棒材生产线飞剪控制系统末机架轧机工作辊径补偿方法

摘要

本发明提供一种棒材生产线飞剪控制系统末机架轧机工作辊径补偿的方法，通过测量末机架轧机的脉冲当量；计算末机架的实际工作辊径；对计算的工作辊径值进行数值分析；工作辊径自动补偿；工作辊径人工干预等五种手段综合起来，实现棒材生产线3#飞剪控制系统末机架轧机工作辊径不精确时的高精度倍尺剪切控制。采用本发明方法可以解决棒材生产线中末机架轧机工作辊径不精确对3#飞剪的影响，提高倍尺剪切精度；无需额外增加热金属检测仪，仅仅利用3#飞剪前面的热金属检测仪及用于裙板控制的热金属检测仪，即实现了末机架轧机工作辊径的补偿，节省了成本。

说明书

技术领域

本发明属于电气控制领域，特别是涉及棒材生产线飞剪控制系统末机架轧机工作辊径补偿的方法。 

背景技术

在热连轧棒材生产线中，飞剪是提高生产率及成材率的关键设备。目前棒材生产线上的飞剪均采用全数字化电气控制的启停式飞剪（包括回转式、曲柄连杆式、曲柄连杆飞轮式）。飞剪主要的工艺功能有：剪头、剪尾、倍尺剪切、碎断等。在生产过程中，3#飞剪作为倍尺飞剪，其剪切的精度至关重要，是提高成材率及生产率的核心设备，3#飞剪的剪切精度是其重要考核指标。 

在实际的项目应用中，飞剪剪切长度通常是靠末机架轧机工作辊径换算成电机轴端编码器的脉冲数间接计算得到，计算精度受到末机架轧机工作辊径的直接影响，因此对末机架轧机工作辊径进行校正是提高飞剪剪切精度的必要手段。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种棒材生产线飞剪控制系统末机架轧机工作辊径补偿的方法，能够提高飞剪剪切精度。 

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：棒材生产线飞剪控制系统末机架轧机工作辊径补偿的方法，其特征在于：它包括以下步骤： 

1）计算末机架轧机的脉冲当量 ：

                                （1），

式（1）中L₁为第一热金属检测仪到3#飞剪剪切中心线的距离；L₂为第二热金属检测仪到3#飞剪剪切中心线的距离；n为末机架轧机电机轴端编码器脉冲计数值；

其中L₁和L₂已知；当轧件的头部到达第一热金属检测仪时，启动脉冲计数功能块，对末机架轧机电机轴端编码器进行计数，当该轧件头部第一次达到第二热金属检测仪时，停止计数，获得n；

第一热金属检测仪位于3#飞剪前面，第二热金属检测仪用于裙板控制，二者均为原飞剪控制系统中的部件；

2）利用长度等效原理计算末机架轧机的实际工作辊径D_f；

3）对计算的实际工作辊径D_f进行数值分析：每根轧件计算一次实际工作辊径并进行存储，求最近m根轧件的实际工作辊径的平均值及方差，排除异常值，对有效值取平均值，作为工作辊径的校正值并进行存储；m根据精度而设定；

4）工作辊径自动补偿：将末机架轧机的工作辊径设置为工作辊径的校正值。

按上述方案，它还包括步骤5）工作辊径人工干预：将末机架轧机的工作辊径设置为轧线PLC下发的设定值加上人工干预值；其中人工干预值由经验设定；此步骤由人工激活，且在禁止步骤4）时启动。 

按上述方案，所述的步骤2）实际工作辊径D_f的计算公式为： 

                               （2），

式（2）中i为末机架轧机减速比为，N为末机架轧机电机轴端编码器每转脉冲数。

按上述方案，所述的步骤3）在判断异常值时，设定方差范围，若计算的方差超出方差范围则被判断有异常值，首先排除与平均值的差最大的实际工作辊径值，并计算下一根轧件的工作辊径值，重新进行数值校验，直到方差值小于设定范围，则认为计算值稳定可信并进行存储。 

本发明的有益效果为： 

1、采用本发明方法可以解决棒材生产线中末机架轧机工作辊径不精确对3#飞剪的影响，提高倍尺剪切精度。

2、无需额外增加热金属检测仪，仅仅利用3#飞剪前面的热金属检测仪及用于裙板控制的热金属检测仪，即实现了末机架轧机工作辊径的补偿，节省了成本。 

3、通过试验发现，倍尺剪切精度提升明显，剪切速度21m/s时，误差由200mm减小到75mm。 

4、应用广泛，可以推广应用到棒线材生产线飞剪的剪头、剪尾等控制，不受飞剪控制器的限制。 

附图说明

图1为3#飞剪的工艺布局示意图。 

图2为飞剪剪刃运行轨迹示意图。 

图中：1.末机架轧机；2.第一热金属检测仪；3.飞剪；4.第二热金属检测仪；5.剪刃加速区域；6.剪刃起始位；7.剪切点；8.入切角；9.离切角。 

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。 

本发明提供的棒材生产线3#飞剪控制系统末机架轧机工作辊径补偿方法是一种先进的棒材生产线飞剪的电气控制方法，具体是：通过测量末机架轧机的脉冲当量；计算末机架的实际工作辊径；对计算的工作辊径值进行数值分析；工作辊径自动补偿；工作辊径人工干预等五种手段综合起来，实现棒材生产线3#飞剪控制系统末机架轧机工作辊径不精确时的高精度倍尺剪切控制。 

棒材生产线飞剪控制系统末机架轧机工作辊径补偿的方法包括以下步骤： 

1）计算末机架轧机的脉冲当量：

                                （1），

式（1）中L₁为第一热金属检测仪2到3#飞剪3剪切中心线的距离；L₂为第二热金属检测仪4到3#飞剪3剪切中心线的距离；n为末机架轧机电机轴端编码器脉冲计数值；

如图1所示，其中L₁和L₂已知；当轧件的头部到达第一热金属检测仪2时，启动脉冲计数功能块，对末机架轧机1电机轴端编码器进行计数，当该轧件头部第一次达到第二热金属检测仪4时，停止计数，获得n；第一热金属检测仪2位于3#飞剪3前面，第二热金属检测仪4用于裙板控制，二者均为原飞剪控制系统中的部件，无需增加新的热金属检测仪。

当飞剪有重复剪切时，同一段轧件，第一热金属检测仪2一直处于高电平状态，第二热金属检测仪4会检测到重复的上升沿信号（轧件头部信号），则根据第一热金属检测仪2的信号判断，此时仍然属于同一段轧件，故第二热金属检测仪4重复的上升沿信号不对脉冲计数功能块的逻辑产生影响，只有第一次上升沿信号对脉冲计数功能块有效。 

2）利用长度等效原理计算末机架轧机的实际工作辊径D_f。 

末机架轧机工作辊径的回转周长等于轧辊旋转一周轧件走过的长度。设末机架轧机减速比为i，末机架轧机电机轴端编码器每转脉冲数N=1024，则可得到如下计算式： 

；

则可求得末机架轧机工作辊径为：

                （2）。

3）对计算的实际工作辊径D_f进行数值分析：每根轧件计算一次实际工作辊径并进行存储，求最近m根轧件的实际工作辊径的平均值及方差，排除异常值，对有效值取平均值，作为工作辊径的校正值并进行存储；m根据精度而设定，本实施例中取m=8。 

为了使补偿值真实可信，有必要对计算出的工作辊径值进行校验，排除异常值及无效值。生产过程中每次更换产品规格，飞剪控制系统自动计算每种产品规格前几根轧件的实际工作辊径值、、……、，取最近8次并计算平均值如下： 

，

计算方差值如下：

                        ，

当方差值Var²小于设定范围时，工作辊径计算值可信并且稳定，则：

                    

上式中，为末机架轧机工作辊径校正值。

当方差值大于设定范围时，则最近8次实际工作辊径值可能存在异常值，首先排除对应的工作辊径值，并计算下一根轧件的工作辊径值，重新进行数值校验，直到方差值小于设定范围，则认为计算值稳定可信并进行存储。 

4）工作辊径自动补偿：将末机架轧机的工作辊径设置为工作辊径的校正值。 

在飞剪控制系统画面勾选“工作辊径自动补偿”后，末机架轧机工作辊径自动补偿功能被激活。由上述第三步计算出末机架轧机有效工作辊径校正值之后，控制系统自动将末机架轧机工作辊径值置为校正值。当取消勾选“工作辊径自动补偿”时，末机架轧机工作辊径自动补偿功能被禁止，飞剪控制系统自动将末机架轧机辊径值置为轧线PLC下发的设定值。 

参见图1和图2，飞剪定位到起始位6是必要条件。连续剪切过程中，每次剪切周期完成，飞剪自动定位到剪刃起始位6。倍尺剪切时，当第一热金属检测仪2检测到轧件头部时，长度测量脉冲计数功能块被激活，当达到目标计数值时，启动飞剪，剪刃从起始位6加速到入切位置8，经过剪切点7之后到达离切位置9，剪刃开始减速并定位，当速度较快时，剪刃可能冲过初始位6，则反爬定位至初始位6，完成一次剪切过程，实现了设定长度的剪切。图2中编号5为剪刃加速区域5。 

设剪切长度为L，当第一热金属检测仪2检测到轧件头部时，轧件再走L_k的距离后，飞剪启动，则可得到如下计算式： 

L+L₁-Rsinθ=L_k+Vt，

则可得到：

，

末机架轧机辊每转脉冲数为1024，则上式所对应的脉冲数如下式所示，此即为飞剪启动前的目标计数值：

，

上述公式中：i为上游机架轧机减速比；D_f为上游机架轧机工作辊径；L为设定剪切长度；L₁为第一热金属检测仪2到飞剪剪切中心线的距离；R为剪刃回转半径；D为剪刃回转直径；α为剪刃起始角；θ为入切角。

当末机架轧机工作辊径自动补偿功能被激活后，系统自动将末机架工作辊径值置为校正值D_fcorr，则飞剪启动前，脉冲计数目标值计算公式为： 

上式即为末机架工作辊径自动补偿功能激活后倍尺剪切长度计算公式。

5）工作辊径人工干预：将末机架轧机的工作辊径设置为轧线PLC下发的设定值加上人工干预值；其中人工干预值由经验设定；此步骤由人工激活，且在禁止步骤4）时启动。 

当末机架轧机工作辊径自动补偿功能被禁止时，人工干预有效，否则人工干预无效。轧线PLC下发末机架轧机工作辊径设定值，并在飞剪控制系统画面上显示，操作人员可以根据飞剪实际剪切的精度手动修正该设定值，从而可以调节飞剪剪切长度的精确度。末机架轧机工作辊径实际上是作为飞剪剪切长度计算的比例尺来进行调整。 

人工干预有效时，末机架工作辊径值计算式如下： 

D_f=D_fset+△D，

上式中，D_f为上游机架轧机工作辊径；D_fset为轧线PLC下发的末机架工作辊径设定值(工艺参数)；△D为人工干预值，可为正也可为负。

采用人工干预后，倍尺剪切长度计算公式如下： 

，

从上式可知，末机架轧机工作辊径实际上是作为飞剪倍尺剪切长度计算的比例尺来进行调整的。根据实际剪切的倍尺长度，通过人工干预的方式，适当的增加或减少工作辊径值，可以提高倍尺剪切精度，提高成材率。