CN105270905A - 一种带钢卷取张力设定值优化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带钢卷取张力设定值优化装置，其特征在于，所述优化装置包括径向定位系统，卷径变化量测量装置以及计算机处理系统，所述径向定位系统、卷径变化量测量装置均通过双向数据信号线与计算机处理系统连接；在计算机处理系统的控制下，分别启动和结束径向定位信号时刻和卷径变化量的测量，并将测量数据实时传送给计算机处理系统，在计算机处理系统内进行数据处理，完成卷形质量判定。计算机处理系统从外部带钢厚度测量系统获得带钢厚度值，并将张力设定值调整系数输出给外部张力控制系统。本发明可以即时发现卷形疏松问题，辅助设定合理的带钢卷取张力设定值。具有实现方法简单，装置可移动，实时和自动测量等优点。

Description

一种带钢卷取张力设定值优化装置及方法

技术领域

本发明涉及一种带钢卷取张力优化装置及方法，特别涉及一种带钢卷取张力设定值优化方法及方法。

背景技术

合理设定带钢卷取张力值对于确保卷形质量至关重要。张力过大会导致带钢宽度拉窄甚至断带，对机械设备也会造成不必要的损伤；而张力过小又会导致钢卷疏松、扁卷或松卷等卷形质量问题。可见，为了兼顾卷形质量和生产顺行，必须合理设定卷取张力值。目前大多数钢厂控制带钢张力的方法是：首先根据理论计算和经验设定张力控制值，然后在卷取过程中进行恒张力或分段恒张力控制。

现有技术存在的主要问题是：未实现张力设定值与卷形质量相对应的闭环反馈控制；一旦出现卷形质量问题，需人工发现和干预张力设定值。因而存在如下缺点：1）不能实时发现张力不足所致的卷形质量问题；2）张力设定值凭经验，遇到新情况还要重新摸索。

检索发现：CN201010022652.7《一种热轧卷取张力的控制方法》，采用两级卷取张力控制。其张力设定方法是：首先计算第一级、第二级设定值的计算；然后对带钢宽度和卷取质量进行检测判断，若不合格则调整张力系数；最后进行自适应步骤。该控制方法克服了现有技术的缺点，很好的解决了目前带钢宽度质量和卷取质量不能兼得的问题，在保证带钢宽度质量的同时也保障了带钢卷取质量。但无论是卷取质量检测判断，还是张力系数调整都需要人工干预。

CN200910063341.2《非接触式张力检测并反馈控制的织带卷取装置》，在两导辊间的织带外侧设置有电荷藕合器件图像传感器，织带团外周设置有超声波传感器，电荷藕合器件图像传感器连接有图像采集卡，超声波传感器连接有信号采集卡，图像采集卡、信号采集卡与PC工控机连接，PC工控机连接有运动控制卡，运动控制卡通过变频器与交流异步电机连接；靠近卷取辊设置张力调节装置。采用非接触式检测织带的张力和卷取半径的变化，不会因接触织带而对其张力产生影响，检测结果更加精确；结合电机的调速与气缸带动调节辊共同调节织带张力，张力调节更迅速更有效。该技术非接触式检测和判定装置比较复杂，且相应的计算机判定和调整规则未公开。因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种带钢卷取张力设定值优化方法及方法，本发明给出了一套基于卷筒径向定位的钢卷半径逐圈测量装置，以及相应的带钢卷取张力设定值优化方法。可以即时发现卷形疏松问题，辅助设定合理的带钢卷取张力设定值。具有实现方法简单，装置可移动，实时和自动测量等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下，一种带钢卷取张力设定值优化装置，其特征在于，所述优化装置包括径向定位系统，卷径变化量测量装置以及计算机处理系统，所述径向定位系统、卷径变化量测量装置均通过双向数据信号线与计算机处理系统连接；在计算机处理系统的控制下，分别启动和结束径向定位信号时刻和卷径变化量的测量，并将测量数据实时传送给计算机处理系统，在计算机处理系统内进行数据处理，完成卷形质量判定。计算机处理系统从外部带钢厚度测量系统获得带钢厚度值，并将张力设定值调整系数输出给外部张力控制系统。

作为本发明的一种改进，所述径向定位系统由径向定位标志和定位标志检测装置组成；所述卷径变化量测量装置由激光位移传感器组成；定位标志指示卷筒的某一特定旋转角位置，标志检测装置在卷筒旋转过程中，每一圈发现一次定位标志并发出一个定位脉冲，依据脉冲时刻在时间轴上实现带钢的逐圈分割；卷径变化量测量装置检测激光位移传感器安装点至钢卷表面的距离，沿卷筒半径和水平方向测量；所述定位标志检测装置由激光光线发射和接收装置组成，在卷筒轴颈底部，位于定位标志的两侧，发出一条垂直与卷筒轴线的光线，该光线当定位指针每转过轴颈正下方时会被瞬间遮挡一次，从而使激光光线接收装置发出一个定位脉冲信号。本技术的卷形测量原理是，由于理论上该距离每圈减少一个带钢厚度值，当卷形疏松时变化量会大于一个带钢厚度值，所以可依据该距离的变化情况判断钢卷的疏松程度。

作为本发明的一种改进，所述径向定位标志设置为钢质指针，其上端带磁性底座，可以完美贴合在卷筒轴颈曲线上；下端呈倒三角形状，倒三角的末端遮挡住激光光线传感器发出的光线。

一种带钢卷取张力设定值优化的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤，1）在卷筒轴颈上设置径向定位标志；在径向定位标志下方设置光线发射和接收器，使得径向定位标志每次转过下方时，都遮挡一次光线，在光线接收器上产生一个定位脉冲信号；根据现场情况，还可以选择划线、编码等作为径向定位标志，以及摄像和解码等方法标记径向位置、检测和发出定位脉冲信号。如：定位标志为一条沿卷筒轴线方向画在轴颈上的白色或其它颜色鲜明的标志线。此时定位标志检测装置，为CCD相机，其特征为该相机的图像信号传送到计算机系统后，通过图像识别技术确定标志线出现时刻。通过调节画线位置，实现CCD相机检测到定位标志线时刻与激光位移传感器检测到带头的时刻同步。

2）在与卷筒轴线等高的水平面上设置非接触式位移传感器，在固定点到卷筒轴心的直线上，测量固定点到钢卷表面的距离l；

3）通过计算机系统采集定位脉冲信号和距离l测量值，调试径向定位标志的安装位置，使得在发现带头的同一时刻，可以获得一个定位脉冲信号；

4）以后每获得一个定位脉冲信号，则表示卷筒转过一圈，以该定位脉冲信号被读取的时刻作为前一圈带钢结束和后一圈带钢开始时刻，实现带钢在时间轴上的逐圈分隔，根据本技术的卷形测量原理，激光位移传感器在相邻2个定位脉冲信号时刻间所测得的位移变化情况，就可以反映卷形变化情况；

5）应用本系统时，张力设定值从（略低于）理论计算值开始，当前后两（或数）圈测量的平均值差异过大时，则认为存在卷形疏松，并相应增大卷取张力设定值。

作为本发明的一种改进，所述步骤5中，卷形疏松具体判断方法如下，首先确定从带头开始的每一圈带钢的头尾检测时刻；然后读取非接触式位移传感器在每一圈带钢头尾时刻间的测量值l，将第i圈带钢测量平均值1_i与前1圈带钢测量平均l_i-1相比较，设δ=1_i-l_i-1，当δ>ωh时，其中h为带钢厚度，ω≥1是自定的可反映卷形疏松程度的卷径系数，则表示卷形疏松；卷取张力设定值从（略低于）理论计算值开始，设，ω为卷径系数，当时，判定为卷形正常，保持原张力不变，否则提高张力设定值一个步进值。

作为本发明的一种改进，所述步骤4中带钢逐圈分割具体过程如下如下，在卷筒轴颈处设置径向定位标志，通过调整其安装位置，使其每旋转至正下方就遮挡一次光线和发出一个脉冲信号；在位移传感器检测到带头的时刻，正好有一个脉冲信号到达计算机系统；以后每次接收到一个脉冲信号，就标志着前一圈带钢结束和后一圈带钢开始，通过标记时刻实现带钢的逐圈分割。

相对于现有技术，本发明的优点如下，本发明所述的一种带钢卷取张力设定值优化方法，适用于较厚带钢，1.5mm及以上，如：热轧和酸洗高强度带钢卷取时的张力设定值优化调整，尤其适合于产品规格品种，如：厚度、宽度、强度等，频繁变化的情况。通过实时测量卷径变化值，并将相邻2圈的卷径差δ与带钢厚度h相比较，可以及时发现由于张力不足所导致的钢卷疏松问题；同时在保证卷形质量的前提下，尽量采用较小的张力设定值，以保护机械设备和避免张力过大所致的宽度拉窄甚至断带；本技术具有卷形疏松问题发现速度快、卷取张力实时反馈控制的特点。具有可依据实测数据更加精准地设定卷取张力值，从而有效减少卷形不良、宽度拉窄等问题的发生，以及保护设备的明显优势。方法简单、易于实现，属冶金测量控制技术领域。

附图说明

图1本发明装置的系统组成框图；

图2图1中的组件1原理示意图；

图3本发明装置的现场布置示意图；

图4卷形疏松判定及张力优化流程示意图；

1—径向定位系统，2—卷径变化量测量仪，3—计算机处理系统，4—径向定位标志，5—定位标志检测装置，6—激光位移传感器。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图对本发明作进一步描述和介绍。

实施例1：参见图1，一种带钢卷取张力设定值优化装置，所述优化装置包括径向定位系统1，卷径变化量测量装置2以及计算机处理系统3，所述径向定位系统1、卷径变化量测量装置2均通过双向数据信号线与计算机处理系统3连接；在计算机处理系统3的控制下，分别启动和结束径向定位信号时刻和卷径变化量的测量，并将测量数据实时传送给计算机处理系统，在计算机处理系统3内进行数据处理，完成卷形质量判定。计算机处理系统3从外部带钢厚度测量系统获得带钢厚度值，并将张力设定值调整系数输出给外部张力控制系统。

参见图2、图3，作为本发明的一种改进，所述径向定位系统由径向定位标志4和定位标志检测装置5组成；所述卷径变化量测量装置2由激光位移传感器6组成；定位标志指示卷筒的某一特定旋转角位置，标志检测装置在卷筒旋转过程中，每一圈发现一次定位标志并发出一个定位脉冲，依据脉冲时刻在时间轴上实现带钢的逐圈分割；卷径变化量测量装置检测激光位移传感器安装点至钢卷表面的距离，沿卷筒半径和水平方向测量；所述定位标志检测装置由激光光线发射和接收装置组成，在卷筒轴颈底部，位于定位标志的两侧，发出一条垂直与卷筒轴线的光线，该光线当定位指针每转过轴颈正下方时会被瞬间遮挡一次，从而使激光光线接收装置发出一个定位脉冲信号。本技术的卷形测量原理是，由于理论上该距离每圈减少一个带钢厚度值，当卷形疏松时变化量会大于一个带钢厚度值，所以可依据该距离的变化情况判断钢卷的疏松程度。

参见图2、图3，作为本发明的一种改进，所述径向定位标志设置为钢质指针，其上端带磁性底座，可以完美贴合在卷筒轴颈曲线上；下端呈倒三角形状，倒三角的末端遮挡住激光光线传感器发出的光线。

实施例2：参见图4，一种带钢卷取张力设定值优化的方法，所述方法包括以下步骤，1）在卷筒轴颈上设置径向定位标志；在径向定位标志下方设置光线发射和接收器，使得径向定位标志每次转过下方时，都遮挡一次光线，在光线接收器上产生一个定位脉冲信号；根据现场情况，还可以选择划线、编码等作为径向定位标志，以及摄像和解码等方法标记径向位置、检测和发出定位脉冲信号。

2）在与卷筒轴线等高的水平面上设置非接触式位移传感器，在固定点到卷筒轴心的直线上，测量固定点到钢卷表面的距离l；

3）通过计算机系统采集定位脉冲信号和距离l测量值，调试径向定位标志的安装位置，使得在发现带头的同一时刻，可以获得一个定位脉冲信号；

4）以后每获得一个定位脉冲信号，则表示卷筒转过一圈，以该定位脉冲信号被读取的时刻作为前一圈带钢结束和后一圈带钢开始时刻，实现带钢在时间轴上的逐圈分隔，根据本技术的卷形测量原理，激光位移传感器在相邻2个定位脉冲信号时刻间所测得的位移变化情况，就可以反映卷形变化情况；

5）应用本系统时，张力设定值从（略低于）理论计算值开始，当前后两（或数）圈测量的平均值差异过大时，则认为存在卷形疏松，并相应增大卷取张力设定值。

作为本发明的一种改进，所述步骤5中，卷形疏松具体判断方法如下，首先确定从带头开始的每一圈带钢的头尾检测时刻；然后读取非接触式位移传感器在每一圈带钢头尾时刻间的测量值l，将第i圈带钢测量平均值1_i与前1圈带钢测量平均l_i-1相比较，设δ=1_i-l_i-1，当δ>ωh时，其中h为带钢厚度，ω≥1是自定的可反映卷形疏松程度的卷径系数，则表示卷形疏松；卷取张力设定值从（略低于）理论计算值开始，设，ω为卷径系数，当时，判定为卷形正常，保持原张力不变，否则提高张力设定值一个步进值；如附图4所示。

作为本发明的一种改进，所述步骤4中带钢逐圈分割具体过程如下如下，在卷筒轴颈处设置径向定位标志，通过调整其安装位置，使其每旋转至正下方就遮挡一次光线和发出一个脉冲信号；在位移传感器检测到带头的时刻，正好有一个脉冲信号到达计算机系统；以后每次接收到一个脉冲信号，就标志着前一圈带钢结束和后一圈带钢开始，通过标记时刻实现带钢的逐圈分割。

应用实例；

在本实施例中，采用一台，型号为ZDLS101，远距离高精度激光位移传感器，测量频率9400Hz,测量范围1000mm，分辨率0.01%FS；通过磁性底座，在卷筒驱动侧轴颈上与卷筒开口（或夹钳）相差90度角附近安装径向定位标志，在轴颈正下方安装激光对位传感器，包括一个发射器和一个接收器，信号采用频率不低于50Hz。通过调试使得在位移传感器发现带头时，径向定位标志正好遮挡光线一次，发出的脉冲信号恰好同时被计算机系统接收到。如附图1、2和3所示，本测量仪由径向定位系统1、卷径测量装置2、计算机处理系统组成3，径向定位系统1和卷径测量装置2均通过双向数据线与计算机处理系统组成实现数据交换。其中径向定位系统由径向定位标志4、定位标志检测装置5和6激光位移传感器组成；该径向定位标志为一钢质指针，可遮挡光线，且带有磁性底座以无损连接于卷筒轴颈上；如附图3所示，在卷筒驱动侧轴颈下方，定位标志检测装置发出一条垂直于卷筒转轴的光线，其位置和高度是：当径向定位标志转至轴颈正下方位置时，该光线正好被遮挡。激光位移传感器在与卷筒轴线等高的位置，对准卷筒垂直测量。前一圈测量值减去后一圈测量值之差即为这两圈卷径变化值δ=(l_i-l_i-1)；为提高测量稳定性，在本实施例中，取连续5个变化值的平均值作为判定依据；如附图4所示。首先将卷取张力值设定为，略低于理论计算值，然后检测装置根据卷取开始信号启动测量。先后采集到：带头时刻，带头后每一圈定位脉冲时刻，激光位移传感器测量值等信号，并在接收到卷取结束信号后停止检测。取ω=1.5,则当连续5圈卷径差的平均值≥1.5h时，将卷取张力设定值增加一个步进值3%-5%，否则保持原张力设定值不变。然后继续检测，直至接收到卷取结束信号后停止。

本发明卷取张力设定值优化装置及方法，具有结构和方法简单，低成本、可移动，实时在线检测卷形质量，自动输出卷取张力设定值调整系数等特点。该技术在梅钢1420酸洗机组应用后，可以为某一新品种钢在3000-12000kg卷取张力范围内，快速准确地找到最合适的卷取张力设定值，既保证了卷形质量，又最大程度地保护了设备。在梅钢热轧产线，配备水汽吹扫装置后，也可以进行圈径变化量的监测，以在保证热卷带钢宽度质量的同时也保障带钢的卷取质量。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (6)

1.一种带钢卷取张力设定值优化装置，其特征在于，所述优化装置包括径向定位系统，卷径变化量测量装置以及计算机处理系统，所述径向定位系统、卷径变化量测量装置均通过双向数据信号线与计算机处理系统连接；在计算机处理系统的控制下，分别启动和结束径向定位信号时刻和卷径变化量的测量，并将测量数据实时传送给计算机处理系统，在计算机处理系统内进行数据处理，完成卷形质量判定，计算机处理系统从外部带钢厚度测量系统获得带钢厚度值，并将张力设定值调整系数输出给外部张力控制系统。

2.如权利要求1所述一种带钢卷取张力设定值优化装置，其特征在于，所述径向定位系统由径向定位标志和定位标志检测装置组成；所述卷径变化量测量装置由激光位移传感器组成；定位标志指示卷筒的某一特定旋转角位置，标志检测装置在卷筒旋转过程中，每一圈发现一次定位标志并发出一个定位脉冲，依据脉冲时刻在时间轴上实现带钢的逐圈分割；卷径变化量测量装置检测激光位移传感器安装点至钢卷表面的距离，沿卷筒半径和水平方向测量；所述定位标志检测装置由激光光线发射和接收装置组成，在卷筒轴颈底部，位于定位标志的两侧，发出一条垂直与卷筒轴线的光线，该光线当定位指针每转过轴颈正下方时会被瞬间遮挡一次，从而使激光光线接收装置发出一个定位脉冲信号。

3.如权利要求2所述一种带钢卷取张力设定值优化装置，其特征在于，所述径向定位标志设置为钢质指针，其上端带磁性底座，贴合在卷筒轴颈曲线上；下端呈倒三角形状，倒三角的末端遮挡住激光光线传感器发出的光线。

4.采用权利要求1-3所述装置对带钢卷取张力设定值优化的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤，1）在卷筒轴颈上设置径向定位标志；在径向定位标志下方设置光线发射和接收器，使得径向定位标志每次转过下方时，都遮挡一次光线，在光线接收器上产生一个定位脉冲信号；

2）在与卷筒轴线等高的水平面上设置非接触式位移传感器，在固定点到卷筒轴心的直线上，测量固定点到钢卷表面的距离l；

3）通过计算机系统采集定位脉冲信号和距离l测量值，调试径向定位标志的安装位置，使得在发现带头的同一时刻，可以获得一个定位脉冲信号；

4）以后每获得一个定位脉冲信号，则表示卷筒转过一圈，以该定位脉冲信号被读取的时刻作为前一圈带钢结束和后一圈带钢开始时刻，实现带钢在时间轴上的逐圈分隔，根据本技术的卷形测量原理，激光位移传感器在相邻2个定位脉冲信号时刻间所测得的位移变化情况，就可以反映卷形变化情况；

5）应用本系统时，张力设定值从（略低于）理论计算值开始，当前后两（或数）圈测量的平均值差异过大时，则认为存在卷形疏松，并相应增大卷取张力设定值。

5.根据权利要求4所述的带钢卷取张力设定值优化的方法，其特征在于，所述步骤5中，卷形疏松具体判断方法如下，首先确定从带头开始的每一圈带钢的头尾检测时刻；然后读取非接触式位移传感器在每一圈带钢头尾时刻间的测量值l，将第i圈带钢测量平均值1_i与前1圈带钢测量平均l_i-1相比较，设δ=1_i-l_i-1，当δ>ωh时，其中h为带钢厚度，ω≥1是自定的可反映卷形疏松程度的卷径系数，ω的取值范围一般为1.1-1.6，当实测变化量大于自定变化量ωh时，则表示卷形疏松；卷取张力设定值从（略低于）理论计算值开始，设，ω为卷径系数，当时，判定为卷形正常，保持原张力不变，否则提高张力设定值一个步进值。

6.根据权利要求4所述的带钢卷取张力设定值优化的方法，其特征在于，所述步骤4中带钢逐圈分割具体过程如下，在卷筒轴颈处设置径向定位标志，通过调整其安装位置，使其每旋转至正下方就遮挡一次光线和发出一个脉冲信号；在位移传感器检测到带头的时刻，正好有一个脉冲信号到达计算机系统；以后每次接收到一个脉冲信号，就标志着前一圈带钢结束和后一圈带钢开始，通过标记时刻实现带钢的逐圈分割。