專利名稱：基于時(shí)間優(yōu)化的可逆熱軋機(jī)速度自動(dòng)控制設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可逆熱軋機(jī)的速度控制領(lǐng)域，特別是涉及一種單機(jī)架可逆熱軋機(jī)在較短時(shí)間完成軋制加熱后的高溫軋件的速度的自動(dòng)控制方法。
背景技術(shù)：
可逆熱軋機(jī)的生產(chǎn)過程如下軋件由上料跨的推出機(jī)從加熱爐中移出，放在出爐輥道上，在軋件輸送輥道上設(shè)置高壓水除鱗裝置，經(jīng)過除鱗后的軋件由輥道運(yùn)輸?shù)剿妮伩赡孳垯C(jī)進(jìn)行軋制。軋機(jī)前后設(shè)有對(duì)中軋件的推床和可以將軋件回轉(zhuǎn)90°實(shí)現(xiàn)展寬軋制的錐形輥道，軋件在軋機(jī)上進(jìn)行可逆多道次軋制軋到要求的成品寬度和厚度。在軋制入口側(cè)上配有高壓水二次除鱗噴嘴，根據(jù)軋件表面氧化鐵皮情況，決定是否采用高壓水二次除鱗噴嘴。在熱軋中厚板軋機(jī)的生產(chǎn)過程中，以前操作工根據(jù)軋制規(guī)程手動(dòng)調(diào)節(jié)軋機(jī)輥縫值，當(dāng)軋機(jī)輥縫調(diào)整完后，將軋機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到進(jìn)軋件速度，再將軋機(jī)前輥道運(yùn)行起來，將軋件送到軋機(jī)輥縫中軋制，操作機(jī)組加速，當(dāng)軋機(jī)要離開軋機(jī)輥縫時(shí)，機(jī)組速度降低到某個(gè)低速， 等軋件拋出后，再降到零速，再進(jìn)行反向軋制，如此重復(fù)，直到經(jīng)過所需軋制道次。隨著控制技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)軋制逐步取代手動(dòng)軋制，減少操作工對(duì)機(jī)組的操作，優(yōu)點(diǎn)在于減少操作時(shí)間，提高操作精度，降低操作難度，減少操作失誤。自動(dòng)軋制主要包括兩個(gè)方面的功能，其一是軋機(jī)輥縫的自動(dòng)調(diào)節(jié)，即輥縫控制器在上道次結(jié)束后，根據(jù)過程計(jì)算機(jī)的道次設(shè)定值，經(jīng)輥縫調(diào)節(jié)到本道次設(shè)定值。另一方面，在輥道輸送軋件、軋件進(jìn)入軋機(jī)、 軋件離開軋機(jī)、軋件和軋機(jī)減速到零、反向軋制等過程中，自動(dòng)進(jìn)行速度控制。速度控制是軋機(jī)諸多控制中最重要的一個(gè)方面，優(yōu)化速度控制方案對(duì)提高軋制節(jié)奏、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、改善軋件形狀、提高厚度精度，提高生產(chǎn)率等具有重要的意義。目前速度控制方法軋機(jī)速度控制主要包括軋機(jī)道次改變時(shí)方向的變化，軋制過程中的速度給定，立輥和輥道的速度控制等。軋制過程中，當(dāng)壓下和推床自動(dòng)定位完成，軋件機(jī)到機(jī)前熱檢后，軋機(jī)以咬入速度等待軋件進(jìn)入，壓頭檢測(cè)到軋件咬入之后，軋機(jī)升速到軋制速度，通過熱金屬檢測(cè)器判斷軋件拋出減速點(diǎn)，在尾部降至軋件拋出速度，當(dāng)軋件拋出之后，軋機(jī)根據(jù)情況啟動(dòng)下一道次的軋制，當(dāng)軋制條件具備后，啟動(dòng)軋輥轉(zhuǎn)到相應(yīng)方向待軋速度，偶道次軋制速度方向與奇數(shù)道次相反。這種速度控制方式的缺點(diǎn)在于在軋制過程中升速、停止升速、開始減速和停止減速的時(shí)間點(diǎn)由操作工操作或靠熱金屬檢測(cè)器來決定，因此可能出現(xiàn)加速或減速過早或過晚等問題，因此會(huì)增加道次時(shí)間或者損害設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，提供一種自動(dòng)車L制過程中，使軋制時(shí)間較短的速度自動(dòng)控制設(shè)備及方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案本發(fā)明提供的基于時(shí)間優(yōu)化的速度自動(dòng)控制的設(shè)備，包括調(diào)節(jié)速度設(shè)備和通訊設(shè)備， 其中所述調(diào)節(jié)速度設(shè)備包括電信號(hào)依次連接的用于計(jì)算軋件長(zhǎng)度的計(jì)算裝置，用于下道次軋件長(zhǎng)度的估計(jì)裝置，根據(jù)軋件的初始數(shù)據(jù)選擇加速度的加速度裝置，用于計(jì)算當(dāng)前工作模式下的軋件運(yùn)行速度的速度計(jì)算裝置，用于接收軋件的初始數(shù)據(jù)的接收裝置，以及用于軋件的測(cè)量數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)處理及保存的功能裝置；所述通訊設(shè)備裝在上述各個(gè)功能裝置之間，該通訊設(shè)備完成上述各個(gè)裝置之間的信號(hào)通訊功能。所述的軋件長(zhǎng)度的計(jì)算裝置裝在軋機(jī)控制系統(tǒng)中，該裝置在軋件部分通過或完全通過軋機(jī)軋制時(shí)，根據(jù)軋機(jī)工作輥在每個(gè)掃描周期的速度和掃描時(shí)間，計(jì)算已經(jīng)軋制的軋件長(zhǎng)度。所述的下道次軋件長(zhǎng)度的估計(jì)裝置裝在軋機(jī)控制系統(tǒng)中，該裝置根據(jù)保存的上道次軋件長(zhǎng)度和軋機(jī)輥縫設(shè)定值的變化，估計(jì)下道次軋件被軋制到長(zhǎng)度。所述的加速度裝置裝在軋機(jī)控制系統(tǒng)中，該裝置由根據(jù)當(dāng)前軋件的厚度變化量、 當(dāng)前軋件溫度、軋件材質(zhì)和軋件寬度來選擇軋件對(duì)工作輥加速和減速的影響的加速度值。所述的軋制速度的計(jì)算裝置裝在軋機(jī)控制系統(tǒng)中，該裝置根據(jù)設(shè)定的軋機(jī)軋制初始速度、最高速度、軋件拋出速度、加速時(shí)的加速度、減速時(shí)的加速度等參數(shù)，計(jì)算每個(gè)時(shí)刻用于軋工作輥速度控制的速度設(shè)定值。本發(fā)明提供的基于時(shí)間優(yōu)化的可逆熱軋機(jī)速度自動(dòng)控制方法，其包括以下步驟 步驟1 預(yù)測(cè)本道次軋件在軋機(jī)軋制過程中，軋機(jī)運(yùn)行的長(zhǎng)度；
步驟2 根據(jù)軋制規(guī)程計(jì)算軋機(jī)加速和減速時(shí)的最大加速度；
步驟3 當(dāng)軋件進(jìn)入軋機(jī)后，每個(gè)采樣周期根據(jù)軋機(jī)實(shí)際速度計(jì)算本道次軋件已經(jīng)軋制長(zhǎng)度；
步驟4 當(dāng)軋件沒有進(jìn)入軋機(jī)時(shí)，軋機(jī)以加速度A加速到Vlk，其中加速度A為軋機(jī)空載時(shí)工作輥被傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)的最大加速度，Vlk為軋機(jī)軋制的初始速度；當(dāng)軋件進(jìn)入軋機(jī)后， 用步驟1中預(yù)測(cè)長(zhǎng)度減去步驟3中本道次軋件已經(jīng)軋制長(zhǎng)度，來計(jì)算剩余長(zhǎng)度，再計(jì)算從當(dāng)前速度減速到軋件拋出速度的減速距離，當(dāng)剩余長(zhǎng)度大于減速所需距離時(shí)，軋輥以最大加速度加速到最大軋制速度，當(dāng)剩余長(zhǎng)度小于減速所需距離時(shí)，以最大加速度減速到軋件拋出速度，直到軋完軋件；將步驟4計(jì)算出的軋制速度送到軋機(jī)傳動(dòng)裝置，控制軋機(jī)電機(jī)以該速度運(yùn)行，使得軋制軋件的時(shí)間較短；
步驟5 采集并保存本道次軋制過程中的數(shù)據(jù)，用于下道次計(jì)算時(shí)使用； 依次循環(huán)上述步驟，直到軋完所有道次軋件。所述步驟1具體是
步驟(1):首先判斷當(dāng)前道次是否是第一道次，如果是第一道次，將過程機(jī)提供的軋件長(zhǎng)度作為初始長(zhǎng)度，如果不是第一道次，那么將軋機(jī)在上次軋制時(shí)，在步驟3計(jì)算的軋件長(zhǎng)度作為初始長(zhǎng)度；
步驟(2)根據(jù)過程機(jī)軋制規(guī)程中上次軋制厚度設(shè)定和本道次軋制厚度設(shè)定值，以及軋件在軋制過程中體積不變，則按照下述公式計(jì)算出本道次軋件軋完后的長(zhǎng)度Lk，
V=Lh*W H*H H=WHk,
式中V為軋件的體積，Lk^1為軋件在k-Ι道次軋完后的軋件長(zhǎng)度，Wk^1為k-Ι道次軋完后的軋件寬度，H 為k-Ι道次軋完后的軋件厚度，Lk為軋件在k道次軋完后的長(zhǎng)度，Wk為在k道次軋完后的寬度，Hk為在k道次軋完后的厚度。所述步驟2具體是
步驟(1):根據(jù)軋機(jī)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和軋機(jī)整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，計(jì)算出軋機(jī)空載時(shí)工作輥被傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)的最大加速度A ；
步驟(2):根據(jù)軋機(jī)在咬入軋件后的軋件厚度、溫度、材質(zhì)不同所導(dǎo)致的不同軋制阻力， 計(jì)算預(yù)估的本道次的加速度減少量Al和制動(dòng)加速度的增加量A2 ；
步驟(3):按照下述公式計(jì)算出在軋制過程中運(yùn)行的加速時(shí)的最大加速度I，和制動(dòng)時(shí)的最大負(fù)加速度Ad，
所述公式為Ar=A-Ak，Ad=A+Ak。所述步驟3具體是
步驟(1)將軋輥轉(zhuǎn)速檢測(cè)編碼器的檢測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)檐堓伨€速度值； 步驟(2):從軋件進(jìn)入軋機(jī)開始，先計(jì)算V*dt，式中V是軋輥線速度，dt是采樣時(shí)間 ’然后計(jì)算出長(zhǎng)度Lz=S (V^dt)；
步驟(3)直到軋件離開軋機(jī)結(jié)束，保存計(jì)算出的長(zhǎng)度Lz。所述步驟4具體是
步驟(1)當(dāng)軋件沒有進(jìn)入軋機(jī)時(shí)，軋機(jī)以加速度A加速到Vlk ； 步驟(2):當(dāng)軋機(jī)進(jìn)入軋機(jī)后，根據(jù)S= (V。2-Vd2)/ (2Ad)計(jì)算從當(dāng)前速度制動(dòng)到軋件拋出速度的距離，式中S為軋件拋出速度的減速距離，V。為工作輥當(dāng)前速度，Vd為軋件被拋出離開工作輥速度，Ad為軋機(jī)減速時(shí)的最大加速度；
步驟(3)當(dāng)L2-L大于S的時(shí)候，那么軋機(jī)加速，Vc=Vc (前一掃描周期)+Ar*dt ；當(dāng)V。大于Vx 時(shí)，Vc=Vx ；式中L2-L為本道次還沒有軋制的軋件長(zhǎng)度，Ar為軋機(jī)加速時(shí)的最大加速度，Vx 為設(shè)定的軋制時(shí)的最大速度；
步驟(4)當(dāng)L2-L小于S的時(shí)候，那么軋機(jī)必須減速，Vc= Vc (前一掃描周期)_Ad*dt ；當(dāng)Vc小于Vd時(shí)，Vc=Vd,式中Vd為軋件被拋出離開工作輥速度。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的主要有益效果 其一，能夠在較短時(shí)間內(nèi)安全地完成軋制軋件。采用過程機(jī)設(shè)定的軋件咬入速度、最大軋制速度、軋件拋出速度、軋件長(zhǎng)度、軋件寬度、軋件厚度、各道次輥縫設(shè)定值以及軋機(jī)能提供的最大正加速度和最大負(fù)加速度等參數(shù)，來計(jì)算軋制速度的控制值。達(dá)到在較短時(shí)間內(nèi)安全地完成軋制軋件的目的?？朔巳斯げ倏貢r(shí)憑經(jīng)驗(yàn)來調(diào)節(jié)軋機(jī)速度的隨意性。也克服了通過熱金屬檢測(cè)信號(hào)來減速，在時(shí)間上不夠優(yōu)化。其二，軋制過程根據(jù)初始數(shù)據(jù)、目標(biāo)數(shù)據(jù)以及軋制規(guī)程的限制，自動(dòng)計(jì)算軋制過程中的工作輥速度，并控制工作輥的加速、減速，完全不需要人工干預(yù)或操作來控制軋機(jī)工作輥的速度，使軋制過程中的速度控制是可以預(yù)測(cè)的，在相同限制條件下是可重復(fù)的。其三，因?yàn)檐垯C(jī)工作輥速度可以預(yù)測(cè)，有利于提高軋機(jī)厚度控制的精度?？朔斯げ僮鬈堉茣r(shí)，速度過低，厚度控制誤差加大的問題。


圖1為本發(fā)明單機(jī)架四輥軋機(jī)軋制的速度控制設(shè)備簡(jiǎn)圖。
圖2為本發(fā)明自動(dòng)速度控制方法示意圖。圖3為本發(fā)明控制算法流程圖。圖1中1.上支撐輥；2.上工作輥；3.下工作輥；4.下支撐輥；5.軋機(jī)前熱金屬檢測(cè)器；6.軋機(jī)后熱金屬檢測(cè)器；7.軋件；8.壓力檢測(cè)元件；9.速度檢測(cè)裝置； 10.位置檢測(cè)裝置；11.軋件長(zhǎng)度計(jì)算裝置；12.下道次軋件長(zhǎng)度估計(jì)裝置；13.選擇加速度裝置；14.速度計(jì)算裝置；15.初始數(shù)據(jù)接收裝置；16.測(cè)量數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)處理及保存裝置。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1.基于時(shí)間優(yōu)化的速度自動(dòng)控制的設(shè)備
該設(shè)備是針對(duì)單機(jī)架四輥軋機(jī)的速度自動(dòng)控制而提出的。該設(shè)備安裝在單機(jī)架四輥軋機(jī)的控制系統(tǒng)上，包括調(diào)節(jié)速度設(shè)備和通訊設(shè)備。所述調(diào)節(jié)速度設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括電信號(hào)依次連接的軋件長(zhǎng)度計(jì)算裝置11、下道次軋件長(zhǎng)度估計(jì)裝置12、選擇加速度裝置13、速度計(jì)算裝置14、初始數(shù)據(jù)接收裝置15和測(cè)量數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)處理及保存裝置16，其中軋件長(zhǎng)度計(jì)算裝置11用于軋件7的長(zhǎng)度計(jì)算；下道次軋件長(zhǎng)度估計(jì)裝置12用于估計(jì)軋件7的長(zhǎng)度；選擇加速度裝置13是根據(jù)軋件7的初始數(shù)據(jù)選擇加速度；速度計(jì)算裝置14用于計(jì)算當(dāng)前工作模式下的軋件7的運(yùn)行速度；初始數(shù)據(jù)接收裝置15用于接收軋件7的初始數(shù)據(jù)；測(cè)量數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)處理及保存裝置16用于軋件7的測(cè)量數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)處理及保存。所述通訊設(shè)備裝在上述各個(gè)裝置之間，如圖1所示，該通訊設(shè)備包括電信號(hào)依次相連的計(jì)算軋件長(zhǎng)度的計(jì)算裝置11、下道次軋件長(zhǎng)度的估計(jì)裝置12、選擇加速度的加速度裝置13、軋件運(yùn)行速度的速度計(jì)算裝置14、軋件的初始數(shù)據(jù)的接收裝置15、軋件的測(cè)量數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)處理及保存的功能裝置16。其中
初始數(shù)據(jù)接收裝置15接收軋制初始數(shù)據(jù)，發(fā)送到軋件長(zhǎng)度計(jì)算裝置11、下道次軋件長(zhǎng)度估計(jì)裝置12和選擇加速度裝置13 ；
測(cè)量數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)處理及保存裝置16保存軋制時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)，發(fā)送到軋件長(zhǎng)度計(jì)算裝置11、下道次軋件長(zhǎng)度估計(jì)裝置12和選擇加速度裝置13 ；
軋件長(zhǎng)度計(jì)算裝置11接收測(cè)量數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)處理及保存裝置16的軋機(jī)速度測(cè)量的信號(hào)，計(jì)算出當(dāng)前軋制過的軋件長(zhǎng)度，不斷傳送到速度計(jì)算裝置14 ；
下道次軋件長(zhǎng)度估計(jì)裝置12接收測(cè)量數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)處理及保存裝置16在上道次軋制過的軋件長(zhǎng)度、和初始數(shù)據(jù)接收裝置15中軋制厚度變化量，計(jì)算下道次軋件被軋制后的估計(jì)長(zhǎng)度，送到速度計(jì)算裝置14 ；
選擇加速度裝置13接收初始數(shù)據(jù)接收裝置15和測(cè)量數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)處理及保存裝置 16的數(shù)據(jù)，選擇軋制時(shí)加速度值，送到速度計(jì)算裝置14 ；
速度計(jì)算裝置14接收初始數(shù)據(jù)接收裝置15的設(shè)定速度數(shù)據(jù)(包括Vlk、Vx, Vd)、接收軋件長(zhǎng)度計(jì)算裝置11的已經(jīng)軋制的軋件長(zhǎng)度、接收下道次軋件長(zhǎng)度估計(jì)裝置12的本道次待軋的軋件長(zhǎng)度、接收選擇加速度裝置13的當(dāng)前道次軋件對(duì)加、減速影響值數(shù)據(jù)，來計(jì)算當(dāng)前道次軋機(jī)工作輥速度的設(shè)定值Vc。
所述單機(jī)架四輥軋機(jī)為現(xiàn)有技術(shù)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，設(shè)有一個(gè)由上支撐輥1、上工作輥2、下工作輥3和下支撐輥4組成的輥系，其中上支撐輥1與上工作輥2相連，下工作輥3和下支撐輥4相連?？梢詠砘剀堉栖埣?，軋件7沿一個(gè)方向完整軋制一次稱為一個(gè)道次。所述上工作輥2與下工作輥3各有速度檢測(cè)裝置9，以檢測(cè)它們的轉(zhuǎn)速。所述上工作輥2和下工作輥3分別由各自的傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)，兩工作輥之間間隙能夠放置軋制的軋件7。 所述上支撐輥1、上工作輥2、下工作輥3和下支撐輥4各自有行程檢測(cè)裝置10。所述熱金屬檢測(cè)器包括分別安裝在軋機(jī)前后的軋機(jī)前熱金屬檢測(cè)器5和軋機(jī)后熱金屬檢測(cè)器6，它們用于檢查軋機(jī)前后有無軋件。所述軋制力測(cè)量部件采用壓力檢測(cè)元件8，其安裝在軋機(jī)下方，用于檢測(cè)軋件7進(jìn)入軋機(jī)后受到的軋制壓力。所述設(shè)備軋機(jī)前熱金屬檢測(cè)器5、軋機(jī)后熱金屬檢測(cè)器6和壓力檢測(cè)元件8 —同產(chǎn)生軋件開始軋制和軋制完成信號(hào)。本實(shí)施例提供的基于時(shí)間優(yōu)化的速度自動(dòng)控制的設(shè)備，其工作過程是在被控對(duì)象上安裝檢測(cè)裝置，在軋機(jī)工作時(shí)，記錄各個(gè)采樣時(shí)刻的過程數(shù)據(jù)，比如上工作輥2、下工作輥3的速度，上支撐輥1、上工作輥2、下工作輥3和下支撐輥4的位置檢測(cè)，從而計(jì)算軋機(jī)的輥縫實(shí)際值；壓力檢測(cè)元件8的軋制力值，和軋機(jī)前熱金屬檢測(cè)器5、后熱金屬檢測(cè)器6 等信號(hào)，產(chǎn)生軋制開始和軋制完成信號(hào)等。以上信號(hào)被本發(fā)明調(diào)節(jié)速度裝置接收和處理后， 最終輸出當(dāng)前時(shí)刻的速度設(shè)定值到軋機(jī)的工作輥2、下工作輥3的傳動(dòng)裝置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)單機(jī)架四輥軋機(jī)的速度自動(dòng)控制。實(shí)施例2.基于時(shí)間優(yōu)化的單機(jī)架可逆熱軋機(jī)的速度控制方法
參見圖1和圖2，在軋件被軋制前，軋件的長(zhǎng)度為L(zhǎng)0、寬度為W0、厚度為H0，軋件最終被軋到的長(zhǎng)度為L(zhǎng)ru寬度為Wru厚度為Hn。每個(gè)道次的輥縫設(shè)定值為Sk，第k道次的速度設(shè)定值分別為Vlk (軋件咬入速度)、V2k (最高軋制速度)和V3k (軋件拋出速度)，1 ^k^n.圖2中V1.軋件咬入速度；V2.最高軋制速度；V3.拋出軋件速度；Tl.自動(dòng)軋制開始；T2.加速到Vl ； T3.軋件咬入；T4.加速到V2 ；T5.開始減速；T6.減速到V3 ； T7.開始停止；T8.速度為0; tl到t8:反向軋制的時(shí)間點(diǎn)，類似Tl到T8。該速度控制方法包括以下步驟
1.預(yù)測(cè)本道次，軋件在軋機(jī)軋制過程中，軋機(jī)運(yùn)行的長(zhǎng)度。軋機(jī)運(yùn)行的長(zhǎng)度為當(dāng)軋機(jī)進(jìn)入軋機(jī)，控制器在每個(gè)采樣周期Ta，采集當(dāng)時(shí)軋機(jī)的轉(zhuǎn)速Nr，再根據(jù)軋輥的輥徑大小換算為線速度Nr，將每個(gè)采樣周期Vr*Ta的值累加，直到軋件離開軋機(jī)，這個(gè)累加值為軋機(jī)運(yùn)行的長(zhǎng)度。( 1)例如當(dāng)前道次為第k道次，首先判斷當(dāng)前道次是否是第一道次，如果是第一道次，將過程機(jī)提供的軋件長(zhǎng)度LO作為初始長(zhǎng)度，如果不是第一道次，那么將軋機(jī)在上次軋制時(shí)，在步驟C計(jì)算的軋件長(zhǎng)度作為初始長(zhǎng)度Lk_i。(2)根據(jù)過程機(jī)軋制規(guī)程中上次軋制厚度設(shè)定和本道次軋制厚度設(shè)定值，根據(jù)軋件在軋制過程中體積不變，那么V=Lk-^W k_^Lk*Wk*Hk，計(jì)算出本道次軋件軋完后的長(zhǎng)度 Lk- ( Lk^W η*Η η ) / (Wk*Hk )。式中V為體積，Lk^1為軋件在k-Ι道次軋完后的軋件長(zhǎng)度，Wk^1為k-Ι道次軋完后的軋件寬度，H 為k-Ι道次軋完后的軋件厚度，Lk為軋件在k道次軋完后的長(zhǎng)度，Wk為在 k道次軋完后的寬度，Hk為在k道次軋完后的厚度。2.根據(jù)軋制規(guī)程計(jì)算軋機(jī)加速時(shí)和減速時(shí)的最大加速度。
軋機(jī)在空載時(shí)，加速和減速時(shí)的最大加速度是相同的，但是在軋件咬入后，因?yàn)檐埣冃慰沽Φ脑颍管堓佋诩铀贂r(shí)最大加速度減小，在減速時(shí)最大加速度增大。(1)根據(jù)軋機(jī)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和軋機(jī)整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，計(jì)算出軋機(jī)空載時(shí)被傳動(dòng)輥的最大加速度A。A=M/J* π D
式中M表示軋機(jī)轉(zhuǎn)矩；J表示電機(jī)到軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；D表示工作輥直徑。(2)因?yàn)檐垯C(jī)在咬入軋件后，由于軋件厚度不同、溫度不同、材質(zhì)不同和寬度不同等因素導(dǎo)致軋件變形抗力矩Mk不同，因此要計(jì)算預(yù)估的本道次的加速度減少量Ak。Mk=f CdeltaHk, Tk, Qk, Wk)，用多段線來表示。式中deltaHk表示第k道次軋件厚度減少量；Tk表示第k道次軋件溫度；Qk表示軋件材質(zhì)系數(shù)；Wk表示軋件寬度。上述公式在計(jì)算Ak= Mk/J*JiD時(shí)使用，式中Mk表示軋件變形抗力矩；J表示電機(jī)到軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；D為工作輥直徑。(3)使用計(jì)算出在軋制過程中運(yùn)行的加速時(shí)的最大加速度A^A-Ak,和減速時(shí)的最大負(fù)加速度Ad =A+Ak。式中A為最大加速度，Ak為加速度減少量。3.當(dāng)軋件7進(jìn)入軋機(jī)后，每個(gè)采樣周期根據(jù)軋機(jī)實(shí)際速度計(jì)算軋件長(zhǎng)度。當(dāng)軋機(jī)的壓力檢測(cè)器檢測(cè)到軋制力大于一定數(shù)值時(shí)，表示軋件進(jìn)入軋機(jī)，當(dāng)小于一定數(shù)值時(shí)，表示軋件被拋出軋機(jī)。(1)將軋輥轉(zhuǎn)速檢測(cè)編碼器的檢測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)檐堓伨€速度值V。(2)從軋件進(jìn)入軋機(jī)開始，計(jì)算V*dt，式中V是軋輥線速度，dt是采樣時(shí)間。由此計(jì)算出長(zhǎng)度Lz=S (V^dt)0(3)直到軋件離開軋機(jī)結(jié)束，保存計(jì)算出長(zhǎng)度Lz=S (V^dt)04.軋制
當(dāng)軋件7沒有進(jìn)入軋機(jī)時(shí)，軋機(jī)以加速度A加速到Vlk。當(dāng)軋件進(jìn)入軋機(jī)后，用步驟1 中預(yù)測(cè)長(zhǎng)度Lk減去步驟3中本道次軋件已經(jīng)軋制長(zhǎng)度Lz，來計(jì)算剩余長(zhǎng)度Ls =Lk-Lz,再計(jì)算從當(dāng)前速度減速到軋件拋出速度的減速距離S，當(dāng)剩余長(zhǎng)度Ls大于制動(dòng)距離S時(shí)，軋輥以最大加速度K加速，到最大軋制速度V2k，當(dāng)剩余長(zhǎng)度小于制動(dòng)距離時(shí)，以最大制動(dòng)加速度Ad 減速到軋件拋出速度V3k，直到軋完軋件。具體軋制過程如下
(1)當(dāng)軋件沒有進(jìn)入軋機(jī)時(shí)，軋機(jī)以加速度A加速到Vlk。每個(gè)采樣周期中，軋機(jī)速度
Vc=Vc (前一掃描周期)+A氺dt。(2)當(dāng)軋件進(jìn)入軋機(jī)后，根據(jù)S= (V。2_Vd2) / (2Ad)計(jì)算從當(dāng)前速度制動(dòng)到軋件拋出速度的距離。(3)當(dāng)Ls大于S的時(shí)候，那么軋機(jī)可以加速，Vc= Vc (前一掃描周期)+Ar*dt。當(dāng)Vc大于 Vx 時(shí)，V。=VX。(4)當(dāng)Ls小于S的時(shí)候，那么軋機(jī)必須減速，Vc= Vc (前一掃描周期)_Ad*dt。當(dāng)Vc小于Vd 時(shí)，Vc=Vdo將每個(gè)采樣周期中計(jì)算出的軋制速度V。送到軋機(jī)傳動(dòng)裝置，控制軋機(jī)電機(jī)以該速度運(yùn)行。由于在加速和減速過程中都采用軋輥的最大加速度和最大速度來控制軋輥的速度，這樣使得軋制軋件的時(shí)間較短。
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5.采集數(shù)據(jù)
采集并保存本道次軋制過程中的數(shù)據(jù)，用于下道次計(jì)算時(shí)使用。上述步驟依次循環(huán)，直到軋完所有道次。6以實(shí)際數(shù)據(jù)舉例在軋件被軋制前，軋件的長(zhǎng)度為1800mm、寬度為1600mm、厚度為200mm，軋件最終被軋到的厚度為18000mm、寬度為2000mm、厚度為16mm。每個(gè)道次的輥縫設(shè)定值為 185mm、160mm、135mm、100mm、80mm、60mm、45mm、35mm、25mm、20mm、16mm,分 11 道
次軋制完成，前2道次橫軋，后9道次縱軋。每個(gè)道次的速度設(shè)定值分別為2. 5m/s (軋件咬入速度)、5m/s (最高軋制速度)和1.5m/s (軋件拋出速度)。比如在第9道次軋完后，軋件的尺寸為長(zhǎng)度115200mm、寬度2000mm、厚度25mm，第 10道次有載輥縫設(shè)定為20mm。步驟1，計(jì)算第10道次估計(jì)軋件軋完后的長(zhǎng)度Lltl= (L9*W9*H9)/ (W10^H10) = (115200*2000*25) / (2000*20) =144000mm。步驟2，比如該軋機(jī)空載最大加速度A為lm/s2，在第10道次時(shí)，根據(jù)厚度從25mm 減少到20mm，溫度為1050°C，材質(zhì)為Q235，寬度為2000mm，選擇加速度Ak為0. 2m/s2，那么 Ar=O. 8m/S2, Ad=L 2m/s2。步驟3，例如裝置的掃描時(shí)間按20ms計(jì)算，當(dāng)軋件在軋機(jī)速度為2. 5m/s2開始進(jìn)入軋機(jī)，并以0. 8m/s2開始加速，不斷計(jì)算軋件被軋制的長(zhǎng)度，從lm，2m，直到14.細(xì)。步驟4，在軋件進(jìn)入軋機(jī)之前，工作輥以lm/s2加速度從Om/s升速到2. 5m/s需要 2. 5s,軋件進(jìn)入軋機(jī)后，工作輥以0. 8m/s2加速度從2. 5m/s開始升速，這時(shí)軋件預(yù)測(cè)長(zhǎng)度 Lk=14.鈿，已軋長(zhǎng)度Lz=Om,因而剩余Ls=14.鈿。再計(jì)算減速距離S= (2. 52_1. 52)/ (2*1.2) =1. 667m。因此Ls大于S，工作輥需要繼續(xù)加速。經(jīng)過2. 24s后，工作輥速度升到V。= Vc (前— 掃描周其月)+Ar*dt = 2. 5 + 2. 24 * 0. 8 = 4. 292m/s。這時(shí)累計(jì)通過軋制的軋件長(zhǎng)度L = (2. 5*0. 02+2. 516*0. 02+...+4. 292*0. 02) =7. 67496m。所以 Ls=14. 4-7. 67496=6. 72504m。而此時(shí) S=(4. 2922_1. 52)/(2*l. 2)=6. 7383m。 Ls小于S 了，也就是說，從下一個(gè)掃描周期開始，必須減速了。當(dāng)下一個(gè)掃描周期時(shí)，Vc=Vc (前一掃描周期)_Ad*dt =4. 292-1. 2*0. 02=1. 508m/s。再經(jīng)過2. 32s后，Vc=4. 292-1. 2*2. 32=1. 508m/s。此時(shí)累計(jì)通過軋制的軋件長(zhǎng)度 L = 7. 67496 + (4. 292*0. 02+...+1. 508*0. 02)=14. 37m。所以 Ls=Lk-Lz= 14. 4-14. 37=0. 03m。 減速距離 S= (1. 5082-l. 52) / (2*1.2)= 0.01m。總共在2. 24s+2. 32s=4. 56s之后，軋件從軋機(jī)中以1. 5m/s的速度拋出。步驟5，將本道次軋機(jī)累計(jì)的軋件長(zhǎng)度14. 4m保存用于下一個(gè)道次使用。然后軋機(jī)工作輥以lm/s2的加速度從1. 5m/s開始減速到停止，需要1. k。然后，計(jì)算下一個(gè)道次的估計(jì)長(zhǎng)度L11= (L10*ff10*H10)/ (W11^H11) = (14. 4*2000*20) / (2000*16)= 18m。進(jìn)行下道次速度計(jì)算的循環(huán)，直到軋完所有道次。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于時(shí)間優(yōu)化的速度自動(dòng)控制的設(shè)備，其特征在于包括調(diào)節(jié)速度設(shè)備和通訊設(shè)備，其中所述調(diào)節(jié)速度設(shè)備包括電信號(hào)依次連接的用于計(jì)算軋件長(zhǎng)度的計(jì)算裝置，用于下道次軋件長(zhǎng)度的估計(jì)裝置，根據(jù)軋件的初始數(shù)據(jù)選擇加速度的加速度裝置，用于計(jì)算當(dāng)前工作模式下的軋件運(yùn)行速度的速度計(jì)算裝置，用于接收軋件的初始數(shù)據(jù)的接收裝置，以及用于軋件的測(cè)量數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)處理及保存的功能裝置；所述通訊設(shè)備裝在上述各個(gè)功能裝置之間，該通訊設(shè)備完成所述各個(gè)裝置之間的信號(hào)通訊功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的速度自動(dòng)控制的設(shè)備，其特征在于所述的軋件長(zhǎng)度的計(jì)算裝置裝在軋機(jī)控制系統(tǒng)中，該裝置在軋件部分通過或完全通過軋機(jī)軋制時(shí)，根據(jù)軋機(jī)工作輥在每個(gè)掃描周期的速度和掃描時(shí)間，計(jì)算已經(jīng)軋制的軋件長(zhǎng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的速度自動(dòng)控制的設(shè)備，其特征在于所述的下道次軋件長(zhǎng)度的估計(jì)裝置裝在軋機(jī)控制系統(tǒng)中，該裝置根據(jù)保存的上道次軋件長(zhǎng)度和軋機(jī)輥縫設(shè)定值的變化，估計(jì)下道次軋件被軋制到長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的速度自動(dòng)控制的設(shè)備，其特征在于所述的加速度裝置裝在軋機(jī)控制系統(tǒng)中，該裝置由根據(jù)當(dāng)前軋件的厚度變化量、當(dāng)前軋件溫度、軋件材質(zhì)和軋件寬度來選擇軋件對(duì)工作輥加速和減速的影響的加速度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的速度自動(dòng)控制的設(shè)備，其特征在于所述的軋制速度的計(jì)算裝置裝在軋機(jī)控制系統(tǒng)中，該裝置根據(jù)設(shè)定的軋機(jī)軋制初始速度、最高速度、軋件拋出速度、 加速時(shí)的加速度、減速時(shí)的加速度等參數(shù)，計(jì)算每個(gè)時(shí)刻用于軋工作輥速度控制的速度設(shè)定值。
6.一種基于時(shí)間優(yōu)化的可逆熱軋機(jī)速度自動(dòng)控制方法，其特征在于包括以下步驟步驟1 預(yù)測(cè)本道次軋件在軋機(jī)軋制過程中，軋機(jī)運(yùn)行的長(zhǎng)度；步驟2 根據(jù)軋制規(guī)程計(jì)算軋機(jī)加速和減速時(shí)的最大加速度；步驟3 當(dāng)軋件進(jìn)入軋機(jī)后，每個(gè)采樣周期根據(jù)軋機(jī)實(shí)際速度計(jì)算本道次軋件已經(jīng)軋制長(zhǎng)度；步驟4 當(dāng)軋件沒有進(jìn)入軋機(jī)時(shí)，軋機(jī)以加速度A加速到Vlk，其中加速度A為軋機(jī)空載時(shí)工作輥被傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)的最大加速度，Vlk為軋機(jī)軋制的初始速度；當(dāng)軋件進(jìn)入軋機(jī)后， 用步驟1中預(yù)測(cè)長(zhǎng)度減去步驟3中本道次軋件已經(jīng)軋制長(zhǎng)度，來計(jì)算剩余長(zhǎng)度，再計(jì)算從當(dāng)前速度減速到軋件拋出速度的減速距離，當(dāng)剩余長(zhǎng)度大于減速所需距離時(shí)，軋輥以最大加速度加速到最大軋制速度，當(dāng)剩余長(zhǎng)度小于減速所需距離時(shí)，以最大加速度減速到軋件拋出速度，直到軋完軋件；將步驟4計(jì)算出的軋制速度送到軋機(jī)傳動(dòng)裝置，控制軋機(jī)電機(jī)以該速度運(yùn)行，使得軋制軋件的時(shí)間較短；步驟5 采集并保存本道次軋制過程中的數(shù)據(jù)，用于下道次計(jì)算時(shí)使用；依次循環(huán)上述步驟，直到軋完所有道次軋件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可逆熱軋機(jī)速度自動(dòng)控制方法，其特征在于所述步驟1具體是步驟(1):首先判斷當(dāng)前道次是否是第一道次，如果是第一道次，將過程機(jī)提供的軋件長(zhǎng)度作為初始長(zhǎng)度，如果不是第一道次，那么將軋機(jī)在上次軋制時(shí)，在步驟3計(jì)算的軋件長(zhǎng)度作為初始長(zhǎng)度；步驟(2)根據(jù)過程機(jī)軋制規(guī)程中上次軋制厚度設(shè)定和本道次軋制厚度設(shè)定值，以及軋件在軋制過程中體積不變，則按照下述公式計(jì)算出本道次軋件軋完后的長(zhǎng)度Lk，V=Lh*W H*H H=WHk,式中V為軋件的體積，Lk^1為軋件在k-Ι道次軋完后的軋件長(zhǎng)度，Wk^1為k-Ι道次軋完后的軋件寬度，H 為k-Ι道次軋完后的軋件厚度，Lk為軋件在k道次軋完后的長(zhǎng)度，Wk為在k道次軋完后的寬度，Hk為在k道次軋完后的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可逆熱軋機(jī)速度自動(dòng)控制方法，其特征在于所述步驟2具體是步驟(1):根據(jù)軋機(jī)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和軋機(jī)整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，計(jì)算出軋機(jī)空載時(shí)工作輥被傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)的最大加速度A ；步驟(2):根據(jù)軋機(jī)在咬入軋件后的軋件厚度、溫度、材質(zhì)不同所導(dǎo)致的不同軋制阻力， 計(jì)算預(yù)估的本道次的加速度減少量Al和制動(dòng)加速度的增加量A2 ；步驟(3):按照下述公式計(jì)算出在軋制過程中運(yùn)行的加速時(shí)的最大加速度I，和制動(dòng)時(shí)的最大負(fù)加速度Ad，所述公式為Ar=A-Ak，Ad=A+Ak。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可逆熱軋機(jī)速度自動(dòng)控制方法，其特征在于所述步驟3具體是步驟(1)將軋輥轉(zhuǎn)速檢測(cè)編碼器的檢測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)檐堓伨€速度值； 步驟(2):從軋件進(jìn)入軋機(jī)開始，先計(jì)算V*dt，式中V是軋輥線速度，dt是采樣時(shí)間；然后計(jì)算出長(zhǎng)度Lz=S (V^dt)；步驟(3)直到軋件離開軋機(jī)結(jié)束，保存計(jì)算出的長(zhǎng)度Lz。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可逆熱軋機(jī)速度自動(dòng)控制方法，其特征在于所述步驟4具體是步驟(1)當(dāng)軋件沒有進(jìn)入軋機(jī)時(shí)，軋機(jī)以加速度A加速到Vlk ； 步驟(2):當(dāng)軋機(jī)進(jìn)入軋機(jī)后，根據(jù)S= (V。2-Vd2)/ (2Ad)計(jì)算從當(dāng)前速度制動(dòng)到軋件拋出速度的距離，式中S為軋件拋出速度的減速距離，V。為工作輥當(dāng)前速度，Vd為軋件被拋出離開工作輥速度，Ad為軋機(jī)減速時(shí)的最大加速度；步驟(3)當(dāng)L2-L大于S的時(shí)候，那么軋機(jī)加速，Vc=Vc (前一掃描周期)+Ar*dt ；當(dāng)V。大于Vx 時(shí)，Vc=Vx ；式中L2-L為本道次還沒有軋制的軋件長(zhǎng)度，Ar為軋機(jī)加速時(shí)的最大加速度，Vx 為設(shè)定的軋制時(shí)的最大速度；步驟(4)當(dāng)L2-L小于S的時(shí)候，那么軋機(jī)必須減速，Vc= Vc (前一掃描周期)_Ad*dt ；當(dāng)Vc小于Vd時(shí)，Vc=Vd,式中Vd為軋件被拋出離開工作輥速度。
全文摘要
本發(fā)明涉及的基于時(shí)間優(yōu)化的速度自動(dòng)控制的設(shè)備，其包括調(diào)節(jié)速度設(shè)備和通訊設(shè)備，其中所述調(diào)節(jié)速度設(shè)備包括電信號(hào)依次連接的用于計(jì)算軋件長(zhǎng)度的計(jì)算裝置，用于下道次軋件長(zhǎng)度的估計(jì)裝置，根據(jù)軋件的初始數(shù)據(jù)選擇加速度的加速度裝置，用于計(jì)算當(dāng)前工作模式下的軋件運(yùn)行速度的速度計(jì)算裝置，用于接收軋件的初始數(shù)據(jù)的接收裝置，以及用于軋件的測(cè)量數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)處理及保存的功能裝置；所述通訊設(shè)備裝在上述各個(gè)功能裝置之間，該通訊設(shè)備完成上述調(diào)節(jié)速度設(shè)備中的各個(gè)裝置之間的信號(hào)通訊功能。本發(fā)明能夠克服人工操作軋制時(shí)，速度過低，厚度控制誤差加大的問題，可以在較短時(shí)間內(nèi)安全地完成軋制軋件。
文檔編號(hào)B21B37/46GK102527739SQ201110451520
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者盧家斌, 李傳濤, 李四川, 李海東, 楊子芳, 王利國(guó), 王勝勇, 陳躍華 申請(qǐng)人:中冶南方(武漢)自動(dòng)化有限公司