本钢2300mm热轧卷取自动对尾控制简析

本钢2300mm热轧卷取自动对尾控制简析

刘远峰

刘远峰

本钢热轧2300生产线辽宁本溪117000

摘要：本文介绍了本钢2300mm热轧生产线自动对尾控制的使用情况和基本原理

关键词：热轧；卷取机；自动对尾控制

一、前言

2009本钢热轧厂2300生产线年投产，生产线采用SMS公司的机械设备，TMEICM公司的电气设备。该生产线可以生产厚度从1.2-25.5毫米，宽度最大到2300毫米，强度可达X100的带钢，是世界上最先进的热轧生产线之一。热轧生产线中，卷取区域作为产品的最后成型区，高精度的设备控制是保证卷性的先决条件。本文着重描述热轧生产线中卷取的最后环节，卷取自动对尾（ATC）的控制原理，只有精确的对尾才能保证良好的卷型和高效的成卷速度。

二、自动对尾的设备构成和控制简述

自动对尾英文缩写ATC（Autotailpositioncontrol），对尾涉及的设备包括冷检、下夹送辊、卷筒、助卷辊、卸卷小车等，控制是指当带钢尾部在输出辊道上时开始降速，并保证在冷检（CMD）前带钢降至恒定速度，当带钢经过CMD时开始通过下夹送辊速度计算带钢走过的长度，在长度大于CMD和夹送辊之间长度时，开始触发ATC1。ATC1的执行使卷筒带动带钢尾部能准确停在3#助卷辊前的3点钟位置。当ATC1完成后开始执行ATC2动作，2#助卷辊打开到最大位置，卸卷小车提升直至和带钢间形成压力，卷筒旋转使带钢尾部准确停在7点钟位置，完成整个对尾过程。

三、自动对尾的具体控制过程

1、输出辊道降速阶段

为了保证卷取的稳定性，带钢在辊道上的降速采用恒定的降速率a，带钢出精轧速度为Vf，在CMD前要的速度要到达恒速度V，。这样只要在CMD前S米位置开始降速，可保证在CMD前带钢达到恒定速度V。

2、对尾的实现

要分别完成对尾中的ATC1和ATC2，首先要计算出当块钢当前的卷径，并根据卷径计算出ATC1和ATC2的长度。然后根据长度换算成弧度，并最终以卷筒的速度。

2.1卷径计算

在卷取过程中钢卷直径是动态变化的。因此需要实时的计算出卷取过程中不同时刻的卷径。在系统中卷取钢卷直径采用两种方法计算，第一种采用线速度方法计算，第二种采用带钢卷取圈数方法计算。然后采用分段比较法，优化出最准确的卷径。

2.1.1.线速度方法计算卷径

在卷取机咬钢后，卷取机进入转矩控制，卷筒和夹送辊之间以一定张力稳步的卷取带钢。由此可知在卷取过程中，钢卷直径虽然一直在增大，但卷筒和夹送辊之间线速度一定是相等的如图1示。

图1卷筒和夹送辊速度关系

V=?*d*NP

=?*D*NM

V———————带钢线速度d————下夹送辊直径（常数）

D————钢卷卷径

NP————下夹送辊角速度（速度编码器测得）

NM————卷筒角速度（速度编码器测得）

卷径计算公式如下：

2．1.2.卷取圈数方法计算卷径

在卷筒咬钢后，带钢随着卷筒的旋转将紧密缠绕在卷筒上。随着缠绕圈数的增加，钢卷直径在不断增加，而每圈增加的厚度为带钢厚度的二倍。由此可知

D=D1+2hp

Dp————钢卷直径

D1————卷筒直径（位置传感器测得）

h————带钢厚度（二级设定）

p————卷筒咬钢后旋转圈数（编码器测得）

2.1.3.分段比较法计算出钢卷卷径Ｄ，如图2所示：

（1）如果Ds<Dp*（1-?），

D=Dp*（1-?）

（2）如果Dp*（1+?）>=Ds>=Dp*（1-?），

D=Ds

（3）如果Ds>Dp*（1+?），

D=Dp*（1+?）

Ds————线速度方法计算的卷径

Dp————带钢卷取圈数方法计算出的卷径.

?=0.1

图2卷径的分段比较法

2.2、ATC1和ATC2长度的计算

ATC1长度组成包括夹送辊部分的长度Lb，夹送辊和卷筒之间的长度Lc，卷筒部分的长度Ld。

Lx————下夹送辊和卷筒中心的垂直距离

Ly————下夹送辊和卷筒中心的水平距离

D————当前卷径

Dp————下夹送辊直径

则ATC1自动对尾总长度为：L=Lb+Lc+Ld

ATC1长度L需要转换成对应的弧度，然后用于卷筒定位和速度计算。则ATC1目标弧度为t=2L/D

当带钢到达卷取机前冷检时，开始通过下夹送辊速度计算带钢走过的距离，当等于冷检和夹送辊间距离时，认为带钢尾部到达夹送辊。此时触发ATC1对尾控制，并将卷筒编码器计数值Ct清零，这样之后Ct值将对应带钢尾部的位置。转化为弧度，则当前尾部对应的弧度为t1=2πCt

由此可知，当前带钢尾部ATC1目标值和实际值间的差值Δ=t-t1

当然定义了一个ATC1对尾的精度范围25度，当Δ小于25度时，可以得出Vatc1=0

2.3、ATC1的完成

ATC1的执行完毕信号是通过卷筒位置差值Δ和角速度Vatc1共同判断的，在控制器中提前给出对尾的精度值，当Δ小于该精度值，并且角速度为零时，执行器即判断ATC1完成，否则将继续执行直至操作员手动停止。

2.4、ATC2的执行

当ATC1完成后开始执行ATC2动作，2#助卷辊打开到最大位置，卸卷小车提升直至和带钢间形成压力，卷筒旋转使带钢尾部准确停在7点钟位置，完成整个对尾过程。ATC2的过程和ATC1类似，区别只是此动作操作员可手动调节，这里不详细说明了。

三、自动对尾故障和改进

从上面的介绍可以看出，其实自动对尾的ATC2和ATC1执行的动作基本相同，那为何要进行两次动作呢。那是因为在卷取尾部控制中，当卷取的带钢尾部由于CMD采样周期限制，卷径偏差，速度控制方面的偏差，造成一次对尾往往完成不了对尾动作，或定位不准即自动进行下步动作，这会导致卸卷位置不好甚至出现掉卷事故。因此在调试时才采用了ATC1和ATC2两次对尾共同实现对尾功能。

因此下一步的工作目标是缩短采样周期，并努力提高设备控制精度，确保带钢一次对尾即可实现对尾目标，从而缩短对尾时间，较少人力资源消耗，提高产量。

四、结束语

在热轧生产线中，卷取的自动对尾是最为重要的控制之一，只有高精度的自动对尾控制才能保证生产速度，才会有高品质的钢种。本钢2300生产线自2009年投产至今已4年，经过不断的技术革新，该生产线无论是生产能力，还是钢卷质量，一直深受好评。

参考文献：

[1]、TMEICM卷取机卷筒转矩控制系统描述

[2]、TMEICM自动对尾控制功能描述