一種運動中帶頭和軟鉗口定位控制方法

馮連強，梁光正，馬永軍，王俊萍，翟周科，鄧良豐

(中國重型機械研究院有限公司，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律的橫向壓痕。冷軋重卷機組使用普通套筒時，帶頭印比較明顯，嚴重時長度可達幾十米，嚴重影響帶材質量。冷軋薄板生產過程中采用帶彈性套筒(俗稱橡膠套筒)卷取，達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。目前已經出現采用帶有軟鉗口的套筒，軟鉗口區域材質較軟，當帶頭壓在鉗口區域內時，可有效的解決帶頭印問題，這是國內外正在研究的熱點問題和技術難題。

一般重卷生產線無帶頭與軟鉗口定位功能，少數帶有此功能的生產線，但其結構復雜，硬件成本高，不容易維護，存在一定的缺陷。本文設計了一套行之有效的定位技術，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)上設計了帶頭與鉗口定位控制系統。如圖1所示，鉗口定位檢測開關在C點，啟動鉗口定位功能，經鉗口定位檢測開關檢測到卷筒軟鉗口位置，卷取轉過一定角度后上卷取時軟鉗口停在鉗口起始位F點，下卷取時軟鉗口停在鉗口起始位E點。

以上卷取為例，當穿帶時帶頭到達帶頭檢測D點時，卷取機開始逆時針旋轉。通過調節器控制卷取機的轉速，使帶頭到達重疊位B點的剩余距離與軟鉗口逆時針旋轉至重疊位B點的剩余距離相等。這樣，帶頭與軟鉗口將同時到達B點，且此時帶材運動速度與卷取機轉動線速度一致。

圖1 鉗口與帶頭對準示意圖

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，已知帶材運動速度為v0，卷取機加速度為a，D點到B點距離為L1。

帶頭從D走到B的時間為t

在時間t內，需控制軟鉗口從起始定位點F轉到重疊定位點B，設加速時間為，勻速時間為t2，則

故，F點到B點的線性距離

把t1和t2代入

當帶材帶頭過D點時，開始計長，計長長度為l1，帶頭到B點剩余距離為

卷取機從F點向B點轉動，對線性距離開始計長，計長長度為l2，軟鉗口到B點剩余線性距離為

設

以Δl1為參考量，Δl2為反饋量，對其差值ΔL進行PI運算后，輸出值作為卷取機速度設定的增量Δv疊加到裝置的速度輸入。

控制框圖如圖2所示。

圖2 控制系統示意圖

3 系統組成及程序設計

控制系統由控制器、執行單元和檢測單元組成。本設計中控制器功能由主PLC(416－2 DP)完成。執行單元即西門子S70逆變器和變頻電機，沒有額外增加硬件，減少了成本投入。出口導板帶頭檢測采用反射式光電開關;鉗口定位檢測采用對射式光電開關;卷取機轉動距離計長采用高速計數模塊FM450－1，其計數信號為卷取機電機上自帶編碼器反饋信號;帶材帶頭運動距離計長不單獨增加元件，其值由機組速度計算得出。

程序設計主要由鉗口定位程序和軟鉗口與帶頭對準程序兩部分組成，如圖3所示。

圖3 程序流程圖

4 使用情況

本控制系統充分利用了PLC的高速運算能力和西門子S70逆變器裝置的強大速度處理資源，具有外圍電路少，結構緊湊、可靠性高的特點。寶鋼股份有限責任公司冷軋廠的1 800 mm重卷檢查機組和1#縱切機組改造中使用本控制方法后，均實現了軟鉗口與帶頭百分之百對準，有效地解決了“帶頭印”問題，提高了鋼板帶材的成材率。實踐結果表明，系統控制精度高、實時性好、動態響應快。

［1］ 曾毅．現代運動控制系統工程［M］．北京:機械工業出版社，2006．