熱軋卷重量的精確估算及其應用

王 瑛，丁 正

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽馬鞍山 243000)

引言

熱軋生產(chǎn)線鋼卷成品的自動稱重設備負責對每個鋼卷進行稱重并發(fā)送重量記錄。鋼卷稱重設備平常進行定期維護和校準。在實際連續(xù)生產(chǎn)的使用過程中，可能因為保護限位的頂桿和秤體之間的間隙過小、壓頭突然損傷、數(shù)據(jù)傳輸丟包等種種情況，導致稱重讀數(shù)不準確，有時偏差甚至超過數(shù)噸。尤其，在國內(nèi)某熱軋廠，鋼卷秤采集的重量數(shù)據(jù)不是通過網(wǎng)絡發(fā)送[1]，而是采用BCD 碼方式通過十多芯電纜傳輸，若某單芯電纜連接出現(xiàn)異常，重量數(shù)據(jù)將會成批量出錯。而且，該情況不易被發(fā)覺，若將該重量的鋼卷及記錄發(fā)送給客戶，會導致計量異議[2-3]，也嚴重影響企業(yè)形象。因此，除了設法提高稱重設備本身的穩(wěn)定性之外，還需要設計了一種自動核查鋼卷重量的方法，對偶發(fā)的稱重值異常進行及時報警。

1 鋼卷重量精確估算

為了及時發(fā)現(xiàn)稱重值不準確的情況，需要將鋼卷的理論重量和實際稱重結(jié)果進行比較，當偏差超過設定范圍時，系統(tǒng)發(fā)出報警，提示維護人員進行檢查處理。在熱軋二級系統(tǒng)中，其鋼卷預估重量，是通過連鑄坯重量粗略計算的，中間存在燒損、氧化、切頭尾等工序，實際值與估算值偏差很大，報警精度難以得到保證。因此，首要工作是找到新的方法來提高理論重量的精度。

1.1 重量的初步計算

在熱軋線精軋機的出口（如圖1 所示），布置有多功能測寬和單點測厚儀表，對當前通過該儀表檢測點的帶鋼進行實時寬度和厚度的測量。

圖1 卷重初步估算原理圖

同時PLC 采集精軋末機架F7 工作輥的實時線速度，被視為帶鋼通過儀表檢測點時的實時線速度。設定鋼卷的平均密度ρ=7.8。鋼種密度系數(shù)K，初始值為1。

根據(jù)公式（1）來估算的鋼卷重量。

公式（1）中，t0——帶鋼頭部到達檢測點時間；

t1——帶鋼尾部離開檢測點時間；

L——帶鋼實時寬度值；

H——帶鋼實時厚度值；

V——帶鋼實時速度值。

設定測寬儀檢測實時寬度大于50 mm時為帶鋼頭部到達檢測點時間點，檢測寬度小于50 mm 時為帶鋼尾部離開檢測點的時間點。此時計算所得到的值基本接近于實際值，但是偏差較為不穩(wěn)定，絕對值還超過數(shù)百千克，需要進一步提高精度。

1.2 密度系數(shù)K的確定

由于熱軋生產(chǎn)線生產(chǎn)鋼種類目較多，其密度也存在一定差異。為了精確估算鋼卷重量，需要確定所有鋼軋密度系數(shù)K的值。首先需要將所有鋼種進行編號，編號與鋼種一一對應，二級系統(tǒng)將鋼種號傳輸?shù)揭患塒LC系統(tǒng)中。

首先檢測并確定鋼卷秤處于標準正常狀態(tài)時，當生產(chǎn)線正在生產(chǎn)某編號鋼種時，將以上估算值Wt與實際稱重值W0進行比較，多次試驗獲取每個鋼種的密度系數(shù)ki的平均值。公式如下：

需記錄并確定所有ki系數(shù)，然后以ki系數(shù)取代K，得到最終公式（3），提高估算精度：

公式（3）中，W—鋼卷最終估算重量，

Ki—鋼卷密度系數(shù)。

1.3 實際精度效果

完成對各鋼種的密度系數(shù)Ki設定后，對同一鋼種的重量估算值有較高的精度。如圖2 所示，稱重儀表最終讀數(shù)為21.04 t，鋼卷重量估算值為20.9679對，偏差為0.072 t。

圖2 卷重估算與實際值比較示例圖

2 報警的輸出

將估算重量值W 與鋼卷運輸線的托盤小車跟蹤信號捆綁傳輸至稱重位置，與自動稱重的記錄值W0進行差值比較。取偏差絕對值：

當偏差Δ 大于一定范圍時，就可能存在異常。經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn)，在報警的投入使用前，有2個因素需要考慮。一是，在鋼卷稱重前，有剪切取樣的可能，根據(jù)取樣大小的不同，會有幾十到幾百公斤的重量損失；二是，軋機軋制帶鋼可能存在軋破爛尾等，儀表掃描時可能不準確。經(jīng)驗證明，上面兩種情況一般不會連續(xù)出現(xiàn)5 卷，因此，設定當連續(xù)5 卷出現(xiàn)重量估算值與實際稱重值偏差大于某設定值時，系統(tǒng)輸出報警。具體算法如下：

設定重量異常計數(shù)值C，在PLC 程序中編輯使C=C+1，該段程序在沒有報警觸發(fā)條件下不運行。C的初始值為0。當出現(xiàn)偏差Δ 大于設定值時，激活C=C+1一個掃描時間，C的計數(shù)值為1。連續(xù)出現(xiàn)偏差Δ 大于設定值時，C 值累加1。C 值＞5 時，系統(tǒng)輸出報警聲音。在C 值＞5之前，若重量偏差出現(xiàn)1次正常值，則C=0，計數(shù)值清零。這樣既能避免出現(xiàn)誤報警，又能及時發(fā)現(xiàn)真實稱重異常情況。

3 鋼卷估算重量的其它應用

鋼卷的估算重量還被應用在其它方面。如在卷取機生產(chǎn)過程中，數(shù)臺卷取機是各自單獨工作的。其卷筒設備的壽命，有一個預設定值，一般是150 萬t左右。當超過預設定值，繼續(xù)使用會有一定風險。因此，會有維護人員定期人工計算生產(chǎn)噸位，這樣工作量大，而且可能出現(xiàn)錯誤?？梢岳蒙鲜龇椒ň_估算的鋼卷重量，按照實際生產(chǎn)的卷取機進行各自累加計算，即可輕松獲得卷筒實際生產(chǎn)噸位數(shù)值。當累加噸位數(shù)超過了預設值，直接觸發(fā)報警，以提醒更換維護，極大地提高了工作效率。

4 結(jié)束語

以上所述的鋼卷重量的精確估算方法，沒有額外投入資金設備，只利用精軋機出口原先配置的多功能儀表及PLC 系統(tǒng)等設備，通過后期的數(shù)據(jù)處理，獲得較為準確的重量估算值。根據(jù)此方法能夠及時準確地發(fā)現(xiàn)稱重計量錯誤。如果稱重設備出現(xiàn)異常，一般生產(chǎn)5卷即可有報警輸出，此時計量有錯誤的鋼卷仍在運輸線上，生產(chǎn)及維護人員有較為充裕的時間來處理故障。這樣極大消除了計量異議，減少了異議賠付金額，同時提高了企業(yè)技術水平，維護了企業(yè)形象。