小，一般为0.5mm左右。3)从咬钢速度提升至轧制速度时，张力也会产生波动，导致钢轨尺寸波动。而且速度差越大，张力波动越大，尺寸波动越大。若提高咬钢速度，降低轧钢速度，减小速度差，可提高张力的稳定性。一般情况下，咬钢速度可以提高到2.5m/s，轧制速度降低到3m/s，其钢轨尺寸波动的长度约为3m左右，即从端头开始，轨高逐渐减小，到3m后轨高开始稳定。实测结果显示:如果咬钢速度为1.5m/s，而轧制速度为5m/s，则钢轨尺寸波动的长度为7m左右，即在7m左右轨高才开始稳定，尺寸波动大小为0.7?0.8mm左右，所以长度越长尺寸差值越大。若为了减小张力波动，降低轧制速度，将影响产量。4)轧制时,张力的稳定性与轧制力的抖动相关,轧制力越稳定,张力也越稳定。上述情况反映出我国现有控制技术(串列式万能轧机TCS工艺控制和MTC微张力控制)对轧件尺寸的控制存在问题，其原因是每一个道次轧制过程中没有对张力进行实时调整，没有构成张力闭环控制，造成张力变化太大。目前我国高速钢轨轧制，现有串列式万能轧机MTC微张力控制不是实时张力控制闭环调节，在每一个道次的IOOm钢轨轧制过程中，没有对张力进行实时调整。随着我国高速铁路迅速发展，对高速钢轨品质要求不断提高，而目前我国现有串列式万能轧机MTC微张力控制技术，对高速钢轨尺寸有影响，存在不足之处。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种从各方面提高串列式万能轧机的各机架间张力测量的精度从而使除E机架之外各机架的速度调节更准确的微张力控制系统和方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案:—方面，提供一种微张力控制系统，该微张力控制系统包括分别设置在E机架上游机架、E机架和E机架下游机架上的控制单元，这些控制单元在管理单元的控制和管理下协作互通，管理单元在轧件进入一个机架并咬入稳定时将其上游各机架转换为恒转矩控制状态，所进入的机架保持为速度控制状态，需要的数据采集完成后将其上游各机架恢复为速度控制状态，控制单元分别包括对应的检测计算模块和对应的主传动调速模块。其中，E机架上游机架、E机架以及E机架下游机架上的检测计算模块用于在轧件进入本机架并且上游各机架变为恒转矩控制状态时利用采集的数据计算本机架的轧辊力臂初始长度，E机架上游机架或E机架上的检测计算模块以及E机架下游机架上的检测计算模块还用于在每次张力闭环控制循环中检测计算本机架的实际张力值，并根据检测计算结果与张力目标设定值之间的偏差向主传动调速模块输出信号；E机架上游机架上的主传动调速模块用于根据E机架或本机架上的检测计算模块的信号调整本机架的轧制速度设定值，E机架下游机架上的主传动调速模块用于根据本机架上的检测计算模块的信号调整本机架的轧制速度设定值。对于上述的微张力控制系统，E机架上游机架或E机架上的检测计算模块以及E机架下游机架上的检测计算模块分别包括对应的张力PI调节器，张力PI调节器根据实际张力值与对应的张力目标设定值之差向主传动调速模块输出信号。对于上述的微张力控制系统，各个机架上分别设有轧制力检测装置，轧制力检测装置将检测到的轧制力数值发送给本机架的控制单元中的张力检测计算模块。对于上述的微张力控制系统，轧制力检测装置为安装在上轧辊的液压油缸与轴承座之间的一对测压头。对于上述的微张力控制系统，E机架上游机架上的检测计算模块包括前张力计算模块，轧件进入当前机架并咬入稳定时，当前机架上游各机架变为恒转矩控制状态，前张力计算模块接收本机架的轧制力、主电机转矩并根据本机架初始力臂长度来计算此时的前张力值。对于上述的微张力控制系统，通过下式构建主传动调速模块(22a、22b和22c)的特性和能够实现的最小张力控制值:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微张力控制系统，包括分别设置在E机架上游机架、E机架和E机架下游机架上的控制单元（2a、2b和2c），这些控制单元（2a、2b和2c）在管理单元（3）的控制和管理下协作互通，管理单元（3）在轧件进入一个机架并咬入稳定时将其上游各机架转换为恒转矩控制状态，所进入的机架保持为速度控制状态，需要的数据采集完成后将其上游各机架恢复为速度控制状态，控制单元（2a、2b和2c）分别包括对应的检测计算模块（21a、21b和21c）和对应的主传动调速模块（22a、22b和22c），其中，E机架上游机架、E机架以及E机架下游机架上的检测计算模块（21a、21b和21c）用于在轧件进入本机架并且上游各机架变为恒转矩控制状态时利用采集的数据计算本机架的轧辊力臂初始长度，E机架上游机架或E机架上的检测计算模块（21a或21b）以及E机架下游机架上的检测计算模块（21c）还用于在每次张力闭环控制循环中检测计算本机架的实际张力值，并根据检测计算结果与张力目标设定值之间的偏差向主传动调速模块输出信号；E机架上游机架上的主传动调速模块（22a）用于根据E机架或本机架上的检测计算模块（21b或21a）的信号调整本机架的轧制速度设定值，E机架下游机架上的主传动调速模块（22c）用于根据本机架上的检测计算模块（21c）的信号调整本机架的轧制速度设定值。...

【技术特征摘要】
1.一种微张力控制系统，包括分别设置在E机架上游机架、E机架和E机架下游机架上的控制单元(2a、2b和2c)，这些控制单元(2a、2b和2c)在管理单元(3)的控制和管理下协作互通，管理单元(3)在轧件进入一个机架并咬入稳定时将其上游各机架转换为恒转矩控制状态，所进入的机架保持为速度控制状态，需要的数据采集完成后将其上游各机架恢复为速度控制状态，控制单元(2a、2b和2c)分别包括对应的检测计算模块(21a、21b和21c)和对应的主传动调速模块(22a、22b和22c)，其中，E机架上游机架、E机架以及E机架下游机架上的检测计算模块(21a、21b和21c)用于在轧件进入本机架并且上游各机架变为恒转矩控制状态时利用采集的数据计算本机架的轧辊力臂初始长度，E机架上游机架或E机架上的检测计算模块(21a或21b)以及E机架下游机架上的检测计算模块(21c)还用于在每次张力闭环控制循环中检测计算本机架的实际张力值，并根据检测计算结果与张力目标设定值之间的偏差向主传动调速模块输出信号；E机架上游机架上的主传动调速模块(22a)用于根据E机架或本机架上的检测计算模块(21b或21a)的信号调整本机架的轧制速度设定值，E机架下游机架上的主传动调速模块(22c)用于根据本机架上的检测计算模块(21c)的信号调整本机架的轧制速度设定值。2.如权利要求1所述的微张力控制系统，其特征在于，E机架上游机架或E机架上的检测计算模块(21a或21b)以及E机架下游机架上的检测计算模块(21c)分别包括对应的张力PI调节器(211a或211b以及211c)，张力PI调节器(211a或211b和211c)根据实际张力值与对应的张力目标设定值之差向主传动调速模块(22a和22c)输出信号。3.如权利要求1所述的微张力控制系统，其特征在于，各个机架上分别设有轧制力检测装置，轧制力检测装置将检测到的轧制力数值发送给本机架的控制单元(2a、2b或2c)中的张力检测计算模块(21a、21b或21c)。4.如权利要求3所述的微张力控制系统，`其特征在于，轧制力检测装置为安装在上轧辊(I)的液压油缸(12 )与轴承座(11)之间的一对测压头(4 )。5.如权利要求1或3所述的微张力控制系统，其特征在于，E机架上游机架上的检测计算模块(21a)包括前张力计算模块(212)，轧件进入当前机架并咬入稳定时，当前机架上游各机架变为恒转矩控制状态，前张力计算模块(212)接收本机架的轧制力、主电机转矩并根据本机架初始力臂长度来计算此时的前张力值。6.如权利要求1所述的微张力控制系统，其特征在于，通过下式构建主传动调速模块(22a、22b和22c)的特性和能够实现的最小张力控制值:? _ AN*MeΔΝ---稳态调速精度，单位％ ;定义:转速给定值η*与转速实际值η之差,基于与额定转速的百分比；Se-调速静差率，单位％ ;定义:在设定速度下，负载转矩变化由空载到额定负载转矩时，空载转速Iitl与额定负载转矩下的转速η之差，基于与额定转速的百分比；Mt张力力矩，单位N.m, MT=T*R，T为张力目标设定值、R为轧辊半径；Me---主电机额定转矩，单位N.m。7.一种微张力控制方法，其特征在于，包括如下步骤:轧件依次经过各机架连轧的过程中，进入当前机架并咬入稳定时，通过使上游各机架处于恒转矩控制状态得到当前机架的轧辊力臂初始长度，直到轧件进入最后一个机架并且也得到了最后一个机架的轧辊力臂初始长度时，系统投入张力闭环控制，每次闭环控...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辉，
申请(专利权)人：中冶东方工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：