CN102618813A - 连续处理生产线带钢焊缝跟踪控制方法 - Google Patents

Abstract

一种连续处理生产线带钢焊缝跟踪控制方法，其特征在于：工艺段焊缝跟踪控制采用炉子段跳动辊带钢长度动态补偿和锌锅段建立带钢伸缩模型相结合的控制方法。炉子段跳动辊带钢长度动态补偿就是利用位置传感器测量得到的带钢长度叠加到预热段(JPF)物理长度中去进行焊缝跟踪控制，锌锅段带钢伸缩模型就是根据带钢厚度值，依据热镀锌工艺曲线建立一个输出因子为带钢长度的变化值，将该值叠加到锌锅段物理长度中去进行焊缝跟踪控制。根据本发明，能为炉子段各段张力切换时刻最佳，并提供合适的带钢张力，使得机组能够生产出合格的镀锌产品；大大提高工艺段焊缝跟踪的控制精度，彻底消除焊缝过气刀时带钢碰撞气刀边部挡板而引起的机组停机故障，从而大大降低操作工劳动强度。

Description

连续处理生产线带钢焊缝跟踪控制方法

技术领域

本发明涉及冶金领域，具体的，本发明涉及一种连续处理生产线带钢焊缝跟踪控制技术与应用，更确切地讲是属于冷轧行业热镀锌机组工艺段带钢焊缝跟踪控制方法。

背景技术

在冶金领域，冷轧后带钢往往须经长度方向的连接焊接后，进入热镀锌机组连续处理工艺段进行连续处理。此时，带钢的长度方向各段带钢的张力控制显得非常重要。

热镀锌机组连续处理的工艺段设备包括张紧辊、跳动辊、预热段、加热段、均热段、缓冷段、快冷段和热张紧辊和锌锅段和气刀等设备所述工艺段设备包括顺序设置的NO.3张紧辊、跳动辊、预热段、加热段、均热段、缓冷段、快冷段和热张紧辊和锌锅段；所述炉子段包括顺序设置的预热段、加热段、均热段、缓冷段、快冷段；快冷段之后的所述锌锅段包括顺序设置的热张紧辊、锌锅和气刀，，如附图1。热镀锌机组工艺段设备各段张力控制必须在一定的要求范围内，且各段的张力切换时刻正确。这样，才能达到高精度稳定的带钢炉内张力控制，以便为炉子段的带钢退火工艺提供一个良好的生产条件，从而保证带钢取得较好的物理性能，有利于生产出合格热镀锌产品。

然而，在迄今为止热镀锌机组工艺段，并没有考虑在移动式跳动辊的带钢长度动态补偿量；也没有考虑到在炉子段(缓冷段和快冷段)的带钢的热胀冷缩变化量。由此，导致该段目前的控制模式存在如下问题：

1.由于没有考虑位于移动式跳动辊的带钢长度动态补偿量，导致炉子各段张力切换时刻无法达到最佳状态，各段的张力控制无法满足现有工艺技术要求。

2.由于炉子段的带钢焊缝跟踪控制技术没有考虑到炉子段带钢的热胀冷缩变化量，导致炉子段带钢的焊缝跟踪控制精度差，另外，加上带钢厚度变化范围在0.25-2.3MM，当带钢焊缝经过气刀时，容易发生带钢碰撞气刀边部挡板的故障，从而引起机组停机。

3.由于原有带钢焊缝跟踪控制技术的缺陷，导致气刀边部挡板的非接触式控制功能无法正常投入使用，操作工只能采用接触式气刀边部挡板功能。这样，当气刀的边部挡板自动打开后，需要操作工根据现场的实际情况手动合上边部挡板，由此，大大增强了操作工的劳动强度，也不利于带钢边部的涂层质量的控制。

发明内容

针对现有技术在实际应用中存在的问题，本发明提供一种连续处理生产线带钢焊缝跟踪控制方法，所述连续处理生产线带钢焊缝跟踪控制方法特征在于：

工艺段焊缝跟踪控制采用炉子段跳动辊带钢长度动态补偿和锌锅段建立带钢伸缩模型相结合的控制方案。跳动辊带钢长度动态补偿就是利用一个位置传感器测量得到的带钢长度叠加到预热段(JPF)物理长度中去进行焊缝跟踪控制，锌锅段建立带钢伸缩模型就是根据输入因子带钢厚度值，依据热镀锌工艺曲线建立一个输出因子为带钢长度变化值，将该值叠加到锌锅段物理长度中去进行焊缝跟踪控制。

本发明的连续处理生产线带钢焊缝跟踪控制方法技术方案如下：

一种连续处理生产线工艺段带钢焊缝跟踪控制方法，所述工艺段设备包括顺序设置的NO.3张紧辊、跳动辊、预热段、加热段、均热段、缓冷段、快冷段和热张紧辊和锌锅段。，所述炉子段包括顺序设置的预热段、加热段、均热段、缓冷段、快冷段，所述锌锅段包括顺序设置的热张紧辊、锌锅和气刀，其特征在于，所述方法采用炉子段跳动辊带钢长度动态补偿和在锌锅段建立带钢伸缩模型相结合的控制方法，

所述跳动辊带钢长度动态补偿控制如下：

(1)：将4-20MA(MA单位毫安，电流输入型模拟量的技术规格)的模拟量的值计算为跳动辊的位置值，

$1,\mathrm{DANCER}\_\mathrm{POS}=\frac{(L\_357\mathrm{BQ}301-800)*900}{3200}---\left(1\right)$

其中：L_357BQ301为模拟量卡输入值，即所述4-20MA的电流输入型模拟量的输入量，

DANCER_POS：为跳动辊的实际位置，即根据跳动辊控制后得到的实际位置(总行程的50％)：单位：MM，

3200是模拟量转换用的常量(模拟量卡件的操作手册请提供该手册具体名称和公开发行时间2006年6月30日TMEIC发布的V3000型模拟量卡操作手册)，

800是一个偏差值(模拟量卡件的操作手册)，即，4MA对应的数值为：800，20MA对应的数值为：900MM，即跳动辊总行程(单位MM)；

(2)：

$\mathrm{DANCER}\_\mathrm{LENGTH}=\frac{\mathrm{DANCE}\_\mathrm{POS}*2}{1000}---\left(2\right)$

其中：DANCER_POS：为跳动辊的实际位置：单位：MM，

DANCER_LENGTH：为跳动辊带钢长度动态补偿量，该补偿量为对炉子段JPF(预热段)区域的带钢物理长度值基础上的补偿，单位：M，

1000是一个长度单位MM转换为M的单位换算值；

(3)工艺段焊缝跟踪JPF(预热段)区域的长度(带动态补偿)计算：

G_ZONE_JPF＝R_JPF_ZN_OLD+DANCER_LENGTH ----------(3)

其中：R_JPF_ZN_OLD：JPF(预热段)区域的带钢物理长度值，

所述JPF(预热段，炉子段)区域的带钢物理长度值是NO.3张紧辊到RTF(加热段入口)之间带钢的实际长度值，是一个常数为69.65M；

G_ZONE_JPF：带有跳动辊带钢动态补偿的长度值，单位：M，

将计算得到的带钢长度值叠加到JPF(预热段)的带钢物理长度中去，用具有跳动辊带钢动态补偿量的长度值(即上述叠加值)作为控制目标值，和热张紧辊的计算得到的带钢长度比较，从而发出工艺段各段设备的张力切换的最佳时刻

见图2，跳动辊的位置采用一个位置传感器(357BQ301)获得，将计算得到的带钢长度值叠加到JPF(预热段)的带钢物理长度中去(简单相加。最终用具有跳动辊带钢动态补偿量的长度值作为控制目标值，和热张紧辊的计算得到的带钢长度比较(热张紧辊的计算得到的带钢长度：当焊缝进入JPF(预热段)区域后，通过计算热张紧辊的编码器的脉冲数，再将计算得到的脉冲数转换为带钢跟踪的长度值，从而得到该区域JPF(预热段)区域焊缝跟踪的带钢长度值。)

根据本发明的一种连续处理生产线带钢焊缝跟踪控制方法，其特征在于，跳动辊的位置采用一个位置传感器(357BQ301)获得，热张紧辊的计算得到的带钢长度：当焊缝进入JPF(预热段)区域后，通过计算热张紧辊的编码器的脉冲数，再将计算得到的脉冲数转换为带钢跟踪的长度值，从而得到该区域JPF(预热段)区域焊缝跟踪的带钢长度值。

根据本发明的一种连续处理生产线带钢焊缝跟踪控制方法，其特征在于，根据机组带钢厚度0.25-2.3MM范围，首先设定两端两点(分别是机组生产的带钢厚度规格的最小和最大值)分别为：X1＝0.25mm，Xn＝2.3mm。

根据本发明的一种连续处理生产线带钢焊缝跟踪控制方法，其特征在于，所述2点，分别优选范围为：X2＝(0.6-0.8)mm，X3＝(1.2-1.5)mm所述2点(比X1要大，比Xn要小)。

所述2点根据带钢工艺的退火曲线和实际调试测到的数据得到的。中间可以根据炉子段的工艺退火曲线种类，选择设定2-3点(根据炉子段的工艺退火曲线种类，选择设定2-3点，经调试后得出的)，即可以了，点不宜设得过多，否则程序会变得很复杂。本机组选择设置了2点，分别优选范围为：X2＝(0.6-0.8)mm，X3＝(1.2-1.5)mm。

根据本发明的一种连续处理生产线带钢焊缝跟踪控制方法，其特征在于，图中根据炉子段的工艺退火曲线种类和实际测试的结果，Y1(Y1234各代表不同的带钢厚度下，所体现的一炉带钢的不同伸缩量)优选负(表示收缩)的6-8m；Y2优选负的4-6m；Y3优选负的2-3m；Y4优选为0m。

根据本发明的一种连续处理生产线带钢焊缝跟踪控制方法，其特征在于，所述锌锅段带钢伸缩模型控制：

锌锅段带钢的带钢伸缩模型控制采用输入因子为带钢厚度值，输出变量为带钢长度伸缩量的函数模型图。见图3。

根据机组带钢厚度0.25-2.3MM范围，首先设定两端两点分别为：X1＝0.25mm，Xn＝2.3mm。

图中根据炉子段的工艺退火曲线种类和实际测试的结果，Y1优选负的6-8m；Y2优选负的4-6m；Y3优选负的2-3m；Y4优选为0m。

根据带钢工艺的退火曲线和实际调试测到的数据得到。

带钢伸缩模型控制计算得到的炉子段带钢伸缩量(FCE_EL_BIAS)叠加上锌锅区长度后，作为控制目标值，和NO.5张紧辊计算得到通过的带钢长度比较，从而正确地向气刀发出边部挡板动作命令.命令具体内容为带钢焊缝距离气刀15秒的一个动作信号。

(从NO.5张紧辊计算得到通过的带钢长度：当焊缝进入锌锅段区域后，通过计算NO.5张紧辊的编码器的脉冲数，再将计算得到的脉冲数转换为带钢跟踪的长度值，从而得到该区域锌锅段区域焊缝跟踪的带钢长度值。)逻辑公式(4)为：

R_POT_ZN_LEN＝POT_LEN+FCE_EL_BIAS   ---------(4)

其中：R_POT_ZN_LEN：为控制用的锌锅区带钢长度值(可变范围是：在12.845M到20.045M之间。)。

POT_LEN：锌锅区的带钢物理位置长度：是常数为：20.045M，单位：M。

FCE_EL_BIAS：为带钢伸缩模型控制计算得到的炉子段带钢伸缩量。单位：M。通过图3控制模型计算得到的范围，是0-负7.2M之间。

根据本发明的连续处理生产线带钢焊缝跟踪控制方法：1、它能为炉子段各段张力切换时刻最佳，并提供合适的带钢张力，使得机组能够生产出合格的镀锌产品。2、该控制方案大大提高了炉子段焊缝跟踪的控制精度，彻底消除了焊缝过气刀带钢碰撞气刀边部挡板而引起的机组停机故障。3、焊缝跟踪控制技术精度提高以后，气刀的边部挡板的非接触式控制模式也能正常投入，从而大大降低了操作工的劳动强度。

从2011年1月开始在冷轧厂五冷轧热镀锌机组工艺段的设备中投入使用至今，所获得的有益效果主要如下：

本发明方法至投入使用以来，一改以往炉子工艺段各设备张力切换时刻不佳，炉内张力不易控制的缺点，炉内各段张力切换时刻正确，有力地保证了机组能生产出合格的镀锌产品。

本发明方法至投入使用以来，一改以往工艺段焊缝跟踪精度差的缺点，当焊缝过气刀时，气刀的边部挡板动作正确，彻底避免了焊缝过气刀带钢碰撞边部挡板的故障，确保了机组的稳定运行。

本发明方法至投入使用以来，一改以往气刀边部挡板的非接触式挡板功能无法投入的弊端，气刀边部挡板的非接触式边部挡板能正常投入使用，从而大大降低了操作工的劳动强度，同时也从设备的本质上保证了带钢边部的涂层质量。

附图说明

图1为本发明工艺段设备布置示意图。

图2为炉子段跳动辊带钢动态补偿示意图。

图3为锌锅段带钢热胀冷缩模型控制图。

图中，I为炉子段，II为锌锅段，1为No3热张紧辊，2为张力计，3为跳动辊，4为热张紧辊，5气刀，6为限位开关，7为轨道，8为位置传感器，9为固定框架，X1-Xm为机组带钢厚度(mm)，Y1-Ym为炉子段一炉带钢伸缩量(m).

具体实施方式

以下，参照附图，以实施例具体说明本发明。

实施例1

宝钢五冷轧1730热镀锌机组是本发明专利的一个实施案例。工艺段焊缝跟踪控制采用跳动辊带钢长度动态补偿和锌锅段建立带钢伸缩模型相结合的控制方案。

这种控制方式可以为炉子内部提供高精度的带钢张力切换控制，高精度的炉子段焊缝跟踪，有效地保证了气刀边部挡板动作正确，气刀边部挡板的非接触式控制功能能正常投入使用后，大大减少了操作工的劳动强度，一定程度上加强机组的稳定性。下面详细予以说明如下：(实施例以带钢规格为：0.79*1004mm，)

一、跳动辊带钢长度动态补偿量控制部分说明

见图2跳动辊的位置采用一个位置传感器(357BQ301)获得，将计算得到的带钢长度值叠加到JPF(预热段)的带钢物理长度中去。最终用具有跳动辊带钢动态补偿量的长度值作为控制目标值，和热张紧辊的计算得到的带钢长度比较，从而发出张力切换的最佳时刻。

逻辑公式(1)为：将4-20MA的模拟量的值转换为跳动辊的位置值

$1,\mathrm{DANCER}\_\mathrm{POS}=\frac{(L\_357\mathrm{BQ}301-800)*900}{3200}---\left(1\right)$

其中：L_357BQ301为模拟量卡输入值(该实施例L_357BQ301的读数为2532)

DANCER_POS：为跳动辊的实际位置：单位：MM

3200是模拟量转换用的常量。

800是一个偏差值。4MA对应的数值为：800

900是一个跳动辊总行程。20MA对应的数值为：900

经计算：DANCER_POS＝(2532-800)×900/3200＝487.125mm。

2、逻辑公式(2)为：

$\mathrm{DANCER}\_\mathrm{LENGTH}=\frac{\mathrm{DANCE}\_\mathrm{POS}*2}{1000}---\left(2\right)$

其中：DANCER_POS：为跳动辊的实际位置：单位：MM

DANCER_LENGTH：为跳动辊带钢长度动态补偿量，单位：M。

1000是一个单位换算的值。

经计算：DANCER_LENGTH＝487.125×2/1000＝0.977m。

3、炉子段段焊缝跟踪JPF(预热段)区域的长度(带动态补偿)计算：逻辑公式(3)为：

G_ZONE_JPF＝R_JPF_ZN_OLD+DANCER_LENGTH   ----------(3)

其中：R_JPF_ZN_OLD：没有跳动辊带钢动态补偿的长度值，是一个常数为69.65M。单位：M。

G_ZONE_JPF：带有跳动辊带钢动态补偿的长度值。单位：M。

经计算：G_ZONE_JPF＝69.65+0.977＝70.627m。

二、锌锅段带钢伸缩模型控制部分说明

1、锌锅段带钢的带钢伸缩模型控制采用输入因子为带钢厚度值，输出变量为带钢长度伸缩量的函数模型曲线图。见图3。

2、根据机组带钢厚度0.25-2.3MM范围，首先设定两端两点分别为：X1＝0.25mm，Xn＝2.3mm；中间可以根据炉子段的加热曲线种类，选择设定2-3点，即可以了，点不宜设得过多，否则程序会变得很复杂。本机组选择设置了2点，分别为：X2＝(0.6-0.8)mm，X3＝(1.2-1.5)mm。(本实施优选例优选给出X2＝0.8MM，X3＝1.3MM)

3、图中根据炉子段的加热曲线种类和实际调试的结果，Y1优选负的6-8m；Y2优选负的4-6m；Y3优选负的2-3m；Y4优选为0m；(本实施优选例优选给出Y1＝-7.2M，Y2＝-5.5M，Y3＝-2M，Y4＝0M)

4、带钢伸缩模型控制计算得到的炉子段带钢伸缩量(FCE_EL_BIAS)叠加上锌锅区长度后，作为控制目标值，和NO.5张紧辊计算得到通过的带钢长度比较，从而正确地向气刀发出边部挡板动作命令。逻辑公式(4)为：

R_POT_ZN_LEN＝POT_LEN+FCE_EL_BIAS   ---------(4)

其中：R_POT_ZN_LEN：为控制用的锌锅区带钢长度值。

POT_LEN：锌锅区的带钢物理位置长度：是常数为：20.045M，单位：M。

FCE_EL_BIAS：为带钢伸缩模型控制计算得到的炉子段带钢伸缩量。单位：M。

经计算：因带钢厚度为：0.79MM，从控制模型计算得到的FCE_EL_BIAS为：-5.53m。

R_POT_ZN_LEN＝20.045-5.53＝14.515m。

根据本发明的连续处理生产线带钢焊缝跟踪控制方法：1、它能为炉子段各段张力切换时刻最佳，并提供合适的带钢张力，使得机组能够生产出合格的镀锌产品。2、该控制方案大大提高了炉子段焊缝跟踪的控制精度，彻底消除了焊缝过气刀带钢碰撞气刀边部挡板而引起的机组停机故障。3、焊缝跟踪控制技术精度提高以后，气刀的边部挡板的非接触式控制模式也能正常投入，从而大大降低了操作工的劳动强度。

Claims (8)

1.一种连续处理生产线工艺段带钢焊缝跟踪控制方法，所述工艺段设备包括所述炉子段及其后的锌锅段，所述炉子段包括顺序设置的NO.3张紧辊、跳动辊、预热段、加热段、均热段、缓冷段、快冷段和热张紧辊，所述锌锅段包括顺序设置的热张紧辊、锌锅和气刀，其特征在于，所述方法采用炉子段跳动辊带钢长度的动态补偿和在锌锅段建立带钢伸缩模型相结合的控制方法，

所述跳动辊带钢长度的动态补偿控制如下：

(1)：将4-20MA电流输入型模拟量的值计算为跳动辊的实际位置值，

其中：L_357BQ301为模拟量卡输入值，即所述4-20MA的电流输入型模拟量的输入量，

DANCER_POS：为跳动辊的实际位置，即根据跳动辊控制后得到的实际位置，该实际位置通常为总行程的50％：单位：MM，

3200是模拟量转换用的常量，

800是一个偏差值，即，4MA对应的数值为：800，20MA对应的数值为：900MM，即跳动辊总行程；

(2)：

其中：DANCER_POS：为跳动辊的实际位置：单位：MM，

DANCER_LENGTH：为跳动辊带钢长度动态补偿量，该补偿量为对炉子段JPF，即预热段区域的带钢物理长度值基础上的补偿，单位：M，

1000是长度单位MM转换为M的单位换算值；

(3)工艺段焊缝跟踪JPF，即预热段区域的带动态补偿的长度计算：

G_ZONE_JPF＝R_JPF_ZN_OLD+DANCER_LENGTH----------(3)

其中：R_JPF_ZN_OLD：JPF即预热段区域的带钢物理长度值，

所述JPF即预热段区域的带钢物理长度值，指NO.3张紧辊到RTF，即加热段入口之间带钢的实际长度值，是一个常数为69.65M；

G_ZONE_JPF：带有跳动辊带钢动态补偿的长度值，单位：M， 

将计算得到的带钢长度值叠加到JPF，即预热段的带钢物理长度中去，用具有跳动辊带钢动态补偿量的长度值作为控制目标值，和热张紧辊的计算得到的带钢长度比较，从而发出工艺段各段设备的张力切换的指令。

2.如权利要求1所述的一种连续处理生产线带钢焊缝跟踪控制方法，其特征在于，跳动辊的位置采用一个位置传感器获得，热张紧辊的计算得到的带钢长度：

当焊缝进入JPF，即预热段区域后，通过计算热张紧辊的编码器的脉冲数，再将计算得到的脉冲数转换为带钢跟踪的长度值，从而得到该区域JPF，即预热段区域焊缝跟踪的带钢长度值。

3.如权利要求1所述的一种连续处理生产线带钢焊缝跟踪控制方法，其特征在于，根据机组带钢厚度0.25MM-2.3MM范围，首先设定两端两点，即，机组生产的带钢厚度规格的最小和最大值，分别为：X1＝0.25mm，Xn＝2.3mm。

4.如权利要求3所述的一种连续处理生产线带钢焊缝跟踪控制方法，其特征在于，所述两端两点分别为如下范围：

X2＝(0.6-0.8)mm，X3＝(1.2-1.5)mm，

所述两端两点大于X1，小于Xn，根据带钢工艺的退火曲线和实际调试测到的数据得到。

5.如权利要求1所述的一种连续处理生产线带钢焊缝跟踪控制方法，其特征在于，根据炉子段的工艺退火曲线种类和实际测试的结果，

Y1、Y2 Y3 Y4各代表不同的带钢厚度，体现的带钢不同伸缩量，Y1优选负的6-8m；Y2优选负的4-6m；Y3优选负的2-3m；Y4优选为0m。

6.如权利要求1所述的一种连续处理生产线带钢焊缝跟踪控制方法，其特征在于，所述锌锅段带钢伸缩模型控制如下：锌锅段带钢的带钢伸缩模型控制采用输入因子为带钢厚度值，输出变量为带钢长度伸缩量的函数模型图，即带钢长度伸缩量和带钢厚度之间的关联图。

7.如权利要求6所述的一种连续处理生产线带钢焊缝跟踪控制方法，其特征在于，带钢伸缩模型控制计算得到的锌锅段带钢伸缩量(FCE_EL_BIAS)叠加上锌锅区长度后，作为控制目标值，和NO.5张紧辊计算得到通过的带钢长度比较，从而正确地向气刀发出边部挡板动作命令，逻辑公式(4)为：

R_POT_ZN_LEN＝POT_LEN+FCE_EL_BIAS    ---------(4)

其中：R_POT_ZN_LEN：为控制用的锌锅区带钢长度值范围在12.845M到20.045M之间， 

POT_LEN：锌锅区的带钢物理位置长度，是常数为：20.045M，单位：M，

FCE_EL_BIAS：为带钢伸缩模型控制计算得到的炉子段带钢伸缩量，范围在0-负7.2M之间，单位：M。

8.如权利要求1所述的一种连续处理生产线带钢焊缝跟踪控制方法，其特征在于，所述方法适用带钢的规格为：厚度0.25-2.3mm，宽度为：700-1630mm。 

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