一种基于带钢重量的热镀锌成品卷剪切优化方法

摘要

一种基于带钢重量的热镀锌成品卷剪切优化方法属于热镀锌生产控制技术领域。在带钢剪切设定模块增加优化设定计算过程，对剪切设定值进行优化计算。其优点在于，在进行剪切设定时，通过对生产线中带钢焊缝情况的判定，并考虑镀层重量计算获得用于剪切优化设定计算的带钢重量。然后根据成品卷剪切目标进行成品卷剪切优化设定计算，确定剪切设定参数，结合剪切位置与焊缝位置之间的距离进一步进行剪切位置的修正，从而提高带钢的成材率。

说明书

技术领域：

本发明属于热镀锌生产控制技术领域，特别涉及一种基于带钢重量的热镀锌成品卷剪切 优化方法。

背景技术

热镀锌生产是将除锈后的带钢浸入融化的锌液中，使带钢表面附着锌层，从而起到防腐 的目的，是一种有效的金属防腐方式，主要用于各行业的金属结构设施上。热镀锌生产是连 续的生产过程，在生产线的头部通过焊机将成卷的带钢焊接成为一体进行生产。出口带钢在 完成镀层、矫直，钝化等一系列生产过程后，通过卷取机完成成卷卷取，在卷取后需要根据 生产工艺和合同的要求进行成品卷剪切，完成钢卷的生产。

通常在按重量或定长进行成品卷剪切时，未考虑到生产过程中带钢的整体状况，只是简 单的满足了成品卷的剪切要求，由此可能会造成带钢剪切设定不合理，不能有效利用带钢， 造成带钢的浪费，降低产品的成材率。为了提高成品卷剪切时带钢的成材率，需要在带钢成 卷剪切时进行带钢剪切优化设定计算。并根据工艺和合同要求控制成品卷中焊缝的数量，与 钢卷重量共同控制剪切设定。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于带钢重量的热镀锌成品卷剪切优化方法，在原有控制系统 剪切设定中增加优化设定计算过程，如图1所示，实现带钢成品卷剪切的优化设定，提高产 品的成材率。并根据工艺和合同要求控制成品卷中焊缝的数量，与钢卷重量共同控制剪切设 定。

优化剪切过程计算步骤：

步骤一、设定计算过程触发：设定计算过程通过基础自动化(L1)系统信号进行触发， 当带钢头部或焊缝从出口区进入成品卷时触发设定计算过程；

步骤二、焊缝信息确定：

当生产线上没有焊缝时，结束进行焊缝信息的确定；

当生产线上存在焊缝时，从出口区向入口区对各分区进行焊缝信息确定，记录已查找到 的焊缝数量，并确定焊缝是否为第一个查找到的焊缝，计算确定从卷取机到出口剪前第一条 焊缝的带钢长度；

根据焊缝前后带钢的状态，确定焊缝是否为禁止进入成品卷的焊缝，如果焊缝为禁止进 入成品卷的焊缝，计算得到此焊缝位置的带钢长度，结束焊缝判断过程；

步骤三、计算用于剪切优化设定计算的带钢重量，计算流程如图3所示。

根据步骤二确定的焊缝信息，由卷取机到出口剪前第一条焊缝处带钢长度，并根据带钢 的宽度、厚度和密度计算得到此段带钢的重量；

根据设定的镀层镀锌量，计算得到该段带钢所需镀锌的重量，由此计算得到从卷取机到 出口剪前第一条焊缝处完成镀锌后带钢的重量；

所需镀锌重量计算公式为：

Weight_Zn＝W_steel×L_steel×(Coat_top+Coat_bottom)

式中：Weight_Zn—带钢表面镀锌层重量；

W_steel—带钢宽度；

L_steel—带钢长度；

Coat_top—带钢上表面单位面积目标镀锌重量；

Coat_bottom—带钢下表面单位面积目标镀锌重量；

判定生产线上是否存在禁止进入成品卷的焊缝，如果存在，由步骤二中确定的从卷取机 到禁止进入成品卷焊缝处的带钢长度，计算带钢的重量，并计算所需镀锌层重量，由此计算 得到用于剪切优化设定计算过程的带钢重量。完成带钢重量计算过程；

当生产线上不存在禁止进入成品卷的焊缝时，根据生产中所用的开卷机，计算得到开卷 机上带钢完成生产时镀锌后的带钢重量，并增加一个焊缝数量。继续判定未使用的开卷机、 钢卷准备站和数据库中同一生产计划、相同规格产品的带钢，并计算得到完成镀锌后可用于 剪切优化设定计算的带钢总重量；

步骤四、剪切优化设定计算过程，计算流程如图4所示。

带钢重量判定，当步骤三中计算得到的由卷取机到出口剪前第一条焊缝处的带钢重量小 于成品卷最小允许重量时，首先判定出口剪前焊缝是否为禁止进入成品卷内的焊缝，如果焊 缝为禁止进入成品卷焊缝，剪切设定为在焊缝处，结束剪切设定；如果焊缝可以进入成品卷， 继续判定焊缝数量是否达到最大允许数量，当焊缝数量大于最大允许数量时，剪切设定在焊 缝处，结束剪切设定；

当步骤三中计算得到的由卷取机到出口剪前第一条焊缝处的带钢重量位于目标成品卷重 最小重量和最大重量之间时，判定出口剪前焊缝是否为禁止进入成品卷焊缝，如果是，则剪 切设定在焊缝处，剪切设定结束；如果焊缝不是禁止进入成品卷的焊缝，则继续判定焊缝数 量是否等于成品卷最大允许焊缝数，如果焊缝数达到了最大值，则剪切设定在焊缝处，剪切 设定结束，否则继续；

根据步骤三中计算得到的可用于剪切优化设定计算带钢重量循环计算确定带钢重量可以 切分的卷数N，当存在N值使得带钢重量平均分为N卷，每卷带钢重量位于成品卷最小重量 与最大重量之间，剪切设定为按重量剪切，每卷带钢重量为计算结果；

如果不存在N值使得卷重满足成品卷要求时，继续进行带钢重量判定，如果带钢重量大 于成品卷目标卷重时，剪切设定为按带钢重量剪切，剪切重量为成品卷目标卷重；如果带钢 重量小于成品卷目标卷重，则剪切位置设定在出口剪前焊缝处；

在完成剪切设定后继续对剪切位置与焊缝位置进行判定，当剪切位置与焊缝位置之间的 带钢长度小于设定值时，将剪切位置修改在焊缝处，结束剪切设定。

完成剪切过程设定参数的计算，将设定参数通过过程自动化系统下发到基础自动化系统。

本发明特征在于：

1)在镀锌生产剪切设定中增加剪切优化设定计算过程，降低由于剪切设定不合理而造成 带钢的浪费。在剪切设定计算中根据带钢重量，以成品卷目标卷重要求为控制条件进行剪切 优化设定。

2)在完成剪切优化设定计算后，确定剪切设定位置和焊缝位置之间的距离，当剪切设定 位置和焊缝位置之间距离小于设定值时，将剪切位置修改到焊缝处。

3)在计算带钢重量时考虑其中存在的焊缝数，当焊缝数到达设定的成品卷中允许焊缝数 时结束带钢重量的计算，由此可以实现成品卷中焊缝数量的控制。

本发明的有益效果在于：提出一种可行的镀锌生产成品卷剪切优化设定计算方法。在进 行剪切设定时，根据带钢的重量，综合考虑焊缝情况，结合目标成品卷的要求进行剪切优化 设定计算，通过优化计算获得合理的剪切设定值，降低由于剪切不合理造成产品的浪费，提 高产品成材率。并根据工艺和合同要求控制成品卷中焊缝的数量，与钢卷重量共同控制剪切 设定。

附图说明

图1为剪切设定过程流程图

图2为生产线功能分区示意图，图中，1—钢卷准备站，2—开卷机，3—入口剪，4—焊 机，5—入口活套，6—清洗装置，7—加热炉，8—冷却装置，9—锌锅，10—光整机，11—矫 直机，12—出口活套，13—涂油装置，14—出口剪，15—卷取机

图3为带钢重量计算流程图

图4为优化设定计算过程流程图

具体实施方式

本发明是在常规剪切设定中增加剪切优化设定计算过程。在进行成品卷剪切设定时，综 合考虑生产中成品卷对焊缝数、成品卷卷重等要求，进行成品卷剪切过程的优化计算，从而 在满足工艺和合同的要求下提高生产成材率。

剪切优化设定过程具体步骤为：

(1).设定计算过程通过基础自动化(L1)系统信号进行触发，当带钢头部或焊缝从出口区 进入成品卷时触发设定计算过程；

(2).生产线上各分区内焊缝信息确定：

判定生产线上焊缝状态，并确定出口剪前第一条焊缝所在位置，并计算从卷取机到 该焊缝处带钢的长度；

判定生产线上是否存在禁止进入成品卷的焊缝，如果存在计算从卷取机到该焊缝处 带钢的长度。

(3).带钢重量计算；

计算从卷取机到出口剪前第一条焊缝位置带钢的重量；

计算用于剪切优化设定计算的带钢重量。

(4).剪切优化设定计算过程；

以成品卷目标卷重要求为控制条件，循环计算获得合理的分卷数量；

确定设定剪切位置与焊缝位置之间的距离，当设定剪切位置与焊缝位置之间的距离小 于设定值时，将剪切位置调整到焊缝处。

(5).完成剪切过程设定参数的计算，将设定参数通过过程自动化(L2)系统下发到基础自 动化(L1)系统。

下面以国内某热镀锌生产线为例，详细描述剪切设定及优化设定计算过程。

本实例中将生产线按照工艺功能分为入口区、入口活套区、清洗区、加热炉区、涂镀区、 光整区、张力矫直区、出口活套区和出口区9个功能分区，如图2所示，从开卷机到入口区 之前带钢作为开卷机钢卷处理，从出口区之后到卷取机带钢作为成品卷处理。

根据生产工艺要求和客户要求，将带钢中由不同生产计划或钢种、规格不同的带钢焊接 组成的焊缝作为禁止进入成品卷的焊缝处理；从卷取机逐步向生产线入口区统计焊缝数量， 当焊缝总数大于成品卷中允许的焊缝数时，此焊缝作为禁止进入成品卷的焊缝处理，由此可 以实现对成品卷中存在的焊缝数量的控制。成品卷中允许存在的焊缝数量根据工艺或者客户 要求进行设定，本实例中设定成品卷中允许存在焊缝数量为1。

本实例剪切优化设定过程具体步骤为：

(1).设定计算过程触发：设定计算过程通过基础自动化(L1)系统信号进行触发，当带钢 头部或焊缝从出口区进入成品卷时触发设定计算过程；

(2).焊缝信息确定：

当生产线上没有焊缝时，结束进行焊缝信息的确定；

当生产线上存在焊缝时，从出口区向入口区对各分区进行焊缝信息确定，记录已查找 到的焊缝数量，并确定焊缝是否为第一个查找到的焊缝，计算确定从卷取机到出口剪前 第一条焊缝的带钢长度；

根据焊缝前后带钢的状态，确定焊缝是否为禁止进入成品卷的焊缝，如果焊缝为禁止 进入成品卷的焊缝，计算得到此焊缝位置的带钢长度，结束焊缝判断过程；

(3).计算用于剪切优化设定计算的带钢重量，计算流程如图3所示。

根据步骤(2)确定的焊缝信息，由卷取机到出口剪前第一条焊缝处带钢长度，并根据 带钢的宽度、厚度和密度计算得到此段带钢的重量；

根据设定的镀层镀锌量，计算得到该段带钢所需镀锌的重量，由此计算得到从卷取 机到出口剪前第一条焊缝处完成镀锌后带钢的重量；

所需镀锌重量计算公式为：

Weight_Zn＝W_steel×L_steel×(Coat_top+Coat_bottom)

式中：Weight_Zn—带钢表面镀锌层重量；

W_steel—带钢宽度；

L_steel—带钢长度；

Coat_top—带钢上表面单位面积目标镀锌重量；

Coat_bottom—带钢下表面单位面积目标镀锌重量；

判定生产线上是否存在禁止进入成品卷的焊缝，如果存在，由步骤(2)中确定的从卷 取机到禁止进入成品卷焊缝处的带钢长度，计算带钢的重量，并计算所需镀锌层重量， 由此计算得到用于剪切优化设定计算过程的带钢重量。完成带钢重量计算过程；

当生产线上不存在禁止进入成品卷的焊缝时，根据生产中所用的开卷机，计算得到 开卷机上带钢完成生产时镀锌后的带钢重量，并增加一个焊缝数量。继续判定未使用的 开卷机、钢卷准备站和数据库中同一生产计划、相同规格产品的带钢，并计算得到完成 镀锌后可用于剪切优化设定计算的带钢总重量；

(4).剪切优化设定计算过程，计算流程如图4所示。

带钢重量判定，当步骤三中计算得到的由卷取机到出口剪前第一条焊缝处的带钢重 量小于成品卷最小允许重量时，首先判定出口剪前焊缝是否为禁止进入成品卷内的焊缝， 如果焊缝为禁止进入成品卷焊缝，剪切设定为在焊缝处，结束剪切设定；如果焊缝可以 进入成品卷，继续判定焊缝数量是否达到最大允许数量，当焊缝数量大于最大允许数量 时，剪切设定在焊缝处，结束剪切设定；

当步骤三中计算得到的由卷取机到出口剪前第一条焊缝处的带钢重量位于目标成品 卷重最小重量和最大重量之间时，判定出口剪前焊缝是否为禁止进入成品卷焊缝，如果 是，则剪切设定在焊缝处，剪切设定结束；如果焊缝不是禁止进入成品卷的焊缝，则继 续判定焊缝数量是否等于成品卷最大允许焊缝数，如果焊缝数达到了最大值，则剪切设 定在焊缝处，剪切设定结束，否则继续；

根据步骤三中计算得到的可用于剪切优化设定计算带钢重量循环计算确定带钢重量 可以切分的卷数N，当存在N值使得带钢重量平均分为N卷，每卷带钢重量位于成品卷 最小重量与最大重量之间，剪切设定为按重量剪切，每卷带钢重量为计算结果；

如果不存在N值使得卷重满足成品卷要求时，继续进行带钢重量判定，如果带钢重 量大于成品卷目标卷重时，剪切设定为按带钢重量剪切，剪切重量为成品卷目标卷重； 如果带钢重量小于成品卷目标卷重，则剪切位置设定在出口剪前焊缝处；

在完成剪切设定后继续对剪切位置与焊缝位置进行判定，当剪切位置与焊缝位置之 间的带钢长度小于出口区长度时，将剪切位置修改在焊缝处，结束剪切设定。

(5).完成剪切过程设定参数的计算，将设定参数通过过程自动化(L2)系统下发到基础自 动化(L1)系统。

采用以上步骤可以实现对剪切设定值的优化。实例中带钢基本参数如下：

带钢尺寸为：厚度1.0mm，宽度1200mm；共有10卷带钢进行生产，钢卷重量如表1。

表1

钢卷编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 钢卷重量/10³Kg 21.5 19.8 20.4 19.7 18.9 23.3 22.6 21.2 20.5 21.8

带钢双面镀锌量为200g/m²，目标成品卷卷重为：20×10³Kg，成品卷卷重最小值：18×10³Kg， 成品卷卷重最大值：22×10³Kg。

当采用剪切优化设定计算时剪切设定结果如表2。

表2

钢卷编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 钢卷重量/10³Kg 20.9 20.9 20.9 20.77 20.9 20.3 20.9 20.9 20.9 21.0

当不进行剪切优化设定计算时，剪切过程按成品卷目标卷重20×10³Kg进行剪切设定，此 剪切设定会在最后出现9197Kg尾料，造成带钢浪费。

当进行剪切优化设定计算时，则只会出现810Kg尾料。由此可见采用剪切优化设定计算 可以减少带钢由于剪切过程造成的浪费。