熱卷箱中間卷尾部智能控制方法

唐鋼信息自動化部 閻新杰 焦連輝

在熱卷箱的控制功能中，中間卷尾部展開是熱卷箱自動開卷過程的重要環(huán)節(jié)之一，對熱軋生產(chǎn)線熱卷箱的中間卷在開卷過程中的尾部控制以及設(shè)備動作異常問題進(jìn)行分析研究，通過改善并優(yōu)化控制算法、提高控制精度、增加設(shè)備運(yùn)行連鎖等措施，使鋼卷尾部順利展開，避免飛剪區(qū)剪切重疊帶鋼造成飛剪剪刃崩斷事故，以及由于飛剪區(qū)不能將異常折疊的尾部全部切斷，導(dǎo)致的折疊尾部進(jìn)入軋機(jī)時造成軋機(jī)斷輥等嚴(yán)重設(shè)備事故。因此，需要位置輥的精確控制使中間卷到尾部最后幾卷停在準(zhǔn)確的位置，保證開尾銷在開卷到尾部時能正確插入中間卷卷芯，從而順利開卷。

熱卷箱在熱軋軋鋼生產(chǎn)線上的主要作用是減少中間坯頭尾的溫差、降低扎機(jī)組功耗、進(jìn)一步去除表面氧化鐵皮以及提高精除鱗效果。開尾銷和位置輥?zhàn)鳛殚_卷的重要環(huán)節(jié)，是保證鋼卷尾部順利展開、不層疊的主要保障。在實(shí)際生產(chǎn)中，隨著熱卷箱的使用時間加長，現(xiàn)場問題逐漸增多，開尾銷的動作時序異常或位置輥沒有在正確的位置上會造成開卷過程中帶鋼的尾部沒能順利展開，造成折疊的尾部進(jìn)入除鱗箱、剪刃崩斷或進(jìn)入軋機(jī)堆鋼等事故，導(dǎo)致軋機(jī)被迫快停，產(chǎn)生大量廢鋼的同時造成軋線被迫停機(jī)。因此，需要深入研究開尾銷的打開、關(guān)閉動作控制時序，保證尾部順利展開，確保后續(xù)進(jìn)入帶鋼尾部剪切、進(jìn)入精除鱗的工序正常進(jìn)行。

1 開尾銷機(jī)械結(jié)構(gòu)

開尾銷安裝在卷箱區(qū)CR2托輥上方、出口夾送輥位置輥前方兩側(cè)的位置，鋼卷在使用卷箱開卷過程中的最后幾圈時，開尾銷插入卷芯，保證尾部順利開卷，其動作方向?yàn)椴迦牒统槌鰞煞N，動作方向與軋線方向垂直。將開尾銷插入鋼卷卷芯，通過兩位三通電磁閥進(jìn)行控制，流量調(diào)節(jié)閥檢測動作距離，通過接近開關(guān)檢測最大位，保證物理位置可靠。開尾銷結(jié)構(gòu)如圖1所示。

開尾銷控制時序邏輯中存在三個控制模式：等待位、插入位、快開位。開尾銷控制示意圖如圖2所示。三個模式的具體說明如下：

（1）預(yù)開卷位（等待位）：在開卷過程中，卷徑到達(dá)設(shè)定卷徑值，卷箱位置輥到達(dá)等待位，此時鋼卷已頂靠在位置輥上，處于CR2托輥位置，每個開尾銷動作到等待位（當(dāng)前鋼卷寬度/2+50mm）的位置。

（2）鋼卷插入位：當(dāng)位置輥達(dá)到245mm的位置并且卷徑縮小至850mm時，開尾銷觸發(fā)關(guān)閉動作，插入卷芯

2 中間卷尾部控制模式

為了保證中間卷能夠尾部順利通過，開尾銷和位置輥的精確控制至關(guān)重要，開尾銷和位置輥的控制模式如下。

2.1 開尾銷的控制模式

內(nèi)部，關(guān)閉到插入位（當(dāng)前鋼卷寬度/2-150mm）的位置。

（3）快開位：鋼卷尾部離開卷箱CR2區(qū)時，開尾銷打開到原始位（快開位）。

2.2 位置輥的控制模式

位置輥的控制分為中間開卷前的準(zhǔn)備模式以及在開卷過程中與鋼卷接觸的控制模式，控制示意圖如圖3所示。

（1）開卷準(zhǔn)備：開卷開始時，輥傳動向后旋轉(zhuǎn)，移動到等待位置（20mm位置）；

（2）當(dāng)定位輥與鋼卷接觸時，定位輥以恒定速度（100mm/s）移動到其初始位置。限制力的值設(shè)定為300KN＋液壓缸的重量補(bǔ)償，如果實(shí)際反饋的力大于這個限制值，移動速度會增大到速度的限制值。

3 中間卷尾部智能控制算法優(yōu)化

根據(jù)現(xiàn)有問題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)開尾銷打開和關(guān)閉時序異常會導(dǎo)致：在投入卷箱開卷過程中尾部折疊、飛剪無法正常剪切、折疊尾部進(jìn)入除鱗后將設(shè)備損壞、折疊尾部進(jìn)入軋機(jī)導(dǎo)致堆鋼等問題。

如何精確控制開尾銷的動作時序是現(xiàn)階段主要研究內(nèi)容，對開尾銷的控制原理以及開卷過程中的三種模式進(jìn)行分析研究，位置輥的動作時序與鋼卷開卷卷徑有關(guān)，因此開尾銷的動作時序主要是根據(jù)開卷卷徑值的不同觸發(fā)開尾銷相應(yīng)的動作命令。因此，從以下兩方面進(jìn)行研究及控制系統(tǒng)優(yōu)化。

3.1 優(yōu)化鋼卷卷徑計(jì)算

開卷模式下，鋼卷卷徑到達(dá)850mm時，觸發(fā)開尾銷關(guān)閉時序。由于鋼卷卷徑直接與位置輥、開尾銷的控制時序有關(guān)，因此需要對鋼卷卷徑進(jìn)行優(yōu)化，確保卷徑的準(zhǔn)確性，才能提高開尾銷的關(guān)閉時序的準(zhǔn)確性，目前卷箱的鋼卷成卷（或鋼卷開卷）卷徑的計(jì)算都是通過對板坯初始卷徑（卷芯直徑600mm）、厚度和板坯卷取長度三個參數(shù)計(jì)算得出實(shí)際卷徑值，由于板坯在卷取成卷（或開卷）過程中每一圈之間存在一定的縫隙量，因此所計(jì)算的理論卷徑與實(shí)際卷徑存在一定的偏差，需要考慮每層鋼卷之間的縫隙量值[1]。

解決措施：由于鋼卷每層縫隙的影響，將鋼卷卷徑成卷（或開卷）計(jì)算值均加入一個補(bǔ)償值，將縫隙量當(dāng)作一個常數(shù)值參與計(jì)算，經(jīng)過對鋼卷的多次測試，得出一個平均值作為計(jì)算常數(shù)參與卷徑計(jì)算。這種計(jì)算方法將減少理論與實(shí)際值的誤差，提高卷徑計(jì)算精度，保證位置輥在中間卷最后幾卷能保持準(zhǔn)確的位置，使中間卷尾部順利通過。

3.2 優(yōu)化開尾銷打開時序連鎖

鋼卷開卷完成后，開尾銷開始打開到原始位，打開的時序是在尾部跟蹤離開CR2區(qū)域后觸發(fā)打開命令。但隨著卷徑越大，卷徑計(jì)算誤差越大，判斷跟蹤尾部離開卷箱CR2區(qū)域及尾部位置的準(zhǔn)確性就會降低，開尾銷能否將鋼卷尾部順利展開主要取決于開尾銷的打開時序是否準(zhǔn)確，必須保證尾部離開卷箱CR2區(qū)域后才能打開，避免尾部沒有展開前開尾銷提前打開的情況[2]。開尾銷打開時序示意，如圖4所示。

解決措施：增加開尾銷打開的連鎖條件，當(dāng)在帶鋼尾部離開CR2區(qū)域的同時卷箱出口熱檢沒有檢測到帶鋼，且檢測信號為OFF狀態(tài)（ON為檢測到帶鋼，OFF為沒有帶鋼）時，證明卷箱區(qū)鋼卷已經(jīng)開卷完成，帶鋼尾部已離開卷箱區(qū)，此時觸發(fā)開尾銷打開命令。該方法具有帶鋼尾部信號和熱檢信號的雙重連鎖保護(hù)，此時的開尾銷已將帶鋼尾部徹底展開，有效避免尾部折疊的現(xiàn)象發(fā)生。

4 結(jié)論

通過控制邏輯優(yōu)化、提高卷徑計(jì)算精度，保證了位置輥在中間卷尾部時保持正確的位置，增加了開尾銷插入的準(zhǔn)確性；通過將卷箱出口熱檢信號增加到開尾銷打開的連鎖條件里，在確認(rèn)帶鋼尾部徹底離開卷箱區(qū)域后，開尾銷再執(zhí)行打開命令，從而保證了開尾銷將帶鋼尾部順利展開，杜絕開尾銷提前打開導(dǎo)致尾部折疊的事故發(fā)生。實(shí)際開卷驗(yàn)證優(yōu)化效果良好，解決了尾部折疊問題，降低了軋線事故的發(fā)生。