鍍鋅生產(chǎn)線帶尾定位的控制與計算

佟明飛

摘 要：本文介紹了卷取機(jī)的控制結(jié)構(gòu)，分析在卷取機(jī)在飛剪剪切完成后，帶尾定位控制的工作原理，以及定位計算的過程。

關(guān)鍵詞：卷取機(jī)；帶尾控制；速度設(shè)定；定位計算

中圖分類號：TG385.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）12-0048-02

唐鋼高強(qiáng)汽車板二期5#連續(xù)熱鍍鋅線是一條高生產(chǎn)效率和質(zhì)量的高水平生產(chǎn)線，年產(chǎn)量25萬噸，產(chǎn)品以鍍鋅家電板為主。工藝流程是，冷軋鋼帶經(jīng)過開卷機(jī)開卷，清洗段進(jìn)行堿洗表面清潔，爐區(qū)將帶鋼加熱后進(jìn)入鋅鍋，在冷軋板的表面鍍以鋅層，然后經(jīng)過光整機(jī)和拉矯機(jī)對板帶表面進(jìn)行光整，并經(jīng)過防腐、鈍化、涂油等流程處理，在出口飛剪剪切分卷，通過出口兩個卷取機(jī)輪流卷曲成為鍍鋅板成品卷，成品卷從卷取機(jī)上卸下后進(jìn)入包裝生產(chǎn)線。鍍鋅產(chǎn)線為高的生產(chǎn)效率的產(chǎn)線，往往要求在帶鋼帶尾定位的控制功能方面實(shí)現(xiàn)高精度的自動控制功能。當(dāng)定位準(zhǔn)確時，可以減輕操作人員的人工干預(yù)次數(shù)，自動執(zhí)行下流程順控，保證生產(chǎn)節(jié)奏，從而提高生產(chǎn)能力。

1 卷取機(jī)的機(jī)構(gòu)

卷取機(jī)包括主抱臂，小抱臂，皮帶助卷器，接軸支撐，卷取機(jī)芯軸，芯軸漲縮設(shè)備，穿帶導(dǎo)板臺，穿帶導(dǎo)板等主要設(shè)備。主抱臂和小抱臂、皮帶助卷器在穿帶準(zhǔn)備時抱住卷取機(jī)芯軸，為帶鋼穿入進(jìn)行導(dǎo)向。接軸支撐在非卸卷時抬起，為芯軸提供支撐作用。卷曲機(jī)芯軸為卷取機(jī)的核心部件，在帶鋼穿入后，實(shí)現(xiàn)帶鋼卷曲，并與出口張力輥建張，恒張力卷曲。芯軸漲縮設(shè)備，實(shí)現(xiàn)芯軸的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。穿帶導(dǎo)板臺和穿帶導(dǎo)板，在穿帶階段為帶鋼導(dǎo)向，在甩尾階段保證帶尾位置。

2 控制系統(tǒng)硬件配置

唐鋼鍍鋅生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用西門子S7-400 PLC組成的主站集中控制，由ET200M組成的分布式I/O控制，并通過多條Profibus-DP現(xiàn)場總線通訊的方式與S120傳動控制系統(tǒng)、增量式編碼器、光電開關(guān)及單體設(shè)備建立控制連接，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行全方位的實(shí)時監(jiān)控、邏輯控制、帶鋼跟蹤、張力控制、定位控制等功能。控制程序按照功能劃分SSF（順序控制）、LCO（產(chǎn)線協(xié)調(diào)）、MRG（主斜坡控制）、E-STOP（急停系統(tǒng)）、MTR（帶鋼跟蹤），帶尾定位控制程序?qū)儆贚OC控制程序的一部分。

3 帶尾定位控制基本原理簡介

在鍍鋅生產(chǎn)線出口段，為了保證生產(chǎn)的連續(xù)性， 當(dāng)飛剪自動剪切完成或手動甩尾發(fā)出停車命令時，需要自動減速停車，使帶尾停在合適的位置，一般上卷曲時和下卷曲時為4點(diǎn)鐘或8點(diǎn)鐘位置，才能滿足自動卸卷時不碰撞、剮蹭帶鋼，順利執(zhí)行下一步順控。為達(dá)到自動減速，必須根據(jù)減速距離精確控制帶鋼速度減速曲線。因此可知要實(shí)現(xiàn)精確的帶尾定位控制，即實(shí)現(xiàn)定位點(diǎn)的剩余長度計算，并根據(jù)計算長度穩(wěn)定控制減速設(shè)定值及減速時機(jī)。

3.1 帶尾定位長度的計算

在實(shí)際生產(chǎn)中，按照工藝的要求帶鋼在卷取機(jī)上卷取結(jié)束后，帶尾必須停留在卷取機(jī)一個相對固定的位置上（本方案設(shè)計為4點(diǎn)或8點(diǎn)鐘方向），為下一個生產(chǎn)工序打下良好的基礎(chǔ)，如出口小車卸卷自動、打捆機(jī)包扎捆帶等，定位準(zhǔn)確的話可以節(jié)約人工干預(yù)的時間，使下一步順控順利執(zhí)行，提高生產(chǎn)效率。。定位長度的計算在“剪切完”信號發(fā)出后開始，直到定位完成時結(jié)束。定位長度依賴于卷徑大小。計算示意圖見圖1。

rC—卷取機(jī)半徑；rR—卷取機(jī)前轉(zhuǎn)向輥半徑；β—兩圓心連線與水平線的夾角；X—兩圓圓心間水平方向間距；Y—兩圓圓心間垂直方向間距；l1—期望的定位點(diǎn)偏離垂直中心線的角度，即定位位置。

對于上卷曲來說，帶尾定位在4點(diǎn)鐘位置，即順時針方向120°位置，甩尾長度l=l0+lR+lT+lφ，l0為出口飛剪到轉(zhuǎn)向輥之間的水平距離，為常亮，所以只要求出lR，lT和lφ即可。如圖中所示：

因而可以分別求出lR，lT和lφ的值，進(jìn)而計算出整個的帶尾定位長度。

3.2 帶尾定位速度的設(shè)定

當(dāng)出口飛剪剪切完成時，飛剪將帶鋼剪切成兩部分，帶尾部分繼續(xù)在當(dāng)前卷取機(jī)上進(jìn)行卷取，下一卷帶頭部分繼續(xù)向前穿帶，進(jìn)入另外一個卷取機(jī)，執(zhí)行穿帶順控，此處只對帶尾甩尾的速度控制進(jìn)行分析。帶尾剪切完成后，進(jìn)入定位和減速階段。根據(jù)上一步的計算結(jié)果，可計算得出當(dāng)前帶尾的減速長度，利用加速度公式2as=V12-V22，a為減速時的加速度，s為設(shè)備需要移動的距離，s實(shí)時為變化數(shù)，隨設(shè)備向設(shè)定位置移動而減小，V1為當(dāng)前速度，V2為上一掃描周期的速度，可實(shí)現(xiàn)對卷取機(jī)電機(jī)速度的平滑控制，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。

3.3 程序內(nèi)的實(shí)現(xiàn)方法

通過一個脈沖進(jìn)入定位程序，讀取定位控制字，定位末速度，定位距離。通過獲取定位控制字的定位高電平來進(jìn)行定位剩余距離計算。當(dāng)定位結(jié)束時，通過又一個脈沖和定位控制字的定位低電平退出定位程序。當(dāng)啟動一個定位后，定位進(jìn)入執(zhí)行狀態(tài)，如果此時再一次啟動這個定位，則此定位繼續(xù)在原定位的基礎(chǔ)上繼續(xù)執(zhí)行，前面（原定位）取消，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時帶尾定位以及速度設(shè)定。

4 結(jié)語

文章通過唐鋼二冷軋5#鍍鋅線的出口帶尾定位系統(tǒng)的分析，重點(diǎn)討論了帶卷剩余長度的控制算法，定位時帶尾減速控制的方法，推導(dǎo)出有效的定位長度計算公式，實(shí)現(xiàn)程序最優(yōu)控制。經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐論證，帶尾定位控制十分精確，從投產(chǎn)未出現(xiàn)故障。此方法同樣可以其他同行業(yè)連續(xù)生產(chǎn)線中使用，以資借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]劉亮先，等.熱鍍鋅線張力卷取機(jī)帶尾定位方法應(yīng)用[A].甘肅冶金，2017.

[2]鄒榮，等.武鋼CSP生產(chǎn)線卷取機(jī)帶鋼尾部定位控制[B].武鋼技術(shù)，2011.