一种控制带钢张力在加减速过程中稳定的方法与流程

1.本发明涉及冶金行业的处理线带钢张力控制技术领域，更具体地说，涉及一种控制带钢张力在加减速过程中稳定的方法。


背景技术：

2.在处理线的生产运行过程中，带钢从机组一处运行到另一处时，要求保持一定的稳定张力，以使带钢能够顺利地通过生产线。例如：带钢有了足够的稳定张力，在通过生产线时才不会跑偏。而具体张力值的大小则根据工艺段涉及的处理工艺不同而有所不同。
3.一般说来，张力控制分为两种：一种是通过转矩变量调节张力的张力控制，即通过控制电机的输出转矩来间接地控制负载的张力，此时，较大的输出转矩就意味着较大的带钢张力；另一种是通过速度变量调节张力的张力控制，即通过把附加速度强加于带钢经过的相邻两个传动点(组)中的一个，使之产生速度给定偏差。由于速度给定的不同，运行时相应传动点(组)的速度调节器就会按照各自给定的速度值进行调节，两个点间的带钢就会有互相拉拽的趋势，这样就产生了两点间的带钢张力。
4.在通过速度变量调节张力的张力控制过程中，张力调节器是控制的核心。现有处理线带钢的张力控制主要的检测点采用实际张力控制。张力的设定值与张力计的反馈值经过张力控制器运算处理后，得到补偿值来控制电机的转速差，达到控制带钢张力的目的。且张力控制器pi参数设置为常数，生产线在调试中选择中规格的带钢在中等速度下调整pi参数，让张力控制达到最优后即使用该pi参数。由于pi参数固定不变，当生产线在变规格及加减速时张力波动较大，会影响带钢产品的质量。
5.经检索，专利号为zl201410584265.0的申请案，公开了一种保证处理线上带钢张力稳定的张力辊控制方法；该申请案的步骤如下：1)plc接收处理线上运行带钢的屈服强度和厚度参数；2)根据前述参数设定plc的张力辊力矩控制参数qn；3)当处理线上带钢恒速运行时，通过将调节系数a设定为最小值控制张力辊力矩控制器；当带钢处于加减速时，调大所有张力辊力矩控制器调节系数a；当处于加减速的带钢加速度超过加速度变化死区范围时，将所有张力辊力矩控制器调节系数a设为最大值。该申请案能够保证张力辊张力稳定、避免张力振荡对产品质量的影响。
6.专利号为zl 2017113184721的申请案，公开了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；该申请案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：加速度控制环，速度控制环，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；带钢速度设定方法的设定值具有平滑功能，能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。
7.但上述申请案在不同带钢规格及不同速度下的控制精度不高，在加/减速过程中的控制稳定性也有待增强。


技术实现要素：

8.1.发明要解决的技术问题
9.本发明充分考虑处理线的设备和生产工艺的情况，结合丰富的自动化专业知识和现场经验，提供了一种控制带钢张力在加减速过程中稳定的方法，以降低现有技术中带钢在加减速过程中张力波动较大的问题。
10.2.技术方案
11.为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
12.本发明的一种控制带钢张力在加减速过程中稳定的方法，通过安装在张紧辊或压辊上的压力传感器，把压力信号折算成带钢张力信号，通过张力控制器控制处理线上变频器的速差，来控制带钢张力；控制张力控制器的放大倍数k
p1
根据生产线的速度自适应跟随，同时根据带钢实际截面积自动增/减k
p1
系数，获得张力控制器随速度和带钢实际截面积自适应变化的k
p
值。
13.更进一步地，张力控制器的放大倍数确定公式如下：
14.k
p1
＝((y
1up-y
1li
)/(n
max-n
min
))
×
(n
act-n
min
)+y
1li
15.式中，k
p1
：速度自适应放大倍数；
16.n
act
：速度实际值；
17.n
max
：速度最大限幅值；
18.n
min
：速度最小限幅值；
19.y
1up
：速度最大限值时的输出值；
20.y
1li
：速度最小限值时的输出值。
21.更进一步地，速度实际值n
act
取值在速度最大限幅值n
max
和速度最小限幅值n
min
之间，速度实际值n
act
＞速度最大限幅值n
max
时，速度实际值n
act
按照速度最大值限幅计算，当速度实际值n
act
＜n
min
时，速度实际值n
act
按速度最小值限幅计算。
22.更进一步地，带钢截面积自适应放大倍数k
r1
确定公式如下：
23.k
r1
＝((y
2up-y
2li
)/(s
max-s
min
))
×
(s
act-s
min
)+y
2li
24.式中，s
act
：截面积实际值；
25.s
max
：截面积最大限幅值；
26.s
min
：截面积最小限幅值；
27.y
2up
：截面积最大限值时的输出值；
28.y
2li
：截面积最小限值时的输出值；
29.所述的k
p
值为张力控制器放大倍数k
p1
与带钢截面积自适应放大倍数k
r1
的乘积。
30.更进一步地，第一次张力控制器调试时选择中间规格厚度和宽度的带钢，低速时把张力控制器调成最优状态的放大倍数值赋给y
1li
，高速时把张力控制器调成最优状态的放大倍数值赋给y
1up
；并记录中等速度放大倍数的值k
p80
；然后把带钢厚度和宽度降低，接近最小厚度和宽度，在中等速度下把张力控制器调成最优状态的放大倍数与k
p80
相除后的值赋给y
2up
，然后再次改变带钢厚度和宽度，接近最大厚度和宽度，也在中等速度下把张力控制器调成最优状态的放大倍数与k
p80
相除后的值赋给y
2li
，得出y
1up
、y
1li
、y
2up
、y
2li
数据。
31.3.有益效果
32.采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
33.本发明的一种控制带钢张力在加减速过程中稳定的方法，设置张力控制器的放大倍数k
p1
根据生产线的速度自适应跟随，同时根据带钢实际截面积自动增/减k
p1
系数，提高了带钢在加/减速过程中的稳定性和控制精度，能够运用到冷轧连退线，还可以推广应用到镀锌线、冷热轧平整线等工程项目。经过一段时间生产运行验证，张力控制器加/减速过程中输出稳定可靠，控制精度超过工艺设计的指标，完全满足生产控制要求，提高了冷轧处理线的控制水平和解决问题的能力。
附图说明
34.图1为本发明中带钢张力控制的示意图。
35.图1中tn_up和tn_lo控制器i分量限幅是必要的。实际生产中带钢可能会有打滑现象，这样会造成实际张力小于设定张力值。i分量没有限幅会让控制器达到最大值使之失去调节能力，同时使打滑的设备和线上的设备速差加大，当设备恢复正常时，大速差对带钢的冲击较大，增加断带的可能性。有了限幅速差控制在正常的范围，既不会影响生产也不会有断带危险。
具体实施方式
36.为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
37.实施例1
38.结合图1，本实施例的一种控制带钢张力在加减速过程中稳定的方法，基于通用plc及压力传感器开发，通过安装在张紧辊或压辊上的压力传感器，把压力信号折算成带钢张力信号，通过张力控制器控制线上变频器的速差控制带钢张力，在冷轧处理线工程项目取得预期的效果。
39.本实施例中处理线plc采用s7-400的cpu控制，张力反馈信号通过profibus接口接入plc系统。
40.现场调试首先把压力传感器折算成张力信号并标定。然后控制带钢低速运行，调节张力控制器的pi参数，使张力平稳后记录pi数据，再逐步提高带钢速度再次调节pi参数使张力控制最优，最终确认i数值。p值根据调试的效果采用低速(30米/分)和高速(120米/分)来确定y
1li
和y
1up
的数值。变规格后也是根据张力控制的效果确认y
2li
及y
2up
数值。
41.现场调试张力控制器使带钢张力稳定。成功解决不同速度和规格下，带钢在加/减速过程中张力控制的稳定和精度。
42.值得说明的是，本实施例中张力控制器的放大倍数根据生产线的速度自适应跟随。张力控制器放大倍数值越大响应越高，相应的控制精度也提高。但处理线生产过程中带钢低速时值过大会不稳定，高速时值小响应慢，精度也低。为了保证稳定的同时又要提高控制精度，本实施例采用放大倍数跟随产线速度自适应功能。既保证张力的稳定又提高控制精度。
43.k
p1
＝((y
1up-y
1li
)/(n
max-n
min
))
×
(n
act-n
min
)+y
1li
44.k
p1
：速度自适应放大倍数
45.n
act
：速度实际值
46.n
max
：速度最大限幅值
47.n
min
：速度最小限幅值
48.y
1up
：速度最大限值时的输出值
49.y
1li
：速度最小限值时的输出值
50.n
act
速度实际值在n
max
～n
min
区间，n
act
＞n
max
时，n
act
按照最大值限幅计算，当n
act
＜n
min
时，n
act
按最小值限幅计算。生产线设计的带钢速度是160米/分时。n
min
取30米/分，n
max
取120米/分。确保控制系统的稳定性。
51.带钢的截面积越大，相同长度的带钢越重，带钢作用在张紧辊上的损耗也增加，带钢在加/减速时的稳定性就越差，在相同速度情况下比截面积小的带钢放大倍数就要降低。为了保证张力控制器的稳定性和控制精度，既要考虑速度因数，也要考虑带钢的截面积因数。
52.s
act
＝w
act
×
th
act
53.s
act
：带钢实际截面积
54.w
act
：带钢宽度
55.th
act
：带钢厚度
56.k
r1
＝((y
2up-y
2li
)/(s
max-s
min
))
×
(s
act-s
min
)+y
2li
57.k
r1
：带钢截面积自适应放大倍数
58.s
act
：截面积实际值
59.s
max
：截面积最大限幅值
60.s
min
：截面积最小限幅值
61.y
2up
：截面积最大限值时的输出值
62.y
2li
：截面积最小限值时的输出值
63.产线带钢的生产厚度和宽度的规格变化较大，厚度在0.3mm～2.5mm、宽度在710mm～1600mm之间。第一次张力控制器调试时应选择带钢厚度和宽度靠近中间规格，低速时把张力控制器调成最优状态的放大倍数值赋给y
1li
，高速时最优的放大倍数值赋给y
1up
。并记录好中等速度放大倍数的值k
p80
。然后把带钢厚度和宽度降低，接近最小厚度和宽度，在中等速度下把调好的放大倍数与k
p80
相除后的值赋给y
2up
。然后再次改变带钢厚度和宽度，接近最大厚度和宽度，也在中等速度下把调好的放大倍数与k
p80
相除后的值赋给y
2li
。依据调试结果得出y
1up
、y
1li
、y
2up
、y
2li
数据。
64.kp值是随速度和带钢截面积自适应变化的量。同时满足了不同带钢规格及速度下的控制精度和稳定性。尤其加/减速过程中控制效果特别明显，控制精度可以提高一倍以上。
65.本实施例的一种控制带钢张力在加减速过程中稳定的方法，提高了带钢在加/减速过程中的稳定性和控制精度，可运用到冷轧连退线，也可以推广应用到镀锌线、冷热轧平整线等工程项目。经过一段时间生产运行，张力控制器加/减速过程中输出稳定可靠，完全满足生产控制要求。
66.以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。