董豐收，韓俊峰，尤 翔

(中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司，陜西 西安 710032)

1 前言

在可逆式板帶軋機(jī)生產(chǎn)中，帶卷的對(duì)接焊縫、裂邊等有缺陷的帶卷區(qū)或點(diǎn)(統(tǒng)稱‘疵點(diǎn)’)通過軋制變形區(qū)之前，機(jī)組自動(dòng)降速按限定的速度通過疵點(diǎn)區(qū)域，然后再自動(dòng)升速恢復(fù)機(jī)組的正常生產(chǎn)速度。完成有瑕疵的帶卷區(qū)或點(diǎn)在限定速度內(nèi)安全通過軋制變形區(qū)的功能，防止機(jī)組斷帶、跑偏等現(xiàn)象的發(fā)生。使得這種方法可行、可靠，而且在實(shí)際使用時(shí)操作簡(jiǎn)單方便。在實(shí)際應(yīng)用中得效果良好。

傳統(tǒng)的金屬板帶材加工機(jī)組由左右卷取機(jī)、左右軋線線速度測(cè)量輥、主軋機(jī)(也可以是類同設(shè)備)、左右上卷、卸卷小車等設(shè)備組成，如圖1所示。

左右卷取機(jī)設(shè)備為恒張力控制，主軋機(jī)為速度控制。機(jī)組在正常生產(chǎn)時(shí)運(yùn)行速度相對(duì)較高，在來料有帶材對(duì)接焊縫點(diǎn)、缺陷區(qū)經(jīng)過軋制變形區(qū)時(shí)，容易發(fā)生斷帶、跑偏現(xiàn)象。為了減少或避免類似不安全現(xiàn)象的發(fā)生，就要求機(jī)組在有疵點(diǎn)區(qū)通過軋制變形區(qū)時(shí)必須限速通過。

基于這種工藝要求，開發(fā)了疵點(diǎn)記憶式安全過帶功能。

2 在左右卷取設(shè)備上增設(shè)記長(zhǎng)或記圈功能

圖1 機(jī)組組成Fig.1 Constitution of metal strip rolling equipment

左右卷取設(shè)備具備記長(zhǎng)或記圈功能是標(biāo)定和識(shí)別疵點(diǎn)區(qū)的基本條件。只有具備此功能才能在帶卷上標(biāo)識(shí)出某疵點(diǎn)的唯一位置(長(zhǎng)度值或圈數(shù)值)。為了防止機(jī)組在松卷、滑帶等情況下記長(zhǎng)不準(zhǔn)確，通常采取記圈的方法來標(biāo)識(shí)疵點(diǎn)。

在此方案中卷取設(shè)備的計(jì)圈功能由左右卷取機(jī)拖動(dòng)電機(jī)的增量式編碼器來完成。采用分辨率為每圈1024的增量式編碼器，通過高速計(jì)數(shù)模塊進(jìn)行脈沖數(shù)累計(jì)計(jì)圈。經(jīng)過量綱變換的脈沖數(shù)可以對(duì)應(yīng)到相應(yīng)卷取機(jī)卷取帶卷上的每個(gè)長(zhǎng)度點(diǎn)。雖然圈數(shù)值在換算長(zhǎng)度時(shí)存在卷徑變化的問題，但并不影響圈數(shù)和帶長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的唯一性，即任意一圈數(shù)值對(duì)應(yīng)唯一的帶長(zhǎng)位置值。

假定卷取機(jī)電機(jī)編碼器分辨率為F，卷取機(jī)減速比為N，計(jì)數(shù)器當(dāng)前值為R，則當(dāng)前的圈數(shù)位置為

此時(shí)卷取機(jī)圈數(shù)測(cè)量精度為F×N，按當(dāng)前一般元件選擇時(shí)其精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際需求。考慮到實(shí)際需求，在此的圈數(shù)值選用一位小數(shù)。

3 對(duì)標(biāo)定疵點(diǎn)區(qū)的長(zhǎng)度(圈數(shù))位置標(biāo)定

在第一道次或使用疵點(diǎn)記憶安全過帶功能之前，必須標(biāo)定各疵點(diǎn)的長(zhǎng)度(或圈數(shù))位置。疵點(diǎn)區(qū)域的標(biāo)定可為手動(dòng)或自動(dòng)方式。

在設(shè)備進(jìn)行第一道次或?qū)ｉT的疵點(diǎn)標(biāo)定工作道次應(yīng)慢速運(yùn)行，當(dāng)進(jìn)入疵點(diǎn)區(qū)時(shí)，手動(dòng)按下疵點(diǎn)標(biāo)定按鈕，此時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前卷取機(jī)圈數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理。自動(dòng)控制系統(tǒng)首先存儲(chǔ)當(dāng)前位置，然后根據(jù)當(dāng)前的機(jī)組運(yùn)行速度、設(shè)定的后道次運(yùn)行速度對(duì)疵點(diǎn)區(qū)的起始位置進(jìn)行適量的調(diào)整;當(dāng)疵點(diǎn)區(qū)域完全通過后，操作人員手動(dòng)彈起疵點(diǎn)標(biāo)定按鈕，自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)疵點(diǎn)區(qū)域結(jié)束點(diǎn)的圈數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、判斷后存儲(chǔ)。通過疵點(diǎn)區(qū)域起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)的標(biāo)定完成一個(gè)疵點(diǎn)區(qū)的標(biāo)定。

在進(jìn)行自動(dòng)疵點(diǎn)區(qū)域標(biāo)定時(shí)，將特定格式的疵點(diǎn)區(qū)域數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入到機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)中。自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)讀取的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)判斷，經(jīng)操作人員確認(rèn)后一次性標(biāo)定好所有疵點(diǎn)區(qū)域的標(biāo)定。

4 鄰近疵點(diǎn)區(qū)的合并功能

在兩個(gè)疵點(diǎn)區(qū)相鄰較近時(shí)(相鄰疵點(diǎn)合并的距離可以設(shè)定)，自動(dòng)控制系統(tǒng)可以自動(dòng)將兩個(gè)疵點(diǎn)區(qū)合而為一，從而避免機(jī)組過于頻繁的加速/減速影響機(jī)組平穩(wěn)性。

在接收到新的疵點(diǎn)區(qū)域起點(diǎn)標(biāo)定時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的疵點(diǎn)合并距離將當(dāng)前標(biāo)定位置與上一疵點(diǎn)區(qū)域結(jié)束點(diǎn)間的圈數(shù)(距離)進(jìn)行比較和優(yōu)化。當(dāng)其間距小于合并距離設(shè)定時(shí)，將此疵點(diǎn)區(qū)域起始點(diǎn)忽略不計(jì)，并取消上一疵點(diǎn)區(qū)域的結(jié)束點(diǎn)標(biāo)定，等待下次結(jié)束點(diǎn)標(biāo)定作為合并后的疵點(diǎn)區(qū)域結(jié)束點(diǎn);當(dāng)其間距大于合并距離設(shè)定時(shí)，按正常的手動(dòng)疵點(diǎn)區(qū)域標(biāo)定程序進(jìn)行標(biāo)定運(yùn)行。

5 疵點(diǎn)區(qū)位置自動(dòng)向下道次傳遞

在開卷側(cè)進(jìn)入疵點(diǎn)區(qū)時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)判斷并給出信號(hào)，將卷取側(cè)的當(dāng)前圈數(shù)記憶存儲(chǔ)(作為下道次當(dāng)前疵點(diǎn)區(qū)的結(jié)束點(diǎn))。在開卷側(cè)判斷疵點(diǎn)區(qū)已通過時(shí)，控制系統(tǒng)同樣給出信號(hào)，將卷取側(cè)的當(dāng)前圈數(shù)記憶存儲(chǔ)(作為下道次當(dāng)前疵點(diǎn)區(qū)的開始點(diǎn))。如此類推可以將當(dāng)前道次所記憶的所有疵點(diǎn)區(qū)，由開卷側(cè)逐次傳遞到卷取側(cè)，提供給下一道次使用，而且不受加工帶卷延伸的影響。

左右卷取機(jī)疵點(diǎn)區(qū)域見表1。

疵點(diǎn)區(qū)域存儲(chǔ)表可以根據(jù)標(biāo)定的疵點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行大小調(diào)整。

當(dāng)機(jī)組由左向右軋制，軋制區(qū)接近第一個(gè)疵點(diǎn)起始位置時(shí)，軋線根據(jù)當(dāng)前的機(jī)組速度選擇提前減速距離和減速度。以保證在到達(dá)疵點(diǎn)區(qū)域起始點(diǎn)位置(LD1)時(shí)機(jī)組速度能夠降到允許的運(yùn)行速度，達(dá)到安全過帶功能。同時(shí)右卷取機(jī)將計(jì)得的當(dāng)前圈數(shù)值存儲(chǔ)到右卷取疵點(diǎn)記憶位置(RD10);當(dāng)?shù)谝粋€(gè)疵點(diǎn)區(qū)域結(jié)束位置(LD2)順利通過軋制區(qū)后，機(jī)組開始升速進(jìn)行正常速度軋制，同時(shí)右卷取機(jī)將計(jì)得的當(dāng)前圈數(shù)值存儲(chǔ)到右卷取疵點(diǎn)記憶位置(RD9)。

表1 左右卷取機(jī)疵點(diǎn)區(qū)域Table 1 Defect region table of right and left winders

如此類推，軋線通過位置LD3時(shí)，右卷取存儲(chǔ)RD8。軋線通過LD4時(shí)，右卷取存儲(chǔ)RD7;軋線通過位置LD5時(shí)，右卷取存儲(chǔ)RD6。軋線通過LD6時(shí)，右卷取存儲(chǔ)RD5。

當(dāng)機(jī)組由右向左軋制時(shí)，情況類同。軋線通過位置 RD1時(shí)，左卷取存儲(chǔ)LD10。軋線通過RD2時(shí)，左卷取存儲(chǔ)RD9;軋線通過位置RD3時(shí)，左卷取存儲(chǔ)LD8。軋線通過RD4時(shí)，左卷取存儲(chǔ)LD7。

在疵點(diǎn)記憶式安全過帶功能正常運(yùn)行，并且疵點(diǎn)區(qū)域位置自動(dòng)傳遞的過程中，可以通過手動(dòng)、自動(dòng)方式添加和刪除疵點(diǎn)區(qū)，被確認(rèn)的新疵點(diǎn)區(qū)域數(shù)據(jù)能夠即刻生效，投入運(yùn)行。

6 通過軋制變形區(qū)時(shí)自動(dòng)限速

在疵點(diǎn)記憶式安全過帶功能投入工作時(shí)，控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)讀取開卷側(cè)的當(dāng)前圈數(shù)實(shí)際值與疵點(diǎn)記憶值進(jìn)行比較，當(dāng)將要進(jìn)入疵點(diǎn)區(qū)時(shí)，機(jī)組提前減速并限速通過疵點(diǎn)區(qū)(減速提前量可以調(diào)整)，根據(jù)圈數(shù)判斷疵點(diǎn)區(qū)尾端通過后，機(jī)組開始升速恢復(fù)到通過疵點(diǎn)前的機(jī)組運(yùn)行速度。

在疵點(diǎn)記憶式安全過帶功能使能時(shí)，首先，自動(dòng)控制系統(tǒng)讀取第一個(gè)疵點(diǎn)區(qū)起始位置值與當(dāng)前機(jī)組的軋制位置進(jìn)行比較獲取可用于減速的減速距離;然后，將當(dāng)前的速度、機(jī)組運(yùn)行速度和安全過帶速度值進(jìn)行機(jī)組降速幅度的運(yùn)算;機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)可用的減速距離(隨機(jī)組運(yùn)行在變化)和安全過帶減速幅度及機(jī)組設(shè)定的減速率進(jìn)行綜合運(yùn)算，確定機(jī)組通過疵點(diǎn)時(shí)的減速起始位置。

通過疵點(diǎn)區(qū)域時(shí)，當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)檢測(cè)到疵點(diǎn)區(qū)域結(jié)束點(diǎn)動(dòng)過軋制區(qū)時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的加速度自動(dòng)恢復(fù)到正常。

7 結(jié)束語

在可逆式板帶軋機(jī)上，使用控制軟件實(shí)現(xiàn)了疵點(diǎn)記憶式安全過帶功能，在不增加用戶投資的情況下，解決了有疵點(diǎn)區(qū)通過軋制變形區(qū)時(shí)必須限速通過的問題。投入現(xiàn)場(chǎng)使用后，有效的減少了實(shí)際生產(chǎn)中斷帶、跑偏、故障停機(jī)等異常事件的發(fā)生，大大提高了機(jī)組作業(yè)率和產(chǎn)品成材率。

［1］ 孫一康．帶鋼冷連軋計(jì)算機(jī)控制［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，2002．

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［3］ 楊節(jié)．軋制過程數(shù)學(xué)模式［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，1983．

［4］ 許建勇．冷軋板形的系統(tǒng)控制［J］．軋鋼，1999(3):49-50，54．