2024年4月24日发(作者：)
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书
(21)申请号 CN97111053.0
(22)申请日 1997.05.23
(71)申请人 阿尔卡塔尔-阿尔斯托姆通用电气公司
地址 法国巴黎
(72)发明人 露易斯·雷伊·马斯
(74)专利代理机构 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所
代理人 王以平
(51)
B21B37/00
权利要求说明书 说明书 幅图
(10)申请公布号 CN 1200311 A
(43)申请公布日 1998.12.02
(54)发明名称
用于操作多机架轧机的装置
(57)摘要
本发明公开了一种用于操作多机架
轧机的装置,借助该装置,可明显减少用于设
计、试验、包括优化阶段的开工、以及轧
机重新轧制的费用和时间,为此,根据各机架
的技术关系在一个物理模拟模型中逐次构
造出整个轧机;模拟模型可与一中心控制装
置相连,该控制装置专门用于轧机的整个技
术调控,并通过轧机的控制装置或模拟模型
的相应部分来控制每个机架内或各机架的
各个有选择的功能。
法律状态
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
权 利 要 求 说 明 书
1.用于操作多机架轧机的装置，其特征在于：
-根据各机架的技术关系在一个物理模拟模型中逐次构造出整个轧机；
-模拟模型可与一中心控制装置相连，该控制装置专门用于轧机的整个技术调控，
并通过轧机的控制装置或模拟模型的相应部分来控制每个机架内或各机架的各个有
选择的功能。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，轧件进入轧机时的轧件入口厚度额定值，
各机架的辊缝定位，各机架的轧制速度，各机架的轧辊曲度，以及轧件进、出各辊
缝的轧件跟踪信号等均供模拟模型使用。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，模拟模型提供轧件拉力、轧制压力、
轧制速度、轧辊曲度、轧件厚度偏差，以及各机架传动装置电流的实际值。
4.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，模拟模型的各环节可以消隐
掉。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，被消隐的模拟模型的环节可以通过叠合
轧机的相应实际值(真实测量系数)来取代。
6.如权利要求1-5所述的装置，其特征在于，模拟模型包括下列多个环节或全部环
节，这些环节在轧制工艺上相互联系，并且实时向中心控制装置提供其实际值：
-由整流器馈电的轧机马达，该马达具备转速调节和稳流调节装置、以及考虑到相
互负荷影响的关于轧件的附加变形负荷和带钢拉力负荷，
-受辊缝、轧制速度、前、后拉力和变形等影响的机架轧制压力模型，
-机架安装及机架辊缝调节装置的定位调节，
-通过物料流和速度影响确定轧件拉力实际值，
-轧件运行时间的模拟，以及轧件运转时间对马达负荷、辊缝和轧件拉力实际值的
影响，具有“恒定轧件初始和最终速度”功能的主额定值器。
-工作轧辊曲度，
-对轧制速度的手动修正，
7.如权利要求1-5所述的装置，其特征在于，在模拟模型内，轧机的每一个马达都
由一个积分的、有两个输入端的单元模拟，该单元的一个输入端接收相当于电扭矩
的正信号，另一个输入端接收相当于机械逆转矩的负信号，该单元的输出端发出相
当于马达转速的信号。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，当接通相当于机械逆转矩的信号时，根
据斜率限制考虑到了与轧件的变形体积成比例的变形力矩和轧件的拉力力矩。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，当形成变形力矩时，接通了一个相应于
辊缝调节或轧辊定位调节的参数。
10.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于，在跟踪轧件段穿过轧机过程产生
的变形体积可供各机架使用。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，轧件段跟踪是通过一移位寄存器产生
的，该移位寄存器的脉冲频率是由轧件速度导出的。
12.如权利要求8-11任一项所述的装置，其特征在于，轧件拉力的模拟是通过一接
有一级延迟单元的、确定辊缝中瞬时物流差的加法器形成的。
13.如权利要求1-12中任一项所述的装置，其特征在于，在模拟模型中，在对轧机
的各马达供电时对作用于整流器的控制是通过后接一一级延迟单元的PI控制单元
来模拟的，所述控制器由转速控制器及其下接的电枢电流控制器构成，这里，所述
延迟单元具有相应于整流器放大于系数的放大系数和相应于所模拟的控制对象的延
迟时间的延迟时间。
14.如权利要求1-13任一项所述的装置，其特征在于，中心控制装置包括下列多种
或全部调节和功能：
-借助各厚度预调装置和显示器调节装置服务于各机架的全部厚度调节功能，
-取决于轧制压力的轧件拉力额定值匹配，
-自动定位(调整)匹配(定位最佳化)，
-为轧制道次计划存储器自动存储所使用的额定值，以及根据轧件长度为过程计算
机收集测量参数，
-曲度调控(如果有平面测量装置的话)并通过轧制压力匹配给出工作轧辊曲度额定值，
-借助辊缝和轧制速度进行可连续转换的轧件拉力调节，
-轧件穿入和穿出阶段的轧件跟踪，
-具有自动轧件拉力增加和降低调节的穿入和穿出技术，
-自动轧制压力卸压，
-通过对相应厚度额定值的自动适应来实现机架中负荷的半自动分配，
-借助一根据轧制工艺需要建立的可视图象收集并显示所有轧制工艺测量参数和轧
制状况，
-为图形评价收集并处理测量参数，
-与轧制程序计算机(轧制道次计划存储器和数学轧制模型)进行串行数据交换，
-与厚度测量仪进行串行数据交换，
-与模拟模型进行串行或并行通信联系，
-为轧辊定位调节、轧机马达速度调节、以及工作轧辊曲度等的执行元件形成附加
参数。
说 明 书
本发明涉及用于操作多机架轧机的装置，该装置既可用于冷轧机，也可用于其它轧
机，比如热轧机。
多机架轧机在改进之后重新用于轧制时，试机和优化阶段，以及对其的操作都存在
种种困难。一方面各机架有具有自身轧制工艺智能、即独立调节(仅给它上级额定
值)的控制装置，这也可以从各机架单独配置调控硬件上得到证明。因此，各机架
及其操作人员的协调，及至最佳轧制过程的实现都需要花去相应的时间和费用。另
一方面，试机阶段用于运行参数尚未确定也给设备造成损害。
因此，事先在模型上试验调控过程是很有意义的。
迄今，仅仅一般地研制出了机械分模型。机械模型是很花钱的，而且不能轻而易举
地联接成一个包括整个轧机的模型设备。硬件模型的复制，比如一个有5、6个机
架的串列式轧机的硬件模型的复制也是很昂贵的。因此，目前所有工艺调节都是分
散的(即分为多个不同的电子箱)，而且由多人试验并投入运行。这就要求参与人员
密切协作。
此外，机械模型的制作人和使用者大都不是同一个人。他们通常也属于不同的公司。
但是，为了最佳地对自己的调控装置进行调整，调控专家从数学上和物理学上都熟
悉自己的模拟器(控制装置)是颇为重要的。这一点目前往往还没有得到保障。
就迄今使用的软件模型(轧机各单元的数学描述)来说，它们是用对于轧机操作者很
难理解的程序语言(比如汇编程序等)的制作出来的。此外，这些模型程序大多在专
用计算机上运行，因而不能和常用的用户信息处理机兼容。
本发明的任务是提供一种用于操作多机架轧机的装置，借助该装置，用于单个功能
测试、包括优化阶段在内的开机、以及重新轧制(比如对一轧机改进之后)的费用和
时间都将明显减少，同时，还可在操作过程中对操作人员进行毫无危险的培训，并
可在对轧机单元不造成任何损害的情况下安全地扩充功能。
为此，本发明的用于操作多机架轧机的装置具有这样的特征：根据各机架的技术关
系在一个物理模拟模型中逐次构造出整个轧机；所述模拟模型可连接至一中心控制
装置，该装置专用于对所述轧机的整体技术控制，它通过轧机的控制装置或所述模
拟模型的相应部分有选择地控制每个机架内的或每个机架的单个功能。
由此，一个原本范围广泛的设备部件的紧凑结构颇为优越地变为可能。这样，费用
可以降低30％，软件制作和执行的人员费用、以及硬件费用同样降低大约一半。
由于简单的、基于用物理学方法描述轧机技术关系的模拟模型同中心控制装置的结
合使用，可通过少数人员，比如通常由唯一一位专家对动态关系的机械过程的模拟
在包括所有控制装置的封闭控制电路中对所有功能进行设计和优化。同时，通过不
断的用模拟模型进行的伴随试验，可实现快速而安全的轧机的设计和开车。由此达
到生产方和经营方人员方便、有效的培训。通过借助于模拟模型进行的初步检验，
任何时候都可对轧机进行安全的功能扩充。在试验阶段，通过反复的轧制模拟，可
以达到对设备操作人员(轧制人员)的目视(visualisierung)优化。任何时候都可以通过
广泛模拟的运行来事先试验轧机。中心控制装置同时也是所有相关技术测量参数的
中心。因此，可以实时收集和评价重要的测量参数和状态。这种收集(通过个人计
算机)较之于借助迄今使用的系统所进行的收集，费用降低很多并且更加实时。已
改进的轧机的重新轧制时，其轧制人员通过模拟模型获得培训，因此，在学习阶段，
尽管可能出现操作失误，但不会造成机械损害。操作人员的学习阶段也非常短而有
效。轧机马达，辊缝系统和工作辊曲度装置是作为设有自身智能的控制装置而形成
的。因此，由一个地方，即只由中心控制装置对整个轧制工艺进行调节和影响。
下面将借助附图中绘制的实施方式对本发明予以说明。
图1表示用模拟模型和中心轧制工艺调控装置进行模拟的设备布置。
图2表示模拟模型连接轧制工艺调控设备的原理电路图。
图3表示一个用于模拟模型内驱动控制的基本模型的原理电路图。
图4表示模拟模型内带钢变化模型的原理电路图。
图1用电子调控箱示意地表示了用于多机架轧机(比如4机架串列式轧机)的中心控
制装置1，中心控制装置1综合了下列调节和功能：
-借助各厚度预调装置和显示器调节装置的所有用于各机架的厚度调节功能。
-取决于轧制压力的轧件拉力额定值匹配。
-自动定位(Setup)匹配(定位最佳化)
-为轧制道次计划存储器自动存储所使用的额定值，以及根据轧件长度为过程控制
计算机收集测量参数。
-给出取决于轧制压力的工作辊曲度额定值。
-借助辊缝和轧制速度进行可连续转换的轧件拉力调节。
-轧件穿入(Einfadel)和穿出(Auofadel)阶段的轧件跟踪。
-具有自动轧件拉力增加和降低调节的穿入和穿出技术；自动轧制压力去除。
-通过对相应厚度额定值的自动适应来实现机架中负荷的半自动分配。
-为图形评价收集并处理测量参数。
-与厚度测量仪进行串行数据交换。
-为定位调节、轧机马达速度调节、以及工作轧辊曲度等的控制装置形成附加参数。
此外，在中心控制装置1中还借助于根据轧制工艺需求建立的目视图作好了对一切
轧制工艺测量参数和轧制状态的收集和预备性目视的准备，并通过插件板PC13的
传输线11向显示监视器12传输。
另外，中心控制装置1还通过另一根连线8具备了同轧制程序计算机3的串行数据
交换功能(比如一台轧制道次计划存储器或一个数学轧制模型)。
此外，中心控制装置1还通过接线(Link-Leitung)7同模拟模型2进行串行或并行的
通信联系。
还有，中心控制装置1还通过一根连线10与具有一显示屏6和一(未画出来的)打
印机的PC5相连，该PC是用来评价和记录过程变量和过程信号的。
最后，中心控制装置1通过一根连线9同一中央测试控制台4相连。
模拟模型2包括多个或全部下列部分的模型，这些部分从轧制工艺上与轧制段内机
架的先后顺序相一致地互相连接在一起，并实时地向中心控制装置1输出其实际参
数：
-由整流器馈电的轧机马达，该马达具备转速调节和稳流调节装置、以及考虑到相
互负荷影响的关于轧件的附加变形负荷和带钢拉力负荷。
-受辊缝、轧制速度、前、后拉力(Rüch-und vorzug)和变形等影响的机架轧制压力模
型。
-机架安装及机架辊缝调节装置的定位调节。
-通过物料流程和速度影响确定轧件拉力实际值。
-轧件运转时间的模拟，以及轧件运转时间对马达负荷、辊缝和轧件拉力实际值的
影响。
-具有“恒定轧件初始和最终速度”功能的主额定值器(Leitsollwertgeber)。
-工作轧辊曲度。
-对轧制速度的手动修正。
上述部分的具体数目是通过待操作轧机的相应单元给定的。
模拟模型各部分的可运行模拟程序提供下列测量参数：带钢拉力，轧制压力，轧制
速度，主额定值(Leitsollwert)，曲率实际值，厚度偏差，马达电流(在向马达馈电的
整流器内)和液压定位调节装置的整流电流。
为使这些模型能向模拟模型2提供了上述信号，它们主要需要下列数值和信号：进
入第一轧制机架前的带钢厚度，各机架的辊缝定位(调整值)，轧辊A侧和B侧的定
位附加数值，各机架的速度附加数值，各机架轧辊的曲度实际值，轧件进、出各辊
缝时位置的跟踪信号，以及主额定值(LSW)大于零(LSW＞0)的信号，也就是说该
装置正在运行。所有这些信号和数值都通过连线7在模拟模型2和中心控制装置1
之间交换。
图2表示在模拟模型2中模拟的轧机，这里以一个有4个机架(G1-G4)的串列式轧
机为例，与中心控制装置1的原理连接图，以及与带有显示器12的插件板式PC13
的连接图。
模拟模型2包括用于机架G1-比如G4的辊缝模型。这些模型向中心控制装置1输
送轧制压力的相应实际值XFW1-XFW4，并在那里把它们专门输送给物料流程跟
踪器MFV、机架G1-G4的轧制压力调节装置FW-Reg、机架G1-G4的轧辊曲度额
定值器W-Bieg、以及机架G1-G4的厚度调控装置DR1-DR4。为此目的，辊缝模
型从定位调整模型获得相应的实际值XWSP1-XWSP4。此外，机架G1-G4的辊缝
模型还向机架G1和G2或者G3和G4之间带钢拉力实际值XFZ 1/2和XFZ 3/4的
模型提供相应的辊缝实际值XS1-XS4。这些带钢拉力实际值XFZ 1/2和XFZ 3/4进
入中心控制装置1，而且是进入物料流程跟踪器MFV和负责机架G1和G2、G2和
G3以及G3和G4之间带钢拉力的带钢拉力调节器FZ-Reg。
此外，模拟模型2还包括机架G1-G4上轧辊的轧机马达模型。这些轧机马达模型
从模型LSW获得上级主额定值XLSW，此外，它们还从带钢拉力调节装置FZ-
Reg获得用于轧机马达转速偏差的调整命令Delta V1-Delta V4，以及从用于机架
G1和G2或G3和G4之间带钢拉力的带钢拉力实际值模型获得带钢拉力实际值
XFZ 1/2和XFZ 3/4。轧机马达模型向带钢拉力实际值模型和物料流程跟踪器MFV
提供机架G1-G4的轧机马达的相应转速实际值XV1-XV4，并向机架G1和G4厚
度偏差模型提供机架G1和G4的马达转速实际值XV1和XV4。
机架G1和G4的厚度偏差模型向中心控制装置1内的厚度调控器DR1和DR4提供
从马达转速实际值XV1和XV4得出的厚度偏差DeltaH1和Delta H4。
在中心控制装置1内，厚度调控器DR1和DR4根据机架G1和G4的辊缝偏差，通
过信号Delta WS1和Delta WS4，和带钢拉力调节器FZ-Reg一起，对机架G1-G4
辊缝额定值调节器施加影响，该额定值调节器根据机架G1-G4的辊缝偏差把辊缝
附加额定值Delta WS1至Delta WS4传送给轧机模型。
在中心控制装置1内，物料流程跟踪器MFV控制着带钢拉力调节器FZ-Reg、辊缝
额定值调节器、机架器G1和G4厚度调节器DR1和DR4、轧制压力调节器FW-
Reg以及额定值器W-Bieg，该额定值器内模拟模型2内曲度调节模型提供机架G1-
G4的轧辊曲度额度值WBieg1-Wbieg4。这些曲度调节模型由此得出机架G1-G4轧
辊曲度的实际值Xbieg1-Xbieg4。
不仅辊缝模型，带钢拉力实际值模型，主额定值模型，机架G1和G4厚度偏差模
型，而且曲度调节模型都向插件板式PC13提供(正如图2所示)通过它们得出的模
拟数值，这些模似数值可通过该计算机在显示器12上看到。中心控制装置1各环
节即物料流程跟踪器MFV、带钢拉力调节器FZ-Reg、用于辊缝调整和机架G1和
G4厚度调整的称之为额定值调节器的额定值器、用于轧辊曲率的额定值器W-Bieg
以及轧制压力调节器FW-Reg(轧制压力调节器为机架G1-G4提供轧制压力额定值
WFW1-WFW4)的输出参数的情况也是这样。
为了模拟某些特殊情况，可以把个别环节从物理模型中消隐。因为在模拟模型中所
产生的信号的趋势正确性和动态关系，其次还有精确的治金学上的计算受到重视。
通过使用从轧机上收集的相应实际值、即真实的测量值，来取代模拟器2的已消隐
环节是可能的。因此，可以比如在轧机操作人员的培训阶段实现从模拟操作向实际
操作的逐渐过渡。
图3表示模拟模型2内带传动调节器(下面装有电枢电流调节器的转速调节器)的由
整流器馈电的轧机马达模型模拟器的原理结构图。轧机马达如同一个积分器，因此，
在图3里，积分器23表示被模拟的轧机马达。积分器23的输出变量是与轧机马达
的转速或者说还有轧件速度成正比的。积分器23的正输入变量相当于轧机马达的
整流器提供的电枢电流(电功)，积分器23的负输入信号相当于轧机马达为保持速
度所必须完成的机械功。如果积分器23的两个输入信号一样大，这就与“全部转矩
之和等于零”的状态相符，马达就继续以常速旋转。如果两个输入信号不一样大，
这就意味着存在剩余转矩，也就是说，轧机马达加速了或减速了。积分器23的加
速时间(Hochlaufzeit)相当于轧机马达的加速时间。
图3上的VZ1环节22模拟的是带一个调整电枢电流的稳流器的整路流器电桥的情
况。K表示可调稳流器放大系数。T1表示调节对象的延迟时间(比如通过现存的变
压器、轧机马达电感及轧机马达的电枢电流调节器的状态而产生)。
一个相当于真实马达的调速器、并已获得规定转速额定值WV和存在于积分器23
出口的转速实际值XV之间的调节偏差的PI调节器21，在这里同时是轧制和加速
电流的发生器。没有设计单独的加速接通(电路)，但可以毫无问题地加装上。为此，
至额定值器模型(参见附图2)必须根据轧制数据提供一个加速信号。PI调节器21的
比例和积分参数相当于轧机内传动调节器中调速器的数值。
在图3里向积分器23上的负端输入数值D的马达负荷模型，考虑到了轧机马达承
载着轧件变形力矩和轧件拉力力矩的情况。变形力矩与变形体积(入口厚度减去出
口厚度乘以带钢宽度)和所产生的轧制压力是成正比的。轧机马达因轧件后拉力而
加载，因轧件前拉力而卸载。两个拉力之差作为轧件力矩对主轴产生影响。变形、
后拉力、前拉力这三个数值必须加上斜率限制(additiv steilheitsbegrenzt)之后补充到
马达模型上。必须通过一个所使用的轧件跟踪器的信号来把负荷模型接到积分器
23的负输入端上。首先，负荷本身必须包含没有后拉力的轧件变形。该变形根据
进、出轧件厚度(轧件模截面)之差算出。一个机架的进轧件横截面就是前一个机架
的出轧件横截面。该进料横截面必须属于一轧件段。因此，轧件段跟踪器必须存储
轧件横截图，并根据轧件速度进行输送(轧件段模型)。轧制压力上升，或者更确切
地说，负荷有一个斜率，该斜率可以通过一斜率限制单元来模拟。如果还附加模拟
支撑辊的摩擦，就必须有一微分器单元来收集轧制压力上升，而且还得附加输入该
单元的输出信号。
两机架之间的轧件拉力就是在一辊缝间产生的瞬时物料流差的积分。为了在两机架
之间产生轧件拉力，肯定至少有一个机架所要求的物料量比前一个机架所提供的要
多。
由公式：
>Ve>)>>dt>>>(>He>->Ha>)>
>s>
He＝入口厚度，Ha＝出口厚度
Ve＝轧件进料速度，Va＝轧件出料速度算出的数值是直接与轧件拉力成正比的。
由于进料轧件必须重新拉伸，正在形成的轧件拉力重新被进料轧件消除。按一级近
似，整个情况相当于一个积分器同“卸荷过程”的组合，该过程取决于轧件带度。一
加法器可以用作模拟轧件拉力的计算模型(这里未画出)，该加法器首先计算辊缝内
的瞬间物料流差。该物料流差事后由一VZ1单元处理。VZ1单元含有积分和比例
综合功能，它完全与所需模拟功能相符。此外，轧件速度和绝对变形被用于放大
(卸载特性)，轧件厚度被用于上升时间。
为能模拟辊缝内变形的实际影响及在下一个机架内的相关作用，有目的地根据厚度
向一个在附图4中画出的、分成两个移位寄存器25、26的轧件过程模型输入已轧
制轧件段(A：传动侧轧件厚度，B：操作侧轧件厚度)。模拟的准确性取决于移位
寄存器25、26中所用存储器的数量。每个移位寄存器的脉冲重复频率从轧件速度
推导出。比如：对机架G1进行调整，在机架G1的辊缝中就产生了相应的轧件厚
度，该轧件厚度在去往机架2的过程中随一定的轧件速度VS而变化。机架1和机
架2之间的距离为m。那么，最高轧件速度VS时从G1至G2的时间是
t1＝m∶VSmax
如果移位寄存器25，26具有比如22个寄存器，那么在时间t1存储的轧件厚度必
定经过了距离m，或者通过所有22个寄存器发出脉冲(A’：经机架距离后的传动侧
带钢厚度；B’：经机架距离后的操作侧带钢厚度)。这就是说，在最高轧件速度
VSmax时，在时间t1：22里，所存储的数值由一寄存器向另一寄存器发出。相应
的定时脉冲通过一积分器得到保证，向该积分器输入相应的轧件速度VS，而其时
间常数可通过Tn来调整。图4中的a表示移位寄存器25，26的启始信号。
一个(在这里未画出的)辊缝模型表示辊缝数值和轧制压力之间的关系。轧制压力由
具有变形阻力的轧件的绝对变形和相对变形产生。该阻力随着后拉力和前拉力的增
加而降低，而且视轧件速度而定。当轧件顶端在辊缝中穿入时，即产生轧制压力上
升。调整辊缝时的轧制压力上升不同于传统的轧辊定位调整。传统的定位调整因机
架定位和弹簧安装的调整而形成辊缝。辊缝调整可控制工作辊轴颈的间距，并使其
保持恒定。这样，弹性模数被对消，因而不需要通过轧件拉力或厚度调节来再调整。
如使用定位调节模型，定位可以通过一个电机定位调节装置和一个液压调节装置，
或者一个直接的辊缝调节装置作为先决条件。这些环节中的任何一个都不一样。比
如：如果开轧(Anstechen)时电机定位装置保持原位的话，那么辊缝仅仅因为机器的
弹性模量而变化。而液压调节装置在开轧时短时间分开，然后又调整到原位，但其
弹性拉力仍是分开的。辊缝调节装置开轧时分开，而且从理论上不依赖弹性模量而
调整到相同的轧开口。这些依赖性必须根据轧机当时的真实情况装入模型。
当然，前述多机架轧机的操作也可以用于单机架轧机。
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