CN102553948B - 冷轧连续处理线活套同步套量的自动动态调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的冷轧连续处理线活套同步套量的自动动态调节方法，具体是：在开卷机非甩尾阶段，采集入口张力辊上脉冲编码器信号，计算出带钢行走的实际距离，由此判断焊缝与活套的相对位置，对活套同步套量设定值进行自动调节；在开卷机甩尾阶段，根据活套同步套量目标设定值和当前实际值计算出需要补充的带钢长度，与入口开卷机上剩余带钢长度加以比较，对活套同步套量设定值进行自动调节；最后在冷轧连续处理线控制系统中设置一个功能模块，实现活套同步套量设定值的无扰自动切换功能。本发明可以防止活套内带钢跑偏，降低活套内带钢断带概率；能够提高处理线生产效率，减小操作人员工作强度；可降低活套内断带事故处理难度，缩短事故恢复时间。

Description

冷轧连续处理线活套同步套量的自动动态调节方法

技术领域

本发明涉及冷轧连续处理线领域，特别是涉及一种冷轧连续处理线活套同步套量的自动动态调节方法。

背景技术

冷轧连续处理线机组中工艺一般是原料卷先开卷、与前行带钢进行焊接后，进入工艺段进行处理，工艺处理完成后在出口段分切由卷取机卷成成品卷。工艺段的处理一般有酸洗、退火、镀锡、镀锌、脱脂、彩涂等工艺技术。在冷轧连续处理线的生产过程中，为了保证冷轧产品的质量和产量，工艺段带钢的运行速度应尽量保持稳定不变，以满足冷轧处理产品的生产工艺。而入口段由于原料卷存在开卷、切头、切尾和焊接等变换作业过程，无法与工艺段始终保持一致速度运转，因此在入口段和工艺段之间设置一个入口活套，用于存储一定量的带钢，以保证入口的变换作业不会导致工艺段停车或者降速。同样，出口段由于存在分切、取样、卷取等变换作业过程，在出口段与工艺段之间也设置一个起同样作用的出口活套。

带入出口活套（卧式）的常见冷轧处理线工艺布置如图1所示：在入口段或者出口段变换作业完成后，入口段或者出口段将以一定的速度（通常大于或者小于工艺段速度）立即运行，直至活套套量保持在同步套量设定位置，然后入口段或者出口段速度会自动跟随工艺段速度，以保证活套量始终为设定的同步套量。当同步套量设定值产生变化时，根据冷轧连续处理线的生产工艺，工艺段速度会保持恒定，而入出口段速度会自动调整，使得活套量达到新的同步设定套量，之后继续跟随工艺段速度。

在传统的活套同步套量设定方法当中，设定值通常由二级机或者操作人员一次性设定好，在无异常情况下，生产过程中往往不加以改动。这种方法虽然能够满足一般生产工艺需求，但是在带钢板型较差或者机械设备安装精度较低的情况下，容易造成活套内带钢跑偏；同时在需要反复调整活套同步套量设定值情况下，增加了操作人员的工作强度，降低了操作人员的工作效率；此外，一旦焊缝在活套内较大套量位置发生断带，会增加事故处理难度和事故恢复时间，最终降低处理线单位时间内的产量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种冷轧连续处理线活套同步套量的自动动态调节方法，以克服上述现有技术存在的问题。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的冷轧连续处理线活套同步套量的自动动态调节方法，具体是：根据处理线上带钢的实时运行状态，在入口开卷机处于非甩尾阶段，采集处理线入口张力辊上的编码器脉冲信号数，累计计算出带钢或焊缝实际的行走距离，从而判断焊缝在处理线上与活套的相对位置，对活套同步套量设定值进行自动调节；在入口开卷机处于甩尾阶段，根据活套同步套量目标设定值和当前实际值计算出需要补充的带钢长度，与入口开卷机上剩余带钢的长度加以比较，对活套同步套量设定值进行自动调节；最后在冷轧连续处理线电气自动化控制系统设置一个功能模块，对同步套量动态调节的设定值予以切换和保持，实现对活套同步套量设定值的自动动态调节。

本发明可以采用包括以下步骤的方法，对活套同步套量设定值进行自动动态调节：

（1）在焊缝进入入口活套时，活套同步套量保持在一个较小值，使焊缝尽快离开活套区域，减少焊缝在活套区域内的停留时间；

（2）在焊缝离开入口活套时，活套同步套量保持在一个中等值，以便既能在入口段停车处理突发事故时为工艺段提供足够的带钢满足正常运转，不至于造成工艺段停车或降速；又不至于使得入口活套内的带钢长度过长，增加断带风险；

（3）在入口段开始启动甩尾时，入口活套同步套量保持在一个较大值，以便储存足够的带钢，以满足入口段变换作业和焊接带钢的需求，而活套保持大套量的时间又不会太持久，增加活套内断带的风险；

（4）对于出口活套，由于同步套量始终保持在一个较低值，因此不存在动态调节同步套量设定值的需求。

上述步骤（1）中，焊缝进入口活套的时间点可以由以下方法确定：

在活套入口侧设置一套张力辊，张力辊驱动电机传动轴上安装有脉冲增量型编码器，控制系统读取并累计编码器的脉冲信号来判断带钢当前的运行位置和行走距离。在控制系统中设置一个累加器和脉冲计数使能信号即计数器门信号，当计数器门开启时，累加器开始采集并累计编码器脉冲信号；当计数器门关闭时，累加器停止采集编码器脉冲信号，并将之前所储存的脉冲信号累计值清零。

入口段焊接完成后，计数器门开启，焊缝前进的距离由以下公式计算：

S＝∑P×pl

式中：∑P为累计的编码器脉冲数；pl表示单个脉冲折算到带钢的直线位移，

假定：入口段焊机离活套入口的距离为L_in，当S＞L_in时，则焊缝前行位移超过了焊机离活套入口的距离，表明焊缝进入入口活套，此时冷轧连续处理线的控制系统自动设定较小的同步套量位置。

上述步骤（2）中，焊缝出入口活套的时间点可以由以下方法确定：

假定：活套两端单层总长度为L；活套内的当前实际套量为a%；活套内带钢层数为N；当S＞(a×L×N)/100+L_in，L_in为入口段焊机离活套入口的距离时，则焊缝前行位移超过了焊机离活套入口的距离与当前活套内带钢长度之和，表明焊缝离开入口活套，此时冷轧连续处理线的控制系统自动设定中等大小的同步套量位置。

上述步骤（3）中，入口段准备启动甩尾的时间点可以由以下方法确定：

假定：入口段甩尾完成时，活套的同步套量需要达到的设定值为sp%；入口段充套速度为V_in；工艺段运行速度为V；入口段开卷机上钢卷的实际剩余长度为L_POR；

当 $\frac{L_{\mathrm{POR}}}{V_{\mathrm{in}}}<\frac{(\mathrm{sp}-a)\&times;L\&times;N}{(V_{\mathrm{in}}-V)\&times;100}$ 时，

式中：a为活套内的当前实际套量；L为活套两端单层总长度；N为活套内带钢层数，

则开卷机上剩余长度按充套速度运行，时间不足以让当前活套套量运行至设定大小sp%时，表明甩尾准备开始，此时控制系统自动设定较大的同步套量位置。

本发明可以采用以下方法对同步套量动态调节的设定值进行无扰自动切换：

在冷轧连续处理线电气自动化控制系统当中，设置一个设定值无扰自动切换功能模块，实现对活套同步套量的自动动态调节；

模块中设有一个三输入脉冲触发切换开关，触发开关的门控触发信号分别由上述计算的各个时间点加以控制。每个触发开关输入对应一个预先给定的输入设定值，当任意开关门控触发信号接收到一个上升沿脉冲时，相应的输入设定值被装载到功能模块中的保持寄存器，同时始终输出作为活套同步套量的最终给定值。保持寄存器当中的数值会一直驻留在闪存当中，直至下次新的设定值到来刷新。

本发明与现有技术相比具有以下的主要有益效果：

其一.可以防止活套内带钢跑偏，降低活套内带钢发生断带事故的概率：

采用本方法后，在正常生产时，冷轧连续处理线活套内的带钢长度会最大限度的保持一个较小值（一般情况下单层长度不超过20m），降低了因为活套内带钢长度过长造成的头尾不在一条直线上的可能性，进而使得带钢在活套内不易跑偏。即使是轻微跑偏也能够保证在正常生产允许的范围以内，不会因为严重跑偏使得带钢边部刮蹭设备出现断带。采用本发明所提供的技术方案，使得冷轧处理线带钢在活套内发生断带事故的概率平均降低至1次/每万吨。

其二.能够提高处理线生产效率，同时减低操作人员工作强度；

采用本方法后，控制系统能够对活套设定值进行自动无扰切换设定，不需要操作人员实时观察当前带钢运行状态，对设定值进行频繁的手动更改，同时也避免了操作人员手动输入引入的错误设定，由此导致的处理线异常停机。该技术方案使得入口段单个操作工的操作工作量降低了5%，而同时使得生产线由于活套造成的停机时间平均降低了0.3小时/每月（通常冷轧连续处理线成材率为99%以上）。

其三.可以降低活套内断带事故处理难度，缩短事故恢复时间：

在正常生产时，假如活套内发生带钢断带事故，由于活套内带钢支撑点间距较长（通常为8-13m），加之活套本身的多层结构特性和带钢自重，带钢会出现垮塌现象。采用本发明所提供的技术方案后，由于活套内带钢存留的长度维持在较小值，带钢坍塌的范围较小，使得带钢拉展和重新焊接的难度大大降低，有效缩短了事故处理时间，通常可以保证在30分钟以内恢复正常生产，进而将事故造成的损失减小到较低限度。

附图说明

图1是带入出口活套的冷轧处理线常见工艺布置示意图。

图2是入口段和入口活套区示意图。

图3是脉冲累加器和计数器门工作示意图。

图4是同步套量设定值的自动动态调节示意图。

图中：1.开卷机；  2.焊机；  3.张力辊；  4.编码器；  5.入口活套；  6.活套卷扬；  7.出口活套；  8.分切剪；  9.卷取机。

具体实施方式

本发明提供的冷轧连续处理线活套同步套量的自动动态调节方法，具体是：根据处理线上带钢的实时运行状态，在入口开卷机处于非甩尾阶段，采集处理线入口张力辊上的编码器脉冲信号数，累计计算出带钢或焊缝实际的行走距离，从而判断焊缝在处理线上与活套的相对位置，对活套同步套量设定值进行自动调节；在入口开卷机处于甩尾阶段，根据活套同步套量目标设定值和当前实际值计算出需要补充的带钢长度，与入口开卷机上剩余带钢的长度加以比较，对活套同步套量设定值进行自动调节。最后在冷轧连续处理线电气自动化控制系统设置一个功能模块，对动态调节的设定值予以切换和保持，实现设定值的无扰下发功能。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。

1.同步套量设定值的动态调节：

冷轧连续处理线机组的入口活套5和出口活套7起到了平衡缓冲入出口段和工艺段上运行速度不一致的作用。一般生产模式下，活套5的同步套量会设置成一个比较大的定值（大于80%）。原因在于入口段甩尾进行新钢卷焊接时，入口段降速停车，在重新起速运行之前，活套5套量会逐渐被工艺段所消耗。为了避免工艺段停车，活套5储存的套量应该满足工艺段始终恒速运转，直至入口段焊接完成重新起速，此时入口段会以大于工艺段的速度运行，再次为活套5充套（即在活套内储存带钢），当活套量到达同步套量设定位置时降速至工艺段速度并且跟随其速度运行。出口活套7的充放套过程与入口活套5类似。

由于在冷轧连续处理线机组生产过程中，焊缝的抗拉伸能力明显小于带钢本体，因此较其他位置更容易由于外界作用发生断带事故。通常在活套5区域内，为了不造成带钢的塌落，活套5内的张力较其他位置大，因此焊缝在活套5内极易发生断带。此外，活套5在大套量运转时容易出现带钢跑偏现象，进一步加大了带钢由于刮蹭发生断带的可能性。

一旦在活套5当中发生断带，由于活套5的多层结构，断带位置处理起来相当复杂繁琐，增加了处理线恢复正常生产的故障处理时间，也降低了处理线的生产效率，减小了单位时间内产量。活套5内带钢长度越大，由于带钢的自身重量，断带处理越困难，长度越短，则处理越方便。所以，为了提高处理线生产效率，减少事故恢复时间，首先要降低带钢尤其是焊缝连接处在活套5内的断带可能性，其次在满足机组正常生产需要的同时，尽量减少活套5内带钢存储长度。采用动态调节同步套量设定值的方式可以满足以上需求，参见图2和图3，具体方法如下：

（1）在焊缝进入活套5时，活套5同步套量保持在一个较小值（如20%），目的是让焊缝尽快离开活套5区域，减少焊缝在活套5区域内的停留时间。

（2）在焊缝离开活套5时，活套5同步套量保持在一个中等值（如45%），目的是既能在入口段停车处理突发事故时为工艺段提供足够的带钢满足正常运转，不至于造成工艺段停车或降速；又不至于使得活套5内的带钢长度过长，增加断带风险。

（3）在入口段开始启动甩尾时，活套5同步套量保持在一个较大值（如85%），目的是储存足够的带钢，以满足入口段变换作业和焊接带钢的需求，而活套5保持大套量的时间又不会太持久，增加活套内断带的风险。

（4）对于出口活套7，由于同步套量始终保持在一个较低值，因此不存在动态调节同步套量设定值的需求。

2.同步套量动态调节的时间点计算：

采用自动动态调节入口活套5同步套量，需要准确计算如下三个设定不同同步套量的时间点，以达到系统所希望的无扰稳定运行。

（1）焊缝进入口活套5的时间点：

通常，在活套5入口侧设置一套张力辊3，张力辊3驱动电机传动轴上安装有脉冲增量型编码器4，控制系统读取并累计编码器4的脉冲信号来判断带钢当前的运行位置和行走距离。在控制系统中设置一个累加器和脉冲计数使能信号（计数器门信号），当计数器门开启时，累加器开始采集并累计编码器4脉冲信号；当计数器门关闭时，累加器停止采集编码器4脉冲信号，并将之前所储存的脉冲信号累计值清零，等待下一次计数器门开启后重新累计编码器4脉冲。

把计数器门开启和关闭之间的时段称之为计数窗口期。由于控制系统为数字信号处理系统，设系统的单个指令周期循环时间为T，从计数器门开启到计数器门关闭共有T₁、T₂……T_n个指令周期，各个指令周期内采集到的编码器4脉冲数为P_T1、P_T1……P_Tn，那么在计数窗口期内所采集到总脉冲数量为∑P＝P_T1+P_T2+……+P_Tn。如图3所示。

当入口段带钢甩尾完成后，入口段进入变换作业状态，前一卷带钢尾部停留在焊机2位置等待后一卷带钢的头部前来焊接。当前后两卷带钢焊接完成后，入口段开始重新起速运行，此时将控制系统中计数器门打开，脉冲累加器开始累加编码器4输入的脉冲数。

假定：张力辊3的直径为D；脉冲增量型编码器4的分辨率为单圈1024个脉冲，即编码器4跟随电机传动轴每转动一圈会相应产生1024个脉冲计数信号；张力辊3驱动电机的减速比为1:G，即电机每转动一圈，张力辊3会相应转G圈。

那么单个脉冲信号折算到带钢的直线位移可以由以下公式计算得出：

pl＝πD×G/1024

式中：pl表示单个脉冲折算到带钢的直线位移。

因此，在计数窗口期内，入口段带钢（包括焊缝）前进的距离可以由以下公式计算得出：

S＝∑P×pl＝(P_T1+P_T2+……+P_Tn)×πD×G/1024

如图2所示，假定：入口段焊机2离活套5入口的距离为L_in，当S＞L_in时，则带钢（即焊缝）前行位移超过了焊机2离活套5入口的距离，表明焊缝到达了活套5入口位置，即将进入活套5，此时控制系统产生一个上升沿脉冲信号，将预先输入的较小同步套量设定值装载至保持寄存器，控制当前状态下的活套5同步运行位置。

（2）焊缝出入口活套5的时间点：

如图2所示，假定：活套5两端单层总长度为L；活套5内的当前实际套量为a%；活套5内带钢层数为N。

那么当前活套5内储存的带钢长度可以由以下公式计算得出：

H＝(a×L×N)/100

当S＞H+L_in时，则焊缝前行位移超过了焊机2离活套5入口的距离与当前活套5内储存带钢长度之和，表明焊缝位置到达了活套5出口位置，即将离开活套5，此时控制系统也产生一个上升沿脉冲信号，将预先输入的中等大小同步套量设定值装载至保持寄存器，控制当前状态下的活套5同步运行位置。

（3）入口段准备启动甩尾的时间点：

如图2所示，假定：入口段甩尾完成时，活套5的同步套量需要达到的设定值为sp%；入口段最大运行速度（充套速度）为V_in；工艺段运行速度为V；入口段开卷机1上钢卷的实际剩余长度为L_POR。

那么入口开卷机1上剩余带钢以充套速度运行时，所消耗的时间可以由以下公式计算得出：

$t=\frac{L_{\mathrm{POR}}}{V_{\mathrm{in}}}$

活套5由当前实际位置（套量）运行至甩尾完成时的位置，需要补充的带钢长度为：

$H_{\mathrm{\&Delta;}}=\frac{(\mathrm{sp}-a)\&times;L\&times;N}{100}$

在这一期间内，由于活套5入口的运行速度等于入口段速度V_in，活套5出口的运行速度等于工艺段速度V，因此活套5内带钢的相对运行速度为：

V_Δ＝V_in-V

所以活套5从当前实际位置（套量）运行至甩尾完成时的位置，所消耗的时间可以由以下公式计算得出：

$t_{\mathrm{\&Delta;}}=\frac{H_{\mathrm{\&Delta;}}}{V_{\mathrm{\&Delta;}}}=\frac{(\mathrm{sp}-a)\&times;L\&times;N}{(V_{\mathrm{in}}-V)\&times;100}$

当t＜t_Δ时，则开卷机1上剩余长度按充套速度运行，时间不足以让当前活套5套量运行至设定大小sp%，表明活套5需要为入口段变换作业储存足够的带钢裕量，入口段甩尾准备开始，此时控制系统同样产生一个上升沿脉冲信号，将预先输入的较大同步套量设定值装载至保持寄存器，控制当前状态下的活套5同步运行位置。

3.同步套量设定值的无扰自动切换：

如图4所示，在冷轧连续处理线电气自动化控制系统当中，设置一个设定值无扰自动切换功能模块，实现对活套5同步套量的自动动态调节。

模块中设有一个三输入脉冲触发切换开关，触发开关的门控触发信号分别由上述计算的各个时间点加以控制。每个触发开关输入对应一个预先给定的输入设定值，当任意开关门控触发信号接收到一个上升沿脉冲时，相应的输入设定值被装载到功能模块中的保持寄存器，同时始终输出作为活套5同步套量的最终给定值。保持寄存器当中的数值会一直驻留在闪存当中，直至下次新的设定值到来刷新，以实现设定值的无扰下发功能。

Claims (5)

1.一种冷轧连续处理线活套同步套量的自动动态调节方法，其特征是：

根据处理线上带钢的实时运行状态，在入口开卷机处于非甩尾阶段，采集处理线入口张力辊上的编码器脉冲信号数，累计计算出带钢或焊缝行走的实际距离，从而判断焊缝在处理线上与活套的相对位置，对活套同步套量设定值进行自动调节；

在入口开卷机处于甩尾阶段，根据活套同步套量目标设定值和当前实际值计算出需要补充的带钢长度，与入口开卷机上剩余带钢的长度加以比较，对活套同步套量设定值进行自动调节；

最后在冷轧连续处理线电气自动化控制系统中设置一个功能模块，对活套同步套量动态调节的设定值予以切换和保持，实现设定值的无扰下发功能；

该方法采用包括以下步骤的方法，对活套同步套量设定值进行自动动态调节：

(1)在焊缝进入入口活套时，活套同步套量保持在一个较小值，使焊缝尽快离开活套区域，减少焊缝在活套区域内的停留时间；

(2)在焊缝离开入口活套时，活套同步套量保持在一个中等值，以便既能在入口段停车处理突发事故时为工艺段提供足够的带钢，满足处理线正常运转，不至于造成工艺段停车或降速；又不至于使得入口活套内的带钢长度过长，增加断带风险；

(3)在入口段开始启动甩尾时，入口活套同步套量保持在一个较大值，以便储存足够的带钢，以满足入口段变换作业和焊接带钢的需求，而活套保持大套量的时间又不会太持久，由此增加活套内断带的风险；

(4)对于出口活套，由于同步套量始终保持在一个较低值，因此不存在动态调节同步套量设定值的需求。

2.根据权利要求1所述的自动动态调节方法，其特征是步骤(1)中，焊缝进入口活套的时间点由以下方法确定：

在活套入口侧设置一套张力辊，张力辊驱动电机传动轴上安装有脉冲增量型编码器，控制系统读取并累计编码器的脉冲信号来判断带钢当前的运行位置和行走距离；在控制系统中设置一个累加器和脉冲计数使能信号即计数器门信号，当计数器门开启时，累加器开始采集并累计编码器脉冲信号；当计数器门关闭时，累加器停止采集编码器脉冲信号，并将之前所储存的脉冲信号累计值清零；

入口段焊接完成后，计数器门开启，焊缝前进的距离由以下公式计算：

S＝∑P×pl

式中：∑P为累计的编码器脉冲数；pl表示单个脉冲折算到带钢的直线位移，

假定：入口段焊机离活套入口的距离为L_in，当S＞L_in时，则焊缝前行位移超过了焊机离活套入口的距离，表明焊缝进入入口活套，此时冷轧连续处理线的控制系统自动设定较小的同步套量位置。

3.根据权利要求1所述的自动动态调节方法，其特征是步骤(2)中，焊缝出入口活套的时间点由以下方法确定：

假定：活套两端单层总长度为L；活套内的当前实际套量为a％；活套内带钢层数为N；当S＞(a×L×N)/100+L_in，L_in为入口段焊机离活套入口的距离时，则焊缝前行位移超过了焊机离活套入口的距离与当前活套内带钢长度之和，表明焊缝离开入口活套，此时冷轧连续处理线的控制系统自动设定中等大小的同步套量位置。

4.根据权利要求1所述的自动动态调节方法，其特征是步骤(3)中，入口段准备启动甩尾的时间点由以下方法确定：

假定：入口段甩尾完成时，活套的同步套量需要达到的设定值为sp％；入口段充套速度为V_in；工艺段运行速度为V；入口段开卷机上钢卷的实际剩余长度为L_POR；

当 $\frac{L_{\mathrm{POR}}}{V_{\mathrm{in}}}<\frac{(\mathrm{sp}-a)\&times;L\&times;N}{(V_{\mathrm{in}}-V)\&times;100}$ 时，

式中：a为活套内的当前实际套量；L为活套两端单层总长度；N为活套内带钢层数，

则开卷机上剩余长度按充套速度运行，时间不足以让当前活套套量运行至设定大小sp％时，表明甩尾准备开始，此时控制系统自动设定较大的同步套量位置。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的自动动态调节方法，其特征是采用以下方法对活套同步套量动态调节的设定值进行无扰自动切换：

在冷轧连续处理线电气自动化控制系统当中，设置一个设定值无扰自动切换功能模块，实现对活套同步套量的自动动态调节：

模块中设有一个三输入脉冲触发切换开关，触发开关的门控触发信号分别由上述计算的各个时间点加以控制；每个触发开关输入对应一个预先给定的输入设定值，当任意开关门控触发信号接收到一个上升沿脉冲时，相应的输入设定值被装载到功能模块中的保持寄存器，同时始终输出作为活套同步套量的最终给定值；保持寄存器当中的数值会一直驻留在闪存当中，直至下次新的设定值到来刷新，以实现设定值的无扰下发功能。