1880精軋機(jī)咬鋼信號(hào)的研究與優(yōu)化

摘 要：在熱連軋機(jī)組中，精軋機(jī)咬鋼信號(hào)的成功建立對(duì)于帶鋼頭部的順利穿帶以及整塊帶鋼的穩(wěn)定軋制都起著至關(guān)重要的作用。咬鋼信號(hào)的準(zhǔn)確性還關(guān)系到活套、導(dǎo)板、機(jī)架間冷卻水等的動(dòng)作時(shí)序，一旦出錯(cuò)精軋機(jī)架內(nèi)的整個(gè)軋制過程將被打亂，造成廢鋼及設(shè)備損壞等嚴(yán)重后果。隨著產(chǎn)品規(guī)格的不斷拓展，對(duì)于如何產(chǎn)生和判斷咬鋼信號(hào)也提出了更高的要求。因此，文章從L1控制角度出發(fā)，對(duì)咬鋼信號(hào)的產(chǎn)生方式進(jìn)行研究，并分析了前期由于咬鋼誤信號(hào)而導(dǎo)致的精軋機(jī)架間廢鋼原因，提出了改進(jìn)方案，實(shí)施后現(xiàn)場實(shí)際效果良好。

關(guān)鍵詞：咬鋼信號(hào)；穩(wěn)定穿帶；絕對(duì)值咬鋼信號(hào)；變化率咬鋼信號(hào)

1 問題點(diǎn)提出

1.1 背景描述

1880熱軋投產(chǎn)至今已接近四年，由于該產(chǎn)線是一條致力于軋制精品硅鋼及高強(qiáng)鋼的熱軋產(chǎn)線，因此帶鋼之間的特性差異區(qū)別很大，這就給精軋機(jī)架間的咬鋼信號(hào)判斷方式帶來很大困擾。開工初期就發(fā)生過在硅鋼軋制時(shí)由于咬鋼信號(hào)門檻值設(shè)定太高導(dǎo)致信號(hào)沒有產(chǎn)生而造成的廢鋼事件。近期，隨著產(chǎn)品規(guī)格及品種的不斷拓展，又相繼發(fā)生精軋機(jī)咬鋼信號(hào)產(chǎn)生時(shí)刻不準(zhǔn)確導(dǎo)致的廢鋼或異常事件，給整條軋線的穩(wěn)定軋制帶來了很大困擾。

事后從ODG（在線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）分析，咬鋼信號(hào)的不準(zhǔn)確直接導(dǎo)致了活套設(shè)備的異常動(dòng)作（提前或滯后抬起）。文章主要從咬鋼信號(hào)的產(chǎn)生原理出發(fā)，找到異常原因，同時(shí)提出改進(jìn)方案，杜絕類似事故的再次發(fā)生。

1.2 曲線分析

1.2.1 咬鋼信號(hào)提前產(chǎn)生

2010年8月25日15點(diǎn)03分，在軋制試驗(yàn)產(chǎn)品磁軛鋼時(shí)，操作工反應(yīng)2#活套起大套，前幾塊通過手動(dòng)干預(yù)軋機(jī)速度，勉強(qiáng)將活套角度拉回，但軋制到第3塊時(shí)2#活套起套嚴(yán)重，廢鋼。咬鋼信號(hào)的產(chǎn)生應(yīng)該是軋制力達(dá)到一定門檻值所產(chǎn)生的，但從ODG曲線看，F(xiàn)3軋制力反饋信號(hào)的產(chǎn)生的時(shí)刻點(diǎn)比F3咬鋼信號(hào)產(chǎn)生的時(shí)刻點(diǎn)足足晚了150ms，由此可以看出該咬鋼信號(hào)是一個(gè)假信號(hào)。又因?yàn)?#活套的抬起時(shí)刻點(diǎn)是根據(jù)F3咬鋼信號(hào)的產(chǎn)生時(shí)刻點(diǎn)所同步動(dòng)作的，因此活套設(shè)備的動(dòng)作提前發(fā)生，導(dǎo)致活套起大套。

1.2.2 咬鋼信號(hào)滯后產(chǎn)生

2013年8月30日下午14點(diǎn)15分，操作工反應(yīng)活套有滯后抬起現(xiàn)象，造成帶鋼批量軋破。后通過觀察ODG曲線發(fā)現(xiàn)，活套抬起的時(shí)刻點(diǎn)與咬鋼信號(hào)產(chǎn)生的時(shí)刻點(diǎn)完全吻合，但問題就出在各機(jī)架軋制力反饋信號(hào)所產(chǎn)生的時(shí)刻點(diǎn)比咬鋼信號(hào)產(chǎn)生時(shí)刻點(diǎn)提前很多，且越到后機(jī)架越明顯，兩個(gè)信號(hào)之間相差的時(shí)刻點(diǎn)越遠(yuǎn)，與表1中的情況剛好相反。由此可以看出，咬鋼信號(hào)產(chǎn)生的時(shí)刻點(diǎn)又是一個(gè)假信號(hào)。

2 咬鋼信號(hào)原理分析

2.1 產(chǎn)生條件

1880熱軋精軋機(jī)采用“軋制力絕對(duì)值或變化率方式”產(chǎn)生咬鋼信號(hào)。

軋制力絕對(duì)值方式：軋制力大于一個(gè)門檻值（1）即認(rèn)為機(jī)架咬鋼。計(jì)算公式如下：

N>門檻值（1）

軋制力變化率方式：通常情況下，變化率方式是指程序在2個(gè)掃描周期的軋制力差值大于一個(gè)值，即認(rèn)為機(jī)架咬鋼?？紤]到軋制力波動(dòng)的誤信號(hào)，1880程序中軋制力變化率方式采用的是程序在4個(gè)掃描周期內(nèi)軋制力差值的平均值大于一個(gè)門檻值（2），即認(rèn)為機(jī)架咬鋼。計(jì)算公式如下：

N：最近一個(gè)掃描周期采集的軋制力

N-1：倒數(shù)第2個(gè)掃描周期采集的軋制力

N-2：倒數(shù)第3個(gè)掃描周期采集的軋制力

N-3：倒數(shù)第4個(gè)掃描周期采集的軋制力

每個(gè)掃描周期：5ms（咬鋼信號(hào)產(chǎn)生點(diǎn)在高速的STC模塊中）

表1是各個(gè)機(jī)架使用的咬鋼信號(hào)產(chǎn)生方式門檻值。

按照一般的常理思考，在實(shí)際的軋鋼過程中無論選擇絕對(duì)值信號(hào)產(chǎn)生方式還是選擇變化率信號(hào)產(chǎn)生方式應(yīng)該都有很高的可靠性，可以任意選擇。但事實(shí)上并非如此，主要原因有以下幾點(diǎn)：

（1）當(dāng)軋制來料很薄的帶鋼時(shí)，后機(jī)架有預(yù)埋軋制力，此時(shí)機(jī)架的上輥和下輥已經(jīng)接觸產(chǎn)生好幾百噸的力，這個(gè)力甚至已經(jīng)超過了咬鋼信號(hào)門檻值，此時(shí)，當(dāng)帶鋼真正咬鋼時(shí)，門檻值信號(hào)就不能產(chǎn)生。因此，后機(jī)架不能采用絕對(duì)值信號(hào)方式產(chǎn)生咬鋼信號(hào)。

（2）那么，有人會(huì)提出可以把各個(gè)機(jī)架的絕對(duì)值門檻值放大，大于預(yù)壓輥縫的值，事實(shí)上這也是不可行的。尤其是1880產(chǎn)線在硅鋼的軋制過程中，各個(gè)機(jī)架的軋制力較小，可能只有幾百噸的軋制力，如果將絕對(duì)值門檻值放得很大，那么咬鋼時(shí)達(dá)不到該值，咬鋼信號(hào)仍舊不會(huì)產(chǎn)生。1880熱軋?jiān)诘谝淮诬堉艭GO時(shí)就由于將門檻值放得過高導(dǎo)致咬鋼信號(hào)不能及時(shí)產(chǎn)生而廢鋼。

（3）變化率咬鋼方式由于考慮的是幾個(gè)掃描周期內(nèi)軋制力的變化過程，其優(yōu)點(diǎn)是不受軋制力預(yù)埋值影響，軋制各類規(guī)格品種帶鋼時(shí)也不受帶鋼實(shí)際軋制力大小的影響，可靠性相對(duì)較高。但它也有缺點(diǎn)，在特殊情況下，一旦帶鋼打滑，該方式咬鋼信號(hào)會(huì)提前產(chǎn)生。

結(jié)合以上幾點(diǎn)，精軋機(jī)各機(jī)架咬鋼信號(hào)產(chǎn)生方式的組合如表2所示。

表2 咬鋼信號(hào)產(chǎn)生方式組合

2.2 窗口條件

為了保險(xiǎn)，在咬鋼信號(hào)的前后距離上還加上了窗口，只有在一定范圍內(nèi)軋制力的變化才能被認(rèn)可。其目的是為了防止軋制力誤波動(dòng)，也包括傳感器誤波動(dòng)而產(chǎn)生的虛假信號(hào)。圖1形象地描述了咬鋼信號(hào)窗口。

1880熱軋精軋機(jī)架間的距離為5.8米，前機(jī)架咬鋼后跟蹤信號(hào)啟動(dòng)，開始計(jì)算帶鋼所前進(jìn)的距離，到下一帶鋼咬鋼后跟蹤信號(hào)被清零，重新開始計(jì)算。當(dāng)計(jì)算的跟蹤信號(hào)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)（5.8-X）米，進(jìn)入咬鋼信號(hào)打開窗口區(qū)域，此時(shí)的絕對(duì)值方式或變化率方式軋制力的產(chǎn)生才被視為有效。若帶鋼在行進(jìn)的過程中到達(dá)下機(jī)架時(shí)，由于某種原因并沒有產(chǎn)生咬鋼信號(hào)，那么根據(jù)跟蹤信號(hào)當(dāng)帶鋼走到（5.8+Y）米時(shí)，會(huì)產(chǎn)生備用的咬鋼信號(hào)。如上描述的整個(gè)過程便是咬鋼信號(hào)的窗口。各機(jī)架咬鋼信號(hào)窗口如表3所示（F1機(jī)架無窗口保護(hù)）。

表3 各機(jī)架咬鋼窗口保護(hù)值

2.3 聯(lián)鎖條件

由于咬鋼信號(hào)的重要性，除了以上提到的咬鋼信號(hào)產(chǎn)生方式以及窗口保護(hù)值外，在控制過程中，咬鋼信號(hào)還有許多連鎖條件，如表4所示，例如：（1）軋線運(yùn)行模式：不在冷運(yùn)行模式。（2）精軋機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)：精軋機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)。（3）產(chǎn)生時(shí)間連鎖：前機(jī)架咬鋼后需要滿足時(shí)間聯(lián)鎖，才能判后機(jī)架的軋制力信號(hào)有效。

表4 各機(jī)架時(shí)間聯(lián)鎖保護(hù)值

3 咬鋼信號(hào)改進(jìn)

3.1 原理計(jì)算

3.1.1 咬鋼信號(hào)提前產(chǎn)生

在上述提到的咬鋼信號(hào)提前產(chǎn)生故障中，從曲線來看F3咬鋼信號(hào)（2500t）的產(chǎn)生時(shí)刻點(diǎn)確實(shí)比實(shí)際軋制力要晚了150ms，前面已經(jīng)提到機(jī)架間的實(shí)際距離為5.8m，那么我們通過跟蹤信號(hào)來計(jì)算一下該咬鋼信號(hào)產(chǎn)生的時(shí)刻點(diǎn)帶鋼大約走了多少距離。

計(jì)算公式：F2機(jī)架速度反饋之和×程序掃描周期×F2機(jī)架前滑率=215.122米/秒×0.025秒×1.001=5.383米

注：F2機(jī)架速度反饋之和指F2咬鋼信號(hào)到F3咬鋼信號(hào)之間的數(shù)據(jù)

進(jìn)一步觀察數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在咬鋼信號(hào)產(chǎn)生的時(shí)刻點(diǎn)上，有170噸-250噸的軋制力波動(dòng)信號(hào)，會(huì)不會(huì)是該條件滿足了變化率的咬鋼信號(hào)產(chǎn)生方式而提前產(chǎn)生的信號(hào)呢？通過計(jì)算：

符合產(chǎn)生咬鋼信號(hào)的條件。

3.1.2 咬鋼信號(hào)滯后產(chǎn)生

在上述提到的咬鋼信號(hào)滯后產(chǎn)生故障中，從F3開始咬鋼信號(hào)就有滯后現(xiàn)象到F7尤為嚴(yán)重，同樣用跟蹤信號(hào)的方式來計(jì)算一下帶鋼行走的距離。

計(jì)算公式：F2-F3機(jī)架間距離+F3機(jī)架速度反饋之和×F3前滑率=5.8米+23.492米/秒×0.025秒×0.896=6.28米

注：F3機(jī)架速度反饋之和指F3軋制力反饋信號(hào)與F3咬鋼信號(hào)之間的數(shù)據(jù)

然而F3的備用信號(hào)要在5.8米+1.5米=7.3米時(shí)才會(huì)產(chǎn)生，6.28米離這個(gè)數(shù)值還很遠(yuǎn)，況且該塊帶鋼F3咬鋼信號(hào)的建立十分干脆平穩(wěn)，達(dá)到1470噸左右，不會(huì)不產(chǎn)生咬鋼信號(hào)。

仔細(xì)又分析了一下數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)該塊帶鋼是軋制的新品種，帶鋼在2.0mm厚度，各機(jī)架設(shè)定的速度都很快，F(xiàn)2與F3之間的軋制力信號(hào)產(chǎn)生只相隔了1.875s，并不滿足咬鋼時(shí)間連鎖條件2s，所以當(dāng)F3產(chǎn)生軋制力時(shí)咬鋼信號(hào)沒有產(chǎn)生，直到滿足了2s的時(shí)間連鎖條件，咬鋼信號(hào)才產(chǎn)生，但此時(shí)已經(jīng)晚了，操作工才會(huì)看到活套抬起晚了。F2、F3機(jī)架軋制力產(chǎn)生之間時(shí)間間隔如圖2所示。

另外，說明一下為何越到后機(jī)架咬鋼信號(hào)產(chǎn)生的越晚。那是因?yàn)榍皺C(jī)架的咬鋼信號(hào)已經(jīng)不準(zhǔn)確，而每次咬鋼信號(hào)的產(chǎn)生都會(huì)對(duì)跟蹤進(jìn)行一次修正。例如F3咬鋼信號(hào)產(chǎn)生時(shí)對(duì)跟蹤信號(hào)進(jìn)行清零，重新計(jì)算，而此時(shí)實(shí)際帶鋼早已過了F3，F(xiàn)4-F7也是如此，且累計(jì)誤差越來越大，到后機(jī)架甚至超出了咬鋼信號(hào)前窗口的范圍，F(xiàn)6、F7機(jī)架只能采用備用信號(hào)來產(chǎn)生咬鋼信號(hào)，十分的不準(zhǔn)確。

3.2 改進(jìn)方法

3.2.1 咬鋼產(chǎn)生方式組合改進(jìn)

針對(duì)咬鋼信號(hào)提前產(chǎn)生的故障，可以判斷為是該鋼種帶鋼在F3機(jī)架容易打滑造成的。因?yàn)槠椒€(wěn)軋制時(shí)，該帶鋼的軋制力達(dá)到2500噸。針對(duì)該鋼種，采用改變咬鋼信號(hào)產(chǎn)生方式，由于前機(jī)架即使是薄帶鋼也不存在預(yù)埋輥縫的現(xiàn)象，因此在F3機(jī)架只使用絕對(duì)值方式產(chǎn)生咬鋼信號(hào)，取消變化率方式咬鋼信號(hào)，這樣就可以避免由于打滑而滿足咬鋼信號(hào)變化率方式。表5為咬鋼信號(hào)產(chǎn)生優(yōu)化方式組合。

由于1880還軋制CGO這類軋制力非常小的硅鋼，雖然軋制時(shí)，F(xiàn)3機(jī)架的軋制力基本能大于400噸，但為了保險(xiǎn)，在軋制CGO時(shí)還是將咬鋼信號(hào)恢復(fù)成原先的組合模式。

3.2.2 時(shí)間連鎖條件改進(jìn)

針對(duì)咬鋼信號(hào)之后產(chǎn)生的故障，可以判斷為不滿足時(shí)間聯(lián)鎖條件所造成的。1880熱軋的品種規(guī)格還在不斷拓展，但帶鋼的速度是不可能無限制提高的。通過對(duì)一些極限規(guī)格的帶鋼計(jì)算及展望，將時(shí)間連鎖保護(hù)值優(yōu)化如表6所示。

表6 各機(jī)架時(shí)間聯(lián)鎖優(yōu)化保護(hù)值

4 結(jié)束語

優(yōu)化后的措施自2010年9月實(shí)施以后，針對(duì)不同鋼種能正確無誤的產(chǎn)生咬鋼信號(hào)，設(shè)備動(dòng)作均正常，滿足生產(chǎn)工藝需求，拓寬了品種規(guī)格的軋制，解決了由于咬鋼信號(hào)不準(zhǔn)確而導(dǎo)致的廢鋼及軋破等情況，效果良好。

作者簡介：謝捷（1982-），女，漢族，上海人，現(xiàn)職稱：主任工程師，學(xué)歷：大學(xué)本科，研究方向：電氣自動(dòng)化。