光亮退火线生产过程钢卷卷径精准控制技术的研究与实现.docx

摘要：对光亮退火线开卷机静态和动态卷径的测量提出新方法：静态卷径通过测量不同规格的钢卷，得到钢卷卷径和压根编码器旋转角度的对应关系，从而拟合出近似的非线性卷径测量曲线；动态卷径根据角速度、线速度、旋转半径的对应关系，计算得出开卷机实时卷径。针对加减速过程中的辑面打滑，采用动态纠正机制减小了偏差。该项技术很大程度上提升了初始转矩给定值的精准控制，运行过程中确保张力和速度精度满足需求，提升了设备稳定性和产品质量。关键词：初始卷径；卷径计算；恒张力控制O引言在光亮退火线生产过程中，开卷机张力控制是必不可少的。在张力控制系统中，无论张力力矩的给定还是动态补偿力矩的计算都需要钢卷的初始卷径，该卷径是张力控制中极为重要的参数。初始卷径的精准测量，可保证开卷机起步过程中弹跳根的稳定。随着生产过程的进行，在钢卷即将到带尾时，精准的卷径测量还可以对生产作业人员换卷工作起到提醒作用。传统卷径测量装置多使用超声波传感器或激光测距仪，这些装置安装于与钢卷平行的位置，靠传感器实时检测数据实现起步和生产过程中的控制。由于生产过程中机组自身的振动、钢卷层间所垫纸掉落遮挡传感器等诸多因素，传统卷径测量装置容易出现传感器测量误差,从而影响张力控制系统的稳定。通过采用开卷机上方旋转压臂检测初始卷径、运行过程中线速度与开卷机角速度的方法计算过程卷径，可有效避免上述问题，从而提升产品质量和设备稳定性。硬件实现硬件采用SlEMENSCPU319-3DPm,结构如图1所示。浮点数运算时间为0.04s,数字量通道输入/输出范围为065535个数，模拟量通道输入/输出范围为。4096个数，通信模式为PrOfibUS现场总线，编码器为TR绝对值编码器。硬件组态如图2所示，压臂轴端安装有绝对值编码器，编码器通过PrOfibUS总线与P1.C的DP口相连进行数据传输。&£772Il12U口Fl3CPV319-3PWDP-F1.C-dm-Port1图1西门子P1.CDI32xDC24VDI32xDC24V-DI32xDC24VDI32xK24VD016xDC24V05D032xDC24V6T.1面（4MED02而÷ED042（6）÷ED06图2硬件组态开卷机卷径测量通过开卷机上的压臂旋转压下测量钢卷直径。如图3所示，在压臂的旋转结构上安装有编码器，该编码器旋转过程中根据旋转角度的不同而给P1.C控制系统传输相应的数值，如图4所示。编码器有初始角度，初始角度对应着钢卷的最大卷径(2OOOmm),此时角度为0。由于精密带钢的套筒外径尺寸为700mm,当压臂完全压下时，如图5所示，套筒直径尺寸为最小值(700mm),此时编码器的旋转角度为62.3。卷径旋转测量的结果是非线性的，不能按照一次函数去拟合，中间的卷径通过差值的方法去计算势必会带来误差，而卷径的测量误差会导致初始力矩给定错误，进而导致张力波动，造成弹跳辑波动幅度过大，严重时会造成生产线开卷区域停车。转轴图3压辐初始位置'co*.HAND1.INGDRIVES".H_DABHAl.pos-hold-down_roll0.0000e+000Start'interpolate_value'*D_corr_pay-off*table.咚encoder*.encoder1,act_POSPoS图4编码器不同测量角度所传输的数值钢卷转轴图5压车昆测量位置通过选取多个不同卷径规格的钢卷进行测量，将卷径700-2000mm区域划分成20等份，采用局部区域近似线性化的方法，整体区域拟合非线性曲线。例如，将70OnlnI的钢卷放到开卷机上测量，此时的编码器旋转角度为62.3°,再将72Omm的钢卷放到开卷机上测量，编码器旋转角度为60.5°,据此类推，对选取的测试钢卷逐个进行测量，得到实际卷径与角度的对应关系，如表1所示。表1实际卷径与角度对应关系序号实际卷径mm旋转角度/（°）120000219002.93180574170895155012.16149016.37141818.768127223.739120026.1510108829.9311100432.871294535.331388739.211485242.671581345.81678649.121775952.321873755.871971659.152070062.3用描点法拟合出近似的非线性曲线，如图6所示。粉色区域为卷径测量的微小区域，该区域近似为线性关系，则微小区域内角度与卷径的对应关系为：(1)内一如式中：。为钢卷卷径（mm）；W为编码器旋转角度（。）；W2为与山对应的编码器角度（。）；为与dl对应的编码器角度（。）；力为任取的两个卷径测量点的较大值（mm）；山为任取的两个卷径测量点的较小值（mm）。COCivwttvw(n<l8*ldiimsSbbf>11)1.0.000000000TM1O.D01.2aXOOOcTM1O网41.UTT290X>00TN610.m81.2wooocateeo.Dt)121.46WOOHOOTM610.mMS1.2-11»»0««004T*IODM)301.9.iP21KttOteo.241.2030000013TM01O.m»1.1.344T30001Meio.m81.9WOO(C03TM610.D0D361.l.WSW*001TM610.M0401.1.82OOOOI>3TMlO.Dt)44"D-e<proffl*.p>0D.c*j>jfoftCano"1.-Jboffl*.pfl'D.e*-PbI*.e«xrl，D.c«jjb“fl*.p*2*O.e<-prff1*.c«n2"D.c«*Aboffl*.po<3RfXTJBroff1*.ccr3'1.ceri-Pboffl.pf4DfwajroffI*.cs4_po«.VB1130OIPoflUOftfWftOC4v.valuOIKo11kt5ffwtO pM.ra)<M1IPovt<mfwrt1 er.value1IKszlturvesXpM.v>lu2IPaotiOMwrt2-m11.value2IKcaitkturmt2-pet.vlM3IPosstioatveTt3- cr.v>1m>IKorrektMrwrt3- >m.value4Ffix<mfwzt4- e«rr.valt*4IKorzektwwrt4一fvals5IFoaitiaMWTt5-c«cx.va11mSIKexktvcrS图7测量范围赋值开卷机动态卷径计算该机组为恒张力控制系统叫全线各辐线速度相同，在生产线基速辐上安装有编码器测量转速，通过该辑转速与辑径的换算，可得出带材线速度，开卷机由于卷径一直在发生变化，但线速度与基速辐保持一致，因此，采用速度比的方式可以计算出开卷机的卷径:v=n×D×11(2)式中：V为带材线速度(mmin)；恨为测速辑的转速(rmin)；DC为基速辑的直径,本文取0.28m；DP为开卷机实时卷径(m)；cP为开卷机的转速(r/min)；%为开卷机的减速比。的酒戢:processdatafroa/todriveP_Datenvo*/zu*U*rchter通过以上分析判断及实际测试，采用如图8所示的编程思路叫采集需要的转速变量3编辑程序分程序调用该功能块分运行。运行过程中卷径测量通过程序内部计算，将开卷机卷径的误差控制在3mm范围以内，提高了连续线退火机组开卷卷径的精度，消除了因卷径误差问题而造成的产品缺陷。'93xx_R/,PROCESS*EN8DXiVjlD"DB_'DB_ANAB2".AV.ANAB2'.SP.PRZ_outl-AV_speedspeedPRZ.inl"DB_0.0000e+ANAB2AV.000-PRZ_in2PRZ.out2-AV_curxent"0flag'一dirENO27图8速度转换程序4卷取机卷径计算及容错纠正机组采用卷取机的速度控制方式来保证全线张力恒定且可调。基速辐的直径乘以转速得到带钢的线速度，用该值除以卷取机的转速，得到带钢的卷径:D11×n×i(4)式中：Dr为卷取机卷径(m)；小为卷取机的转速(rmin)；G为卷取机减速比。实际运行中，由于测速辐和卷取机之间还有一个弹跳辐，该辑随卷取机的张力变化而发生上下波动，起到测量和稳定张力的作用，弹跳辑的摆动会引起带钢在卷取前的伸长和缩短。式中为弹跳辐变化引起的带钢长度变化量；为弹跳辑的臂长，取1.1m；Ak为弹跳辐摆臂变化率(rad)。对于测速辐折算后转速的变化(n)情况：勿="Dc兀XDC根据生产线钢带各处线速度相等，则卷取机的实际卷径计算为：C(11+n)×D×iDT=-(7)%生产过程中，卷取机每转一圈，卷径在原来的基础上增加两倍的平均带钢厚度叫通常情况下这种计算卷径的方法是准确的，但对于极薄带钢而言，在某些情况下会产生偏差，例如机组加速时，一旦测速辐两端的带钢张力之差大于测速辑包角处的摩擦力，会发生打滑，这时算得的线速度就高于实际值，会造成卷径计算的偏差，进而直接影响卷取机的扭矩输出。因此，必须对卷径计算的偏差进行限制，具体算法如下:（1）若当前卷径小于上一圈的卷径，则输出上一圈的卷径值。（2）若当前卷径减去上一圈卷径的差值大于当前带钢厚度的两倍，则用上一圈卷径值加上带钢厚度的两倍作为当前的卷径输出值。Z）i=minmax（Z）i.DlP，Dil+2H（8）式中：。为当前圈钢卷卷径（m）；Dh为前一圈钢卷卷径（m）；H为带钢厚度。5效果验证随机选取15个304不锈钢卷进行测试，并将开卷机压辑测量的卷径值与实际值进行对比，精度可达99.7%,结果如表2所示。实际数据证明，通过运用多点拟合非线性卷径测量曲线，能提高钢卷初始卷径的测量精度，减小偏差，很大程度上提升了初始转矩给定值的准确性，解决了起步过程中张力不稳带来的入口段弹跳辑上限位问题。开卷机运行过程中系统计算的卷径值和实际卷径值相符，没有出现张力波动抽带断带问题，运行平稳。表2钢卷卷径计算值与卷径实际值钢卷卷径计算值/nun卷径实际值mm118631865216801684315331532417651763512361235613691365714401443815361531916331635