一種運(yùn)動中帶頭和軟鉗口定位控制方法

馮連強(qiáng)，梁光正，馬永軍，王俊萍，翟周科，鄧良豐

(中國重型機(jī)械研究院有限公司，陜西 西安 710032)

1 前言

“帶頭印”就是在帶鋼卷取過程中，在卷取張力的作用下，由于帶頭本身的厚度而在帶鋼上留下有間距規(guī)律的橫向壓痕。冷軋重卷機(jī)組使用普通套筒時，帶頭印比較明顯，嚴(yán)重時長度可達(dá)幾十米，嚴(yán)重影響帶材質(zhì)量。冷軋薄板生產(chǎn)過程中采用帶彈性套筒(俗稱橡膠套筒)卷取，達(dá)到了消除卷軸扇形塊對薄板造成的壓痕(折痕)，但未能消除薄板自身帶頭對薄板造成的壓痕。目前已經(jīng)出現(xiàn)采用帶有軟鉗口的套筒，軟鉗口區(qū)域材質(zhì)較軟，當(dāng)帶頭壓在鉗口區(qū)域內(nèi)時，可有效的解決帶頭印問題，這是國內(nèi)外正在研究的熱點(diǎn)問題和技術(shù)難題。

一般重卷生產(chǎn)線無帶頭與軟鉗口定位功能，少數(shù)帶有此功能的生產(chǎn)線，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硬件成本高，不容易維護(hù)，存在一定的缺陷。本文設(shè)計(jì)了一套行之有效的定位技術(shù)，其硬件簡單，算法可靠，精度高，很好地解決了帶頭印問題。

2 帶材帶頭與鉗口定位原理

為配合帶頭自動定位，在卷取套筒軟鉗口(軟槽)上設(shè)計(jì)了帶頭與鉗口定位控制系統(tǒng)。如圖1所示，鉗口定位檢測開關(guān)在C點(diǎn)，啟動鉗口定位功能，經(jīng)鉗口定位檢測開關(guān)檢測到卷筒軟鉗口位置，卷取轉(zhuǎn)過一定角度后上卷取時軟鉗口停在鉗口起始位F點(diǎn)，下卷取時軟鉗口停在鉗口起始位E點(diǎn)。

以上卷取為例，當(dāng)穿帶時帶頭到達(dá)帶頭檢測D點(diǎn)時，卷取機(jī)開始逆時針旋轉(zhuǎn)。通過調(diào)節(jié)器控制卷取機(jī)的轉(zhuǎn)速，使帶頭到達(dá)重疊位B點(diǎn)的剩余距離與軟鉗口逆時針旋轉(zhuǎn)至重疊位B點(diǎn)的剩余距離相等。這樣，帶頭與軟鉗口將同時到達(dá)B點(diǎn)，且此時帶材運(yùn)動速度與卷取機(jī)轉(zhuǎn)動線速度一致。

圖1 鉗口與帶頭對準(zhǔn)示意圖

軟鉗口定位分為兩個步驟:軟鉗口起始位定位和軟鉗口與帶頭重疊位定位。以上卷取為例，已知帶材運(yùn)動速度為v0，卷取機(jī)加速度為a，D點(diǎn)到B點(diǎn)距離為L1。

帶頭從D走到B的時間為t

在時間t內(nèi)，需控制軟鉗口從起始定位點(diǎn)F轉(zhuǎn)到重疊定位點(diǎn)B，設(shè)加速時間為，勻速時間為t2，則

故，F(xiàn)點(diǎn)到B點(diǎn)的線性距離

把t1和t2代入

當(dāng)帶材帶頭過D點(diǎn)時，開始計(jì)長，計(jì)長長度為l1，帶頭到B點(diǎn)剩余距離為

卷取機(jī)從F點(diǎn)向B點(diǎn)轉(zhuǎn)動，對線性距離開始計(jì)長，計(jì)長長度為l2，軟鉗口到B點(diǎn)剩余線性距離為

設(shè)

以Δl1為參考量，Δl2為反饋量，對其差值ΔL進(jìn)行PI運(yùn)算后，輸出值作為卷取機(jī)速度設(shè)定的增量Δv疊加到裝置的速度輸入。

控制框圖如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)示意圖

3 系統(tǒng)組成及程序設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)由控制器、執(zhí)行單元和檢測單元組成。本設(shè)計(jì)中控制器功能由主PLC(416－2 DP)完成。執(zhí)行單元即西門子S70逆變器和變頻電機(jī)，沒有額外增加硬件，減少了成本投入。出口導(dǎo)板帶頭檢測采用反射式光電開關(guān);鉗口定位檢測采用對射式光電開關(guān);卷取機(jī)轉(zhuǎn)動距離計(jì)長采用高速計(jì)數(shù)模塊FM450－1，其計(jì)數(shù)信號為卷取機(jī)電機(jī)上自帶編碼器反饋信號;帶材帶頭運(yùn)動距離計(jì)長不單獨(dú)增加元件，其值由機(jī)組速度計(jì)算得出。

程序設(shè)計(jì)主要由鉗口定位程序和軟鉗口與帶頭對準(zhǔn)程序兩部分組成，如圖3所示。

圖3 程序流程圖

4 使用情況

本控制系統(tǒng)充分利用了PLC的高速運(yùn)算能力和西門子S70逆變器裝置的強(qiáng)大速度處理資源，具有外圍電路少，結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高的特點(diǎn)。寶鋼股份有限責(zé)任公司冷軋廠的1 800 mm重卷檢查機(jī)組和1#縱切機(jī)組改造中使用本控制方法后，均實(shí)現(xiàn)了軟鉗口與帶頭百分之百對準(zhǔn)，有效地解決了“帶頭印”問題，提高了鋼板帶材的成材率。實(shí)踐結(jié)果表明，系統(tǒng)控制精度高、實(shí)時性好、動態(tài)響應(yīng)快。

［1］ 曾毅．現(xiàn)代運(yùn)動控制系統(tǒng)工程［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006．