連退產(chǎn)線剩余長度定位及其應(yīng)用

供稿|王東林，劉美麗，張春杰，李屹 / WANG Dong-lin, LIU Mei-li, ZHANG Chun-jie, LI Yi

后處理產(chǎn)線的定位控制就是將帶鋼控制在某個(gè)位置，且速度正好達(dá)到要求的定位速度，很多有關(guān)產(chǎn)線帶尾控制的研究文獻(xiàn)對(duì)剩余長度定位的分析具有指導(dǎo)意義[1-4]。例如，入口甩尾降速控制，就是帶鋼剩余規(guī)定米數(shù)后，速度正好由產(chǎn)線速度降低至甩尾速度60 m/min。定位控制是后處理線很重要的一個(gè)控制環(huán)節(jié)。許多動(dòng)作都是在定位完成之后激活。如圖1所示，入口剪切定位完成之后，激活帶頭剪切的動(dòng)作點(diǎn)；焊縫定位至月牙剪處，激活月牙剪剪切。后處理線的定位控制包括長度定位、剩余長度定位、直徑定位、重量定位、基于長度的圈數(shù)定位、開卷機(jī)角度定位。每種定位方式都有多種用途，本文著重介紹帶鋼剩余長度定位的原理和應(yīng)用，有助于大家更深刻理解定位的相關(guān)知識(shí)。

剩余長度定位控制策略

剩余長度定位控制原理

剩余長度定位，顧名思義，就是帶鋼剩余長度達(dá)到規(guī)定米數(shù)時(shí)，帶鋼速度達(dá)到系統(tǒng)規(guī)定的定位結(jié)束速度。該定位由四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)組成：定位開始點(diǎn)、定位設(shè)定值、定位實(shí)際值、開始降速點(diǎn)。

圖1 入口剪切定位示意圖

如圖2所示，剩余長度定位控制過程為：開卷機(jī)在初始速度V1開卷，開卷機(jī)處剩余帶鋼會(huì)越來越小，當(dāng)其小于一定值時(shí)，激活剩余長度定位。剩余長度定位會(huì)通過定位設(shè)定值、定位實(shí)際值、初始速度、定位結(jié)束速度來綜合計(jì)算合適的降速時(shí)間，產(chǎn)線在該時(shí)間點(diǎn)開始降速，當(dāng)帶鋼降速至定位結(jié)束速度V2時(shí)，開卷機(jī)處剩余長度正好為定位設(shè)定的剩余長度。

圖2 剩余長度定位簡易流程圖

剩余長度計(jì)算原理

剩余長度定位的激活點(diǎn)及定位設(shè)定值均與開卷機(jī)剩余長度相關(guān)，因此需要了解下開卷機(jī)處剩余長度計(jì)算原理。開卷機(jī)剩余長度計(jì)算采用等截面積的原理進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為：

式中，L為開卷機(jī)剩余帶鋼長度；D外為開卷機(jī)帶鋼外徑；D內(nèi)為開卷機(jī)帶鋼內(nèi)徑；H為帶鋼厚度。

開卷機(jī)外徑計(jì)算原理

開卷機(jī)內(nèi)徑、帶鋼厚度均為已知值，開卷機(jī)外徑隨著帶鋼的運(yùn)行一直處于變化中，根據(jù)式(1)計(jì)算帶鋼剩余長度則必須計(jì)算當(dāng)前的開卷機(jī)帶鋼外徑。開卷機(jī)帶鋼外徑的計(jì)算需要借助一個(gè)參考輥?zhàn)?一般為張力輥)，在正常運(yùn)行中開卷機(jī)線速度與參考輥?zhàn)泳€速度相同，開卷機(jī)帶鋼外徑采用線速度相同的原理來進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為：

式中，ω開為開卷機(jī)角速度由開卷機(jī)電機(jī)編碼器實(shí)測；D參為參考輥外徑；ω參為參考輥角速度由參考輥電機(jī)編碼器實(shí)測。

圖3 剩余長度定位關(guān)鍵點(diǎn)時(shí)序圖

剩余長度定位的關(guān)鍵點(diǎn)

掌握剩余長度定位具體的定位原理，必須掌握該定位的四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)[5-7]。即定位的激活點(diǎn)、定位設(shè)定的距離、定位的實(shí)際距離、定位的開始降速時(shí)間。帶鋼運(yùn)行至定位激活點(diǎn)，激活剩余長度定位，定位實(shí)際距離開始計(jì)算，帶鋼運(yùn)行至開始降速點(diǎn)，帶鋼由初始速度開始降速，待速度降低至定位結(jié)束速度時(shí)，定位實(shí)際距離正好等于定位設(shè)定距離，定位完成。四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)邏輯如圖3所示。

剩余長度定位參數(shù)

熟練掌握定位的四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)才能更深刻理解定位的運(yùn)行。定位的四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)可以通過定位的設(shè)定參數(shù)及公式計(jì)算得出。剩余長度定位設(shè)定參數(shù)包括SETP1、SETP2、定位距離、初始速度、結(jié)束速度、加速度[8-10]。剩余長度定位設(shè)定參數(shù)作用為：

SETP1：剩余長度定位第一個(gè)設(shè)定值，其含義為定位結(jié)束時(shí)，剩余多少米。該參數(shù)由HMI畫面給定。

SETP2：剩余長度定位第二個(gè)設(shè)定值，其含義為在定位結(jié)束前多少米，剩余長度定位實(shí)際值計(jì)算由剩余長度計(jì)算更換為編碼器計(jì)算。該參數(shù)由程序內(nèi)部給定。

定位距離：定位距離即定位的設(shè)定值L設(shè)，從定位激活到定位結(jié)束，需要走多少米。該參數(shù)由程序內(nèi)部給定。

初始速度VL初：剩余長度定位降速之前的速度為初始速度，初始速度即產(chǎn)線正常生產(chǎn)時(shí)的速度，由操作工設(shè)定。

結(jié)束速度VL結(jié)：剩余長度定位結(jié)束之后的速度為結(jié)束速度，該參數(shù)由程序內(nèi)部給定。

加速度a：剩余長度加速度即為帶鋼運(yùn)行至降速點(diǎn)時(shí)的降速加速度，它與產(chǎn)線加速度一致，由程序設(shè)定。

剩余長度定位的四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

定位設(shè)定值L設(shè)即定位距離，由程序內(nèi)部給定。

定位激活點(diǎn)L開始即帶鋼剩余計(jì)算米數(shù)時(shí)開始激活定位，定位激活后，開始定位邏輯控制，定位實(shí)際值開始計(jì)算。定位激活點(diǎn)要設(shè)定開始降速時(shí)間之前，否則降速時(shí)間不夠，無法完成精確定位。定位激活點(diǎn)L開始由定位設(shè)定值與SETP1計(jì)算得出：

式中，L開始為定位激活點(diǎn)；L設(shè)為定位設(shè)定值；SETP1為剩余長度設(shè)定值。

開始降速時(shí)間L降速即帶鋼在剩余計(jì)算米數(shù)時(shí)開始降速，待速度降低至結(jié)束速度時(shí)，帶鋼剩余長度達(dá)到設(shè)定的剩余長度。其計(jì)算方式為定位結(jié)束時(shí)的剩余長度與整個(gè)降速過程走的距離相加：

式中，L降速為開始降速時(shí)的剩余帶鋼量；VL初為定位初始速度；VL結(jié)為定位結(jié)束速度；a降速加速度；SETP1為剩余長度設(shè)定值。

定位實(shí)際值L實(shí)為定位激活至定位結(jié)束，帶鋼實(shí)際走的距離叫定位實(shí)際值。定位結(jié)束時(shí)，帶鋼速度等于定位結(jié)束速度且定位實(shí)際值等于定位設(shè)定值即認(rèn)為定位準(zhǔn)確完成。

在剩余長度定位實(shí)際值計(jì)算中，涉及一個(gè)定位實(shí)際值計(jì)算的切換點(diǎn)L切，在切換點(diǎn)之前，定位實(shí)際值使用帶鋼剩余長度來計(jì)算；在切換點(diǎn)之后，定位實(shí)際值使用電機(jī)編碼器來計(jì)算。切換點(diǎn)計(jì)算公式為：

式中，L切為定位實(shí)際值計(jì)算切換點(diǎn)；L設(shè)為定位設(shè)定值；SETP2為剩余長度定位第二個(gè)設(shè)定值。

當(dāng)L實(shí)≤L切時(shí)，定位實(shí)際值使用帶鋼剩余長度來計(jì)算，計(jì)算公式為：

式中，L實(shí)為定位實(shí)際值；STRL_MEMO為定位激活時(shí)記錄的帶鋼剩余長度；STRL為實(shí)時(shí)的帶鋼剩余長度。

當(dāng)L實(shí)＞L切時(shí)，定位實(shí)際值由電機(jī)編碼器計(jì)算。如此設(shè)計(jì)的原因?yàn)椋褂脦т撌Ｓ嚅L度計(jì)算定位實(shí)際值，計(jì)算較為簡單，程序占有率低，但受制于剩余長度計(jì)算精度，精度較低；使用電機(jī)編碼器計(jì)算定位實(shí)際值，計(jì)算精度高，但計(jì)算較為復(fù)雜，程序占有率高。在升降速時(shí)，剩余長度計(jì)算精度較差，因此在剩余長度定位降速點(diǎn)前，定位實(shí)際值計(jì)算要由剩余長度計(jì)算切換至電機(jī)編碼器計(jì)算。定位實(shí)際值如圖4所示。

實(shí)例解析

故障描述

入口下通道正常甩尾停車，入口段速度為零后1號(hào)張力輥壓輥未壓下，若操作工未發(fā)現(xiàn)照常焊接剪切，造成爬行活套掉張從而引起停車。

故障原因分析

故障直接原因：從程序里查看，入口正常工作流程為：先完成帶尾降速定位速度降至60 m/min，1#張力輥壓輥壓下，再完成帶尾停止定位速度降至零。出問題時(shí)，帶尾降速定位沒有完成而是直接完成了帶尾停車定位，即帶尾降速定位完成信號(hào)沒有到，因此1#張力輥壓輥未壓下。

帶尾降速定位沒有完成的原因主要是帶尾降速定位屬于剩余長度定位，其定位參數(shù)如表1所示。根據(jù)式(3)～(5)計(jì)算該定位關(guān)鍵點(diǎn)如表2所示。

圖4 剩余長度定位關(guān)鍵點(diǎn)時(shí)序圖

表1 帶尾降速定位參數(shù)表

表2 帶尾降速定位關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算結(jié)果

可見帶尾降速定位運(yùn)行方式：在帶鋼剩余400 m時(shí)開始激活定位，共走300 m，在帶鋼剩余100 m時(shí)速度正好降至1 m/s。從定位激活開始前200 m使用剩余長度計(jì)算定位實(shí)際值，后100 m使用編碼器計(jì)算定位實(shí)際值。

帶尾停車定位也屬于剩余長度定位，其定位參數(shù)如表3所示。根據(jù)式(3)～式(5)計(jì)算該定位關(guān)鍵點(diǎn)如表4所示。

表3 帶尾停車定位參數(shù)表

表4 帶尾停車定位關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算結(jié)果

可見帶尾停車定位運(yùn)行方式：在帶鋼剩余400 m時(shí)開始激活定位，共走320 m，在帶鋼剩余80 m時(shí)速度正好降至零。從定位激活開始前70 m使用剩余長度計(jì)算定位實(shí)際值，后250 m使用編碼器計(jì)算定位實(shí)際值。

從帶尾降速定位與帶尾停止定位原理來看，正常情況下，帶鋼在剩余400 m的時(shí)候兩個(gè)定位同時(shí)激活。在剩余100 m的時(shí)候速度降低至60 m/min。在剩余80 m的時(shí)候速度降低至零。但帶尾停止定位實(shí)際值已經(jīng)計(jì)算出帶鋼剩余80 m了 ，但帶尾降速定位計(jì)算仍沒到100 m。問題出在兩個(gè)定位的定位實(shí)際值計(jì)算。

帶尾降速定位切換點(diǎn)為200 m，帶尾停止定位切換點(diǎn)為70 m。可以取1#張2#輥的速度實(shí)際值做積分模擬編碼器計(jì)算位置。由兩個(gè)定位原理可知，在定位開始的70 m至200 m之間，帶尾降速定位實(shí)際值由剩余長度計(jì)算，而帶尾停止定位實(shí)際值由編碼器計(jì)算，從記錄曲線可以看出，剩余長度的計(jì)算的定位實(shí)際值嚴(yán)重偏離編碼器計(jì)算的位置實(shí)際值，剩余長度計(jì)算出錯(cuò)，導(dǎo)致故障發(fā)生。

根據(jù)式(1)和式(2)可知，剩余長度是由鋼卷外徑?jīng)Q定的，但鋼卷外徑需借助參考輥?zhàn)樱溆?jì)算原理要求開卷機(jī)線速度與參考輥?zhàn)泳€速度相同。從記錄曲線可以看出，參考輥?zhàn)釉诙ㄎ黄陂g已發(fā)生打滑現(xiàn)象，因此判斷參考輥?zhàn)哟蚧瑢?dǎo)致整個(gè)定位失控。

實(shí)施措施

打滑的問題可以在工藝角度考慮輥?zhàn)哟植诙燃皬埩ε渲茫嫌臀鄣确较虮苊鈁11-12]；在自動(dòng)化角度，即使有打滑也盡量避免停車故障的出現(xiàn)，因此將帶尾結(jié)束定位SETP2參數(shù)更改為120 m。使兩個(gè)定位實(shí)際值切換同步，避免類似故障發(fā)生。

結(jié)束語

后處理線剩余長度定位控制是入口處速度、邏輯時(shí)序控制很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)；本文對(duì)剩余長度定位的控制原理、關(guān)鍵點(diǎn)、故障分析進(jìn)行了詳細(xì)闡述；在冷軋系統(tǒng)中剩余長度控制原理應(yīng)用比較廣泛，深入掌握該控制原理，對(duì)于解決冷軋產(chǎn)線各類相關(guān)棘手問題有重要的指導(dǎo)意義。