一种单机架四辊高速冷轧机的秒流量厚控方法及系统

技术领域

本申请涉及铝板加工技术领域，更具体地说，涉及一种单机架四辊高速 冷轧机的秒流量厚控方法及系统。

背景技术

铝及其合金因具有一系列的优异特性在生产生活中得到广泛的应用，社 会需求量不断增加，但随着越来越多企业的进入使得市场竞争越来越激烈。 伴随着现代化工业技术发展和连续自动化作业流水线的普及，用户对产品质 量和尺寸精度的要求也越来越高。尤其表现在3104罐体料、罐盖拉环料以及 部分5052合金板和出口铝上，部分产品厚度偏差要求已提高到了±3微米。

目前国内大量装备的单机架四辊高速冷轧机上装备的厚控系统大多是采 用相对比较落后的传统控制技术，其生产的铝带材基本达不到3104罐体料精 度要求。3104罐体料在全球的需求量非常大，而国内的3104罐体料的市场份 额都非常低，排除工艺原因，最主要的原因还是厚差精度无法达到市场的需 求。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种单机架四辊高速冷轧机的秒流量厚控方法及 系统，以使单机架四辊冷轧机能够生产出能满足3104罐体料精度要求的铝带 材。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种单机架四辊高速冷轧机的秒流量厚控方法，包括如下步骤：

获取所述单机架四辊高速冷轧机的铝带材的入口厚度、入口速度和出口 速度；

利用所述入口厚度、所述入口速度和所述出口速度，根据秒流量恒定原 则计算出所述铝带材的出口厚度；

根据所述出口厚度与给定厚度计算出所述单机架四辊高速冷轧机的轧辊 的调节量；

根据所述调节量对所述轧辊进行调节。

优选的，所述获取所述单机架四辊高速冷轧机的铝带材的入口厚度、入 口速度和出口速度，包括：

通过同位素测量方法获取所述入口厚度。

优选的，所述获取所述单机架四辊高速冷轧机的铝带材的入口厚度、入 口速度和出口速度，包括：

通过光电码盘测速方法获取或者激光测速方法获取所述入口速度。

优选的，所述获取所述单机架四辊高速冷轧机的铝带材的入口厚度、入 口速度和出口速度，包括：

通过光电码盘测速方式获取或者激光测速方式获取所述出口速度。

优选的，还包括：

获取轧制前铝材的铝材厚度；

根据所述铝材厚度对所述轧辊进行调节；

获取轧制后的铝带材厚度；

根据所述铝带材厚度对所述轧辊进行调节；

获取轧制前铝材的速度，作为铝材厚度；

根据所述铝材厚度对所述轧辊进行调节。

一种单机架四辊高速冷轧机的秒流量厚控系统，包括：

测量装置，用于获取所述单机架四辊高速冷轧机的铝带材的入口厚度、 入口速度和出口速度；

运算装置，用于利用所述入口厚度、所述入口速度和所述出口速度，并 根据秒流量恒定原则计算出所述铝带材的出口厚度；

控制装置，用于根据所述出口厚度与给定厚度计算出所述单机架四辊高 速冷轧机的轧辊的调节量；

执行装置，用于根据所述调节量对所述轧辊进行调节。

优选的，所述测量装置包括：

同位素厚度测量单元，用于获取所述入口厚度。

优选的，所述测量装置包括：

第一光电码盘测速单元或第一激光测速单元，用于获取所述入口速度。

优选的，所述测量装置包括：

第二光电码盘测速单元或第二激光测速单元，用于获取所述出口速度。

优选的，还包括：

铝材厚度测量单元，用于获取轧制前铝材的铝材厚度；

厚度前馈控制器，用于根据所述铝材厚度向所述执行装置输出厚度前馈 调节量；

铝带材厚度测量单元，用于获取轧制后的铝带材厚度；

厚度反馈控制器，用于根据所述铝带材厚度向所述执行装置输出厚度反 馈调节量；

铝材速度测量单元，用于获取轧制前铝材的速度，作为铝材速度；

速度前馈控制器，用于根据所述铝材厚度向所述执行装置输出速度前馈 调节量。

通过将本实施例公开的秒流量厚控方法在单机架四辊高速冷轧机上试用 发现，在试用前的单机架四辊高速冷轧机生产的铝带材的精度超过±3微米， 有时甚至达到±5微米，如3所示；而在试用时发现铝带材的精度可以达到±2 微米，如图4所示。从而表明本实施例公开的秒流量厚控方法完全能使单机 架四辊冷轧机生产出满足3104罐体料精度要求的铝带材。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的一种单机架四辊高速冷轧机的秒流量厚控方 法的流程图；

图2为本实施例公开的秒流量恒定原理图；

图3为使用本实施例公开的秒流量厚控方法前的铝带材的厚度记录曲线；

图4为使用本实施例公开的秒流量厚控方法后的铝带材的厚度记录曲线；

图5为本申请另一实施例公开的一种单机架四辊高速冷轧机的秒流量厚 控方法的流程图；

图6为本申请又一实施例公开的一种单机架四辊高速冷轧机的秒流量厚 控系统的结构图；

图7为本申请又一实施例公开的一种单机架四辊高速冷轧机的秒流量厚 控系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

图1为本申请实施例公开的一种单机架四辊高速冷轧机的秒流量厚控方 法的流程图。

如图1所示，本实施例公开的秒流量厚控方法包括如下步骤：

S101：获取入口厚度、入口速度和出口速度。

本步骤用于获取单机架四辊高速冷轧机的铝带材的入口厚度、入口速度 和出口速度。

本步骤中利用同位素测量方法获取铝带材的入口厚度。

而入口速度和出口速度通过目前应用最多的是光电码盘或激光测速方法 进行测量。激光测速仪价格比较昂贵，光电码盘测速精度比激光测速仪低。

实际应用时，系统是按采样周期进行调节，采样周期是指在入口铝材上 读取一个厚度值的长度。采样周期的长短和压下机构的动作时间和轧制速度 有关，采样周期的大小代表着厚控系统的调节频率，采样周期的确定要考虑 系统的响应时间和频率特性。综合各种因素考虑，采样周期可适当放大。如 果速度是通过安装在测速辊上的脉冲编码器测量的，就按单位时间的平均速 度计算，入口厚度也按每一采样周期的平均入口厚度来计算，所以只能按每 段铝材的平均厚度进行计算和控制。

在一个采样周期内，将获取的入口厚度进行平均，求得平均厚度值H， 存入FIFO队列里，当被采样的那段铝材到达机架辊缝咬合处时进行辊缝调 节。

入口速度$v_i=\frac{\pi N_{p.1}D}{N_p\mathrm{\Delta t}},$出口速度$v_o=\frac{\pi N_{p.2}D}{N_p\mathrm{\Delta t}}.$

式中Δt为脉冲周期；N_p为测速辊一圈的脉冲数；N_p,1为入口测速辊在Δt 时间的脉冲数；N_p,2为出口测速辊在Δt时间的脉冲数；D为测速辊直径。

某些情况下，这种计算方法不准确。比如：在加、减速时容易造成铝带 材与测速辊之间的打滑现象，使脉冲的测量发生改变而影响其精度。速度测 量是秒流量算法的关键，建议采用激光测速仪测速，其测量精度高。

S102：计算出口厚度。

根据秒流量恒定原则，利用入口厚度、入口速度和出口速度计算出铝带 材的出口厚度。

其理论基础是秒流量恒定原则，即轧机变形区入口及变形区出口金属流 入流出秒流量相等。

如图2所示，根据单位时间流入机架入口和流出机架出口的铝材体积相 等，得到：H×L×W=h×l×w

式中：H为入口铝材厚度，L为入口铝材长度，W为入口铝材宽度， h为出口铝材厚度，l为出口铝材长度，w为出口铝材宽度。

由于冷轧过程中，铝带材宽展可以忽略不计，即W=w。

而L=v_i×T l=v_o×T

式中：v_i为入口速度，v_o为出口速度，T为单位时间

将上面的计算式进行变换得到：

H×v_i×T=h×v_o×T

v_iH=v_oh

$h=\frac{v_i}{v_o}H$

S103：计算调节量。

根据出口厚度与给定厚度计算出单机架四辊高速冷轧机的轧辊的调节 量。

秒流量厚控方法的调节增益：

秒流量厚控方法是根据轧机辊缝间流过的金属体积不变原理实现的。在 轧制力保持恒定时，联合厚度方程，同时引入辊缝秒流量调节增益值G_GMF， 得到辊缝调节量：

$\mathrm{\Delta S}=\frac{C_G+C_M}{C_G}*G_{\mathrm{GMF}}*\mathrm{\Delta h}$

式中：ΔS为辊缝调节量，C_G为轧机刚度系数，C_M为轧件塑性系数，G_GMF为辊缝调节增益，Δh为出口厚度偏差。

秒流量的延时计算：

在秒流量AGC控制系统中，必须准确计算出从入口板材厚度H检测点到 该检测点进入到轧机压下位置所需要的时间和辊缝调整所需要的时间。

当带材入口速度稳定时，则有

式中：T为板材从测厚仪检测点运行到压下位置所需时间，L为检测点到 压下位置之间的距离，V入口轧件速度；

当带材速度不恒定时，则有

式中：t为检测点从测厚仪前进L₁所需的时间，S为采样周期，V轧件入 口速度；

当L₁≥L-ΔL时压下机构动作，否则不动作，其中ΔL为压下动作超前量。

S104：对轧辊进行调节。

根据上一步骤获得的调节量对单机架四辊高速冷轧机的轧辊进行调节。

通过将本实施例公开的秒流量厚控方法在单机架四辊高速冷轧机上试用 发现，在试用前的单机架四辊高速冷轧机生产的铝带材的精度超过±3微米， 有时甚至达到±5微米，如3所示；而在试用时发现铝带材的精度可以达到±2 微米，如图4所示。从而表明本实施例公开的秒流量厚控方法完全能使单机 架四辊冷轧机生产出满足3104罐体料精度要求的铝带材。

实施例二

图5为本申请另一实施例公开的一种单机架四辊高速冷轧机的秒流量厚 控方法的流程图。

如图5所示，本实施例公开的秒流量厚控方法包括如下步骤：

S201：获取入口厚度、入口速度和出口速度。

本步骤用于获取单机架四辊高速冷轧机的铝带材的入口厚度、入口速度 和出口速度。

本步骤中利用同位素测量方法获取铝带材的入口厚度。

而入口速度和出口速度通过目前应用最多的是光电码盘或激光测速方法 进行测量。激光测速仪价格比较昂贵，光电码盘测速精度比激光测速仪低。

S202：计算出口厚度。

根据秒流量恒定原则，利用入口厚度、入口速度和出口速度计算出铝带 材的出口厚度。

S203：计算调节量。

根据出口厚度与给定厚度计算出单机架四辊高速冷轧机的轧辊的调节 量。

S204：对轧辊进行调节。

根据上一步骤获得的调节量对单机架四辊高速冷轧机的轧辊进行调节。

S205：获取铝材在轧制前的厚度，作为铝材厚度；

S206：根据铝材厚度对轧辊进行调节；

S207：获取轧制后的铝带材厚度；

S208：根据铝带材厚度对轧辊进行调节；

S209：获取轧制前铝材的速度，作为铝材速度；

S210：根据铝材速度对轧辊进行调节。

实施例三

图6为本申请又一实施例公开的一种单机架四辊高速冷轧机的秒流量厚 控系统的结构图。

如图6所示，本实施例公开的秒流量控制系统包括测量装置10、计算装 置20、控制装置30和执行装置40，测量装置10包括同位素厚度测量单元11、 第一光电码盘测速单元12和第二光电码盘测速单元13，其中：计算装置20 分别与同位素厚度测量单元11、第一光电码盘测速单元12、第二光电码盘测 速单元13、控制装置30相连接，控制装置30还与执行装置40相连接。

测量装置10用于获取单机架四辊高速冷轧机的铝带材的入口厚度、入口 速度和出口速度。其中：同位素厚度测量单元11用于获取铝带材的入口厚度。 第一光电码盘测速单元12用于获取铝带材的入口速度，第二光电码盘测速单 元13用于获取铝带材的出口速度。

实际应用时，系统是按采样周期进行调节，采样周期是指在入口铝材上 读取一个厚度值的长度。采样周期的长短和压下机构的动作时间和轧制速度 有关，采样周期的大小代表着厚控系统的调节频率，采样周期的确定要考虑 系统的响应时间和频率特性。综合各种因素考虑，采样周期可适当放大。如 果速度是通过安装在测速辊上的脉冲编码器测量的，就按单位时间的平均速 度计算，入口厚度也按每一采样周期的平均入口厚度来计算，所以只能按每 段铝材的平均厚度进行计算和控制。

在一个采样周期内，将获取的入口厚度进行平均，求得平均厚度值H， 存入FIFO队列里，当被采样的那段铝材到达机架辊缝咬合处时进行辊缝调 节。

入口速度$v_i=\frac{\pi N_{p.1}D}{N_p\mathrm{\Delta t}},$出口速度$v_o=\frac{\pi N_{p.2}D}{N_p\mathrm{\Delta t}}.$

式中Δt为脉冲周期；N_p为测速辊一圈的脉冲数；N_p,1为入口测速辊在Δt 时间的脉冲数；N_p,2为出口测速辊在Δt时间的脉冲数；D为测速辊直径。

某些情况下，这种计算方法不准确。比如：在加、减速时容易造成铝带 材与测速辊之间的打滑现象，使脉冲的测量发生改变而影响其精度。速度测 量是秒流量算法的关键，因此优选激光测速仪测速，其测量精度较高。

计算装置20用于计算单机架四辊高速冷轧机的铝带材的出口厚度。

根据秒流量恒定原则，利用入口厚度、入口速度和出口速度计算出铝带 材的出口厚度。

其理论基础是秒流量恒定原则，即轧机变形区入口及变形区出口金属流 入流出秒流量相等。

如图2所示，根据单位时间流入机架入口和流出机架出口的铝材体积相 等，得到：H×L×W=h×l×w

式中：H为入口铝材厚度，L为入口铝材长度，W为入口铝材宽度， h为出口铝材厚度，l为出口铝材长度，w为出口铝材宽度。

由于冷轧过程中，铝带材宽展可以忽略不计，即W=w。

而L=v_i×T l=v_o×T

式中：v_i为入口速度，v_o为出口速度，T为单位时间

将上面的计算式进行变换得到：

H×v_i×T=h×v_o×T

v_iH=v_oh

$h=\frac{v_i}{v_o}H$

控制装置30用于计算单机架四辊高速冷轧机的轧辊的调节量。

根据出口厚度与给定厚度计算出单机架四辊高速冷轧机的轧辊的调节 量。

秒流量厚控方法的调节增益：

秒流量厚控方法是根据轧机辊缝间流过的金属体积不变原理实现的。在 轧制力保持恒定时，联合厚度方程，同时引入辊缝秒流量调节增益值G_GMF， 得到辊缝调节量：

$\mathrm{\Delta S}=\frac{C_G+C_M}{C_G}*G_{\mathrm{GMF}}*\mathrm{\Delta h}$

式中：ΔS为辊缝调节量，C_G为轧机刚度系数，C_M为轧件塑性系数，G_GMF为辊缝调节增益，Δh为出口厚度偏差。

秒流量的延时计算：

在秒流量AGC控制系统中，必须准确计算出从入口板材厚度H检测点到 该检测点进入到轧机压下位置所需要的时间和辊缝调整所需要的时间。

当带材入口速度稳定时，则有

式中：T为板材从测厚仪检测点运行到压下位置所需时间，L为检测点到 压下位置之间的距离，V入口轧件速度；

当带材速度不恒定时，则有

式中：t为检测点从测厚仪前进L₁所需的时间，S为采样周期，V轧件入 口速度；

当L₁≥L-ΔL时压下机构动作，否则不动作，其中ΔL为压下动作超前量。

执行装置40用于根据上一步骤计算得到的调节量对单机架四辊高速冷轧 机的轧辊41进行调节。

通过将本实施例公开的秒流量厚控系统在单机架四辊高速冷轧机上试用 发现，在试用前的单机架四辊高速冷轧机生产的铝带材的精度超过±3微米， 有时甚至达到±5微米，如3所示；而在试用时发现铝带材的精度可以达到±2 微米，如图4所示。从而表明本实施例公开的秒流量厚控系统完全能使单机 架四辊冷轧机生产出满足3104罐体料精度要求的铝带材。

实施例四

图7为本申请实施例公开的一种单机架四辊高速冷轧机的秒流量控制系 统的结构图。

如图7所示，本实施例公开的秒流量控制系统是在上一实施例的基础上 增设了铝材厚度测量单元51、厚度前馈控制器50、铝带材厚度测量单元61、 厚度反馈控制器60、铝材速度测量单元71和速度前馈控制器70。铝材厚度 测量单元51与厚度前馈控制器50相连接，铝带材厚度测量单元61与厚度反 馈控制器60相连接，铝材速度测量单元71与速度前馈控制器70相连接，执 行装置40还分别与厚度前馈控制器50、厚度反馈控制器60、速度前馈控制 器70相连接。

铝材厚度测量单元51用于获取轧制前铝材的铝材厚度。

厚度前馈控制器50用于根据铝材厚度向执行装置输出厚度前馈调节量。

铝带材厚度测量单元61用于获取轧制后的铝带材厚度。

铝材速度测量单元71用于获取轧制前铝材的速度，作为铝材速度。

速度前馈控制器70用于根据铝材厚度向执行装置输出速度前馈调节量。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语 仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求 或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术 语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而 使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且 还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或 者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……” 限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存 在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都 是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用 本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易 见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。