应用于带钢纵剪线的带钢活套量调节方法

摘要

本发明具体地指一种应用于带钢纵剪线的带钢活套量调节方法，它是通过在活套坑内设置检测活套深度范围的光电开关，利用工控系统计算给出速度补偿量对前、后带钢的运行速度进行动态调节，从而控制机组活套量与机组速度在一个稳定的范围内的方法。它包括如下步骤：1)检测光电信号；2)将光电信号结果与真值表进行对比，根据对比结果计算第一个速度补偿量ΔVs1；3)检测张力辊和圆盘剪的实际速度；4)根据第3)步的检测结果计算第二个速度补偿量ΔVs2；5)计算出总的张力辊设定速度Vs，并将Vs设定给相应的张力辊，从而达到调节前、后活套量的效果：对于前张力辊，Vs＝V+(ΔVs1+ΔVs2)；对于后张力辊，Vs’＝V-(ΔVs1+ΔVs2)，其中，V为圆盘剪基准设定速度。

说明书

技术领域

本发明涉及冷轧带钢的生产工艺，具体地指一种应用于带钢纵剪线的带钢活套量调节方法。

背景技术

冷轧带钢纵剪线是冷轧带钢生产中的一条重要生产线，它主要是对冷轧带钢进行纵剪、分卷、修边的连续作业。该生产线主要由开卷机、张力辊、圆盘剪、卷取机、夹送辊、边部对齐装置和上、卸卷小车等设备组成。

冷轧带钢纵剪线主要功能是完成对带钢的边部纵剪，使其宽度能够达到设计要求，同时能够对带钢起到修剪的作用，提高带钢的产品质量。圆盘剪是完成带钢纵剪的主要设备，根据冷轧带钢纵剪线的最大生产速度及纵剪精度不同，对圆盘剪的工艺要求也存在不同的要求。当冷轧带钢纵剪线的最大生产速度大于200m/min，或者是纵剪精度要求控制在0.1mm时，需要圆盘剪在无张力条件下工作，所以在圆盘剪的前、后需要设置充料活套以达到圆盘剪的无张力条件。圆盘剪的前、后充料活套分别为入口活套和出口活套，入口活套和出口活套同为立活套。活套底部距离地面的垂直高度一般在5至8米之间，带钢在活套内部的高度调节范围一般为两米，以5米深的活套为例，其高度调节范围一般在-2米到-4米。活套是用来检测和调整圆盘剪前、后带钢的运行速度从而实现圆盘剪无张力条件的一种手段。

目前应用于冷轧带钢纵剪线圆盘剪前、后活套的调节方式主要有两种：一种是连续自动调节，另一种是离散自动调节，两种调节方式各有利弊。连续自动调节方法是根据实时的活套设定高度与活套扫描器检测的活套高度的偏差产生速度修正信号，通过调整前、后活套的带钢运行速度，维持活套高度在给定值上下不变，从而实现其前、后圆盘剪的带钢运行速度的匹配；离散自动调节方法是在活套坑内设置检测上下极限信号的光电开关，当带钢达到上下极限位置时，工控系统自动给出速度补偿量ΔV对前、后带钢的运行速度进行调节，从而控制机组活套量与机组速度在一个稳定的范围内。第一种方法的优点是调节精度高，控制性能好，其缺点是对活套高度的测量精度要求比较高，调节范围受到活套高度的测量传感器范围限制，一般在0.5米到1米之间，同时高精度的检测设备的工程造价较高；第二种方法的优点是硬件设备简单，工程造价低，调节范围不受限制，其缺点是调节精度不高，控制性能差，不能够实时调节，且离散调节容易对系统造成冲击，不利于系统的长期运行。

以上两种方法是应用于冷轧带钢纵剪线活套量自动调节较成熟的技术，从技术和成本角度考虑，如何能够应用简单的硬件设备实现对活套的高精度、优控制、大范围调节是该生产线技术难点。

发明内容

本发明的目的就是克服上述现有调节方法存在的不足，提供一种应用于带钢纵剪线的带钢活套量调节方法，能够同时满足调节精度、调节范围、控制性能和低工程造价等要求。

为实现上述目的，本发明提供的一种应用于带钢纵剪线的带钢活套量调节方法，是通过在活套坑内设置检测活套深度范围的光电开关，利用工控系统计算给出速度补偿量对前、后带钢的运行速度进行动态调节，从而控制机组活套量与机组速度在一个稳定的范围内的方法。

本发明的基本原理是：

以圆盘剪的设定速度V作为本条生产线的设定速度V，通过调节活套前、后的张力辊的运行速度达到调节前、后活套量的目的。前、后张力辊的设定速度Vs由两部分组成，一部分是基准设定速度，即圆盘剪的设定速度V，一部分是附加设定速度ΔVs，即有

Vs＝V±ΔVs，                 (1)

附加速度是实时变化的速度，其调节范围在±5％V。前、后张力辊附加设定速度ΔVs又可以分成两个分量ΔVs1和ΔVs2，即

ΔVs＝ΔVs1+ΔVs2，            (2)

其中，第一个速度补偿量ΔVs1的大小是由活套的套量决定的，第二个速度补偿量ΔVs2的大小是由张力辊与圆盘剪的实际速度差决定的。

以下以入口活套为例，说明如何通过检测带钢在活套内的大概深度位置、张力辊以及圆盘剪的实际速度，应用该方法实现对活套量的调节。

1.ΔVs1的确定

首先，分别在距离地面四个不同深度的地方设置光电开关，将活套分为五个区间。其中，中间两个光电开关的距离约为2m，作为活套的中间位置。

设置一个真值表，即可通过四个光电开关的信号排列判断带钢处于活套的实际深度范围。如果四个光电开关的信号不是按照真值表所列的情况，则说明其中至少有一个光电开关故障。

为保证ΔVs1连续变化，按照下式确定任意时刻t时的ΔVs1：

ΔVs1＝ΔVs1_(t-1)+k·V·t，           (3)

其中，ΔVs1_(t-1)为前一秒钟张力辊第一个速度补偿量，当t≤1时，初始值ΔVs1_(t-1)＝0；k为张力辊附加设定速度变化率，且满足0.0025≤|k|≤0.01，|k|越大，速度的调节越快，|k|越小，速度的调节越连续、流畅；t为时间。

上述的式(3)又可以分解成以下四个表达式：

当带钢处于活套中间位置以下时：

ΔVs1＝ΔVs1_(t-1)+|k|·V·t，其中ΔVs1_max＝0.04V；(3.1)

当带钢处于活套中间位置以上时：

ΔVs1＝ΔVs1_(t-1)-|k|·V·t，其中ΔVs1_min＝-0.04V；(3.2)

当带钢处于活套中间位置时：

若ΔVs1_(t-1)≥0，则ΔVs1＝ΔVs1_(t-1)-|k|·V·t，ΔVs1_min＝0；(3.3)

若ΔVs1_(t-1)＜0，则ΔVs1＝ΔVs1_(t-1)+|k|·V·t，ΔVs1_max＝0。(3.4)

2.ΔVs2的确定

通过上述公式(3)计算出来的前张力辊第一个速度补偿量，只能够将带钢控制在活套中间位置，如果不能够消除前张力辊与圆盘剪之间的速度差，那么带钢就会在活套中间位置上下反复调节，不能够使带钢处在相对稳定的状态。所以需要增加另外一个前张力辊附加设定速度，即第二个速度补偿量ΔVs2来消除前张力辊与圆盘剪之间的速度差。计算第二个速度补偿量ΔVs2的基本原理是，通过测量前张力辊和圆盘剪的实际速度Va1和Va2，将Va2与Va1的差值的10％每秒钟累加的和作为ΔVs2的值，这样经过反复累加求得的第二个速度补偿量ΔVs2能够消除前张力辊和圆盘剪的实际速度偏差，因而能够使带钢处在相对稳定的状态。

$\mathrm{\Delta Vs}2=\underset{t=0}{\overset{t}{\Sigma }}\frac{{\mathrm{Va}1}_t-{\mathrm{Va}2}_t}{10}---\left(4\right)$

其中：Va1_t为t时刻前张力辊的实际速度；Va2_t为t时刻圆盘剪的实际速度；并控制|ΔVs2|≤0.01V。

3.Vs的确定

综合上述式(1)、(2)、(3)和(4)，能够得到前张力辊的设定速度Vs：

$\mathrm{Vs}=V+\Delta {\mathrm{Vs}1}_{(t-1)}+k·V·t+\underset{t=0}{\overset{t}{\Sigma }}\frac{{\mathrm{Va}1}_t-{\mathrm{Va}2}_t}{10}---\left(5\right)$

以上计算方法计算出来的Vs是前张力辊的设定速度，后张力辊的基准设定速度与前张力辊的基准设定速度相同，而后张力辊的附加设定速度可以看做是反向附加，计算方法与前张力辊的附加设定速度相同，只是极性相反，将上述针对前张力辊的物理量赋予后张力辊，即有

${\mathrm{Vs}}^{,}=V-\Delta {\mathrm{Vs}1}_{(t-1)}-k·V·t-\underset{t=0}{\overset{t}{\Sigma }}\frac{{\mathrm{Va}1}_t-{\mathrm{Va}2}_t}{10}---\left(5^{,}\right)$

综上原理所述，本发明的应用于带钢纵剪线的带钢活套量调节方法具体包括如下步骤：

1)检测光电信号；

2)将光电信号结果与真值表进行对比，根据对比结果计算第一个速度补偿量ΔVs1；

3)检测张力辊和圆盘剪的实际速度；

4)根据第3)步的检测结果计算第二个速度补偿量ΔVs2；

5)计算出总的张力辊设定速度Vs，并将Vs设定给相应的张力辊，从而达到调节前、后活套量的效果：

对于前张力辊，Vs＝V+(ΔVs1+ΔVs2)；

对于后张力辊，Vs＝V-(ΔVs1+ΔVs2)，

其中，V为圆盘剪基准设定速度。

所述步骤2)中，ΔVs1由下式计算得到：

ΔVs1＝ΔVs1_(t-1)+k·V·t；

其中，ΔVs1_(t-1)为前一秒的张力辊第一个速度补偿量，当t≤1时，ΔVs1_(t-1)＝0；

k为张力辊附加设定速度变化率，且满足0.0025≤|k|≤0.01；

t为时间。

所述第一个速度补偿量ΔVs1最好满足|ΔVs1|≤0.04V。

所述步骤4)中，ΔVs2由下式计算得到：

$\mathrm{\Delta Vs}2=\underset{t=0}{\overset{t}{\Sigma }}\frac{{\mathrm{Va}1}_t-{\mathrm{Va}2}_t}{10}$

其中，Va1_t和Va2_t分别为t时刻张力辊和圆盘剪的实际速度。

所述第二个速度补偿量ΔVs2最好满足|ΔVs2|≤0.01V。

与现有技术相比，本发明同时利用了两种方法，通过动态、连续地调节前、后张力辊的设定速度，达到有效调节入口活套、出口活套的活套量的目的，进而实现了带钢纵剪线中圆盘剪的无张力条件的效果；且较现有的连续自动调节方法，所用的硬件设备简单、成本低廉。

附图说明

图1为应用本发明方法的带钢纵剪线的设备布置示意图；

图2为本发明应用于带钢纵剪线的带钢活套量调节方法中张力辊速度设定的流程图；

图中，开卷机1，前张力辊2，圆盘剪3，后张力辊4，卷取机5，入口活套6，入口活套第一光电开关7，入口活套第二光电开关8，入口活套第三光电开关9，入口活套第四光电开关10，出口活套11，出口活套第一光电开关12，出口活套第二光电开关13，出口活套第三光电开关14，出口活套第四光电开关15。

具体实施方式

以下结合附图和一个具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1所示，应用本发明方法的带钢纵剪线包括了依次设置的开卷机1、前张力辊2、圆盘剪3、后张力辊4和卷取机5。为了确保在较大的生产速度(大于200m/min)和较高的精度条件(不低于0.1mm)下，对圆盘剪3的无张力条件的要求，在圆盘剪3与前张力辊2、后张力辊4之间分别设置了入口活套6和出口活套11。

如图2所示，本发明中张力辊速度设定方法大致包括如下步骤：

步骤101：检测生产线机组是否运行；

步骤102：检测光电信号；

步骤103：将步骤102的光电信号结果与真值表进行对比，根据对比结果计算第一个速度补偿量ΔVs1；

步骤104：检测张力辊和圆盘剪的实际速度；

步骤105：根据第步骤104的检测结果计算第二个速度补偿量ΔVs2；

步骤106：计算出总的张力辊设定速度Vs，并将Vs设定给相应的张力辊，从而达到调节前、后活套量的效果。

具体地说：

以圆盘剪3的设定速度V作为本条生产线的设定速度V，也即为前张力辊2和后张力辊4的基准设定速度。通过分别获取第一个速度补偿量ΔVs1和第二个速度补偿量ΔVs2，以得到前张力辊2和后张力辊4的附加设定速度ΔVs，即

ΔVs＝ΔVs1+ΔVs2

本实施例中活套的深度为5m。分别在距离地面-2m、-2.5m、-3.5m、-4m的地方设置两组共八个光电开关，即图中的入口活套第一光电开关7、入口活套第二光电开关8、入口活套第三光电开关9、入口活套第四光电开关10，以及出口活套第一光电开关12、出口活套第二光电开关13、出口活套第三光电开关14、出口活套第四光电开关15。每组光电开关的信号结果与带钢的深度D范围的关系如下表一所示。

表一

  -5m≤D≤  -4m  -4m＜D≤  -3.5m  -3.5m＜D  ≤-2.5m  -2.5m＜D  ≤-2m  -2m＜D≤  0m  光电开  关7/12  1  1  1  1  0  光电开  关8/13  1  1  1  0  0  光电开  关9/14  1  1  0  0  0  光电开  关10/15  1  0  0  0  0

以下以入口活套6为例。由表一能够很容易地判断带钢所处的大致深度。当-3.5m＜D≤-2.5m，带钢处在入口活套6的中间位置；当D≤-3.5m，即带钢处在入口活套6的中间位置以下，此时需要降低前张力辊2的运行速度；当D＞-2.5m，即带钢处在入口活套6的中间位置以上时，则需要提高前张力辊2的运行速度。ΔVs1的大小是根据活套的套量不停的变化。为了保证ΔVs1的变化是连续的，ΔVs1按照每秒钟|k|·V递增(或递减)，其中，0.0025≤|k|≤0.01，即有：

ΔVs1＝ΔVs1_(t-1)+k·V·t，

本实施例中，|k|取0.005，根据光电开关的信号与表一进行对比后，可选择下列相应的公式进行ΔVs 1的计算：

当D≤-3.5m时，

ΔVs1＝ΔVs1_(t-1)+0.005·V·t，其中ΔVs1_max＝0.04V；

当D＞-2.5m时，

ΔVs1＝ΔVs1_(t-1)-0.005·V·t，其中ΔVs1_min＝-0.04V；

当-3.5m＜D≤-2.5m时，

若ΔVs1_(t-1)≥0，则ΔVs1＝ΔVs1_(t-1)-0.005·V·t，ΔVs1_min＝0；

若ΔVs1_(t-1)＜0，则ΔVs1＝ΔVs1_(t-1)+0.005·V·t，ΔVs1_max＝0。

其中，t≤1时，初始值ΔVs1_(t-1)＝0。

另外，使用测速编码器对前张力辊2和圆盘剪3的实际速度Va1_t和Va2_t分别进行测量，利用下式计算第二个速度补偿量ΔVs2：

$\mathrm{\Delta Vs}2=\underset{t=0}{\overset{t}{\Sigma }}\frac{{\mathrm{Va}1}_t-{\mathrm{Va}2}_t}{10}$

并控制|ΔVs2|≤0.01V。

由此，对于前张力辊2，设定速度Vs为：

$\mathrm{Vs}=V+\Delta {\mathrm{Vs}1}_{(t-1)}+0.005·V·t+\underset{t=0}{\overset{t}{\Sigma }}\frac{{\mathrm{Va}1}_t-{\mathrm{Va}2}_t}{10}$

类似地，将上述物理量赋予后张力辊4后，得到其设定速度Vs’为：

${\mathrm{Vs}}^{,}=V-\Delta {\mathrm{Vs}1}_{(t-1)}-0.005·V·t-\underset{t=0}{\overset{t}{\Sigma }}\frac{{\mathrm{Va}1}_t-{\mathrm{Va}2}_t}{10}$

通过实时调节前张力辊2和后张力辊4的设定速度，即可动态的实现圆盘剪3的无张力条件。

该实施例中使用的硬件设备包括了西门子公司的400系列PLC、西门子公司的6SE70变频器驱动、TURK测速编码器以及SICK光电开关等。软件编程平台为STEP7v5.4。上述硬件、软件系统均为现有技术。

当活套深度为5m或者其它值时，可以按照如下原则设置四个光电开关：选择靠近活套中部的2m作为活套的中间位置，分别设置两个光电开关；在距离活套顶端和底端1m左右处分别设置另外两个光电开关。例如：当活套深度为8m时，可依次在距离地面-1m、-3m、-5m、-7m深度设置光电开关。当然，随者调节精度的要求不同，也可以相应调整各光电开关的具体位置。