CN107520278B - 防止卷取机卸卷时钢卷内圈抽芯的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防止卷取机卸卷时钢卷内圈抽芯的控制方法。本发明的防止卷取机卸卷时钢卷内圈抽芯的控制方法，包括以下步骤：卷取完成钳口位置侦测步骤；带钢理想剪切点计算步骤；带尾定位步骤；自动卸卷步骤。采用本发明能够完全消除卸卷时带头卡阻、钢卷内圈划伤、抽芯现象。

Description

防止卷取机卸卷时钢卷内圈抽芯的控制方法

技术领域：

本发明涉及一种防止卷取机卸卷时钢卷内圈抽芯的控制方法，属于冶金冷轧自动控制技术领域。

背景技术：

参见图1、2，在现代冷轧酸洗生产线因生产带钢规格较厚，往往在卷取机4的卷筒5上设置有钳口机构6。生产过程中，在卷取机4卷取带钢1之前，为了保证带头2部能被顺利导入钳口61，需要通过钳口定位光电开关7将钳口61位置定位在卷筒5与转向辊3间公切线吻合位置，即钳口61处于插入等待位。当带头2部被导入钳口61后，液压缸63推动钳口内的压舌夹紧带头2，同时卷筒5涨径，卷取机电机8带动卷筒5旋转进行带钢卷取。

参见图3，当带钢1剩余卷取长度达到设定值时或者前后卷带钢焊缝被检测到时，卷取机电机8控制卷筒5低速旋转，当分卷剪切后卷取机4的压辊11伸出并压住带钢尾部以防止带尾上翘和松卷。当甩尾完成后，带尾按要求定位停止在设定角度位置，卷取机电机8停止旋转并启动自动卸卷控制步序，以便钢卷从卷筒5卸下、运走。

参见图3、4，在正常工作状态下，自动卸卷控制步序包括如下过程：卸卷小车鞍座12上升抬起，当鞍座托住钢卷后，卷筒5收缩同时钳口压舌打开，鞍座12随卸卷小车远离卷筒5方向移动将钢卷从卷筒5上卸下。而在实际卸卷过程中存在如下问题：(1)当小车鞍座12将钢卷托起后，由于在钢卷重力的影响下，钢卷的内外圆周会发生轻微的偏心而呈现出椭圆，导致钢卷内圈上下两端区域与卷筒的间隙变小，左右两端区域与卷筒的间隙变大。(2)因钳口位置所对应外表面局部凸起，曲率半径骤然减小，当钢板较厚时，卷筒的涨缩量不足以满足抽芯间隙需求。(3)正常卷取时因要使带尾停止在钢卷指定角度位置，所以卷取完成后卷筒5的钳口61在卷筒截面上的停止角A2可能会出现在任意角度位置上。这样也就导致：当钳口61处于卷筒图4-a、4-b所示的A1＝0°，A1＝180°区域时，此刻钢卷内圈与钳口61的间隙最小，同时钳口压舌62也易受重力影响无法完全打开，这些都将造成钳口6与带头2、钳口6与钢卷内圈表面摩擦力增大发生卡阻，当卸卷小车横移鞍座12从卷筒5上抽出钢卷过程中，带头2无法顺利从钳口脱离，导致钢卷内圈出现卡钢、划伤及抽芯现象。严重影响到生产线的生产效率和节奏，同时也给产品质量和设备、人员安全产生负面效果。而当钳口61处于卷筒图4-c、4-d所示的A1＝90°，A1＝290°区域时，此刻钢卷内圈与钳口61的间隙最大，同时钳口压舌62也易受重力影响最小，这些都可以避免和极大减低钢卷抽出过程中带头2与钳口6的卡组发生，使这个卸卷过程更加顺利高效完成。

综上所述，由于正常生产中主要对钢卷的带尾停止位置进行控制，导致卷筒钳口的位置处于不可控状态，因此不能完全消除卸卷时带头卡阻、钢卷内圈划伤、抽芯现象。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题提供一种防止卷取机卸卷时钢卷内圈抽芯的控制方法，完全消除卸卷时带头卡阻、钢卷内圈划伤、抽芯现象。

上述的目的通过以下技术方案实现：

一种防止卷取机卸卷时钢卷内圈抽芯的控制方法，该方法包括以下步骤：卷取完成钳口位置侦测步骤；带钢理想剪切点计算步骤；带尾定位步骤；自动卸卷步骤；

所述卷取完成钳口位置侦测步骤，是在正常卷取运行过程中当带钢原定剪切点至出口剪的长度L1达到设定目标值时，触发控制程序通过当前剩余带钢长度及当前钢卷卷径和当前钳口所处的角度值预先计算出钳口在卷取完成后的停止角度；

所述带钢原定剪切点至出口剪的长度L1＝当前在线带钢原设定总长L_Z-当前在线带钢通过出口剪的长度L_T计算所得，同时，为了更加准确地计算出卷取完成后钳口的停止角度，L1设置为15000-20000mm。

所述当前在线带钢通过出口剪的长度L_T通过出口张紧辊电机编码器计数所得。即在当前卷带头最后一刀剪切完成并被带头检测传感器PH0检测到时，传感器PH0发出信号对剪前张紧辊电机编码器计数进行清零复位。当前卷带钢运行时，实时通过剪前张紧辊电机编码器旋转圈数及张紧辊传动速比和辊径计算出当前在线带钢通过出口剪的长度L_T。

L1＝L_Z-L_T

L_T＝N₀TD₀π

L1：带钢原定剪切点至出口剪的长度；

L_Z：当前在线带钢原设定总长；

L_T：当前在线带钢通过出口剪的长度(检测值)；

N₀：出口剪前张紧辊编码器计数值(旋转圈数)；

T：出口剪前张紧辊传动速比；

D₀:出口剪前张紧辊辊径，为固定值；

进一步，所述当前钳口所处的角度值A₀是指带钢原定剪切点至出口剪的长度L1达到设定目标值时钳口所处的角度值，其由卷取机电机编码器计数所得的卷筒旋转圈数值N₁通过函数去整取小数后计算而得：

A₀＝[Select N₁–cast(N₁as int)]×360°+B₀

B₀：卷取穿带时钳口的初始角度，即卷取时带钢切线与垂线夹角；

N₁：卷取开始至带钢原定剪切点至出口剪的长度L1达到设定目标值时，由卷取机电机编码器9计数得出的卷筒5旋转圈数值；

进一步，所述如A₀≥360°时，则A₀＝A₀-360°

进一步，所述预先计算出钳口在卷取完成后的停止角度是指：按原设定剪切长度，卷取完成后带尾按要求停止在指定角度位置时钳口的停止角度A₁，其计算公式为：

A₁＝[Select N₂–cast(N₂ as int)]×360°+A₀

N₂＝(L1+L2+L3+L4+L5+L₀)/(D₁π)

L2：生产线出口剪至转向辊中心位置的长度(固定值)；

L3：带钢在转向辊辊面包角所对应弧长；

L4：生产线出口转向辊与钢卷外圆间公切线长度；

L5：带钢在钢卷外圆上切入角到带尾定位点所对应的弧长；

N₂:从L1达到设定目标值起，至当前剩余带钢的带尾卷取定位完成时刻，卷筒需要旋转的圈数；

D₁:当前钢卷卷取直径，其通过安装在卷取机上的钢卷直径检测传感器PH1检测而得；

进一步，所述L₀是为补偿当前钢卷卷取直径计算误差而设置的带钢长度补偿量，取值范围根据实际生产带钢的厚度在100-600mm间调整。

进一步，所述L3，L4，L5通过如下方法计算而得：

其中

B₁＝90°-B₂

其中

Z＝X²+Y²

C₀:卷取完成后带尾需停止的角度，固定值(一般为120°)；

D₂:出口转向辊辊径(固定值)；

X:出口转向辊与卷筒中心的垂直间距(固定值)；

Y:出口转向辊与卷筒中心的水平高度差(固定值)；

进一步，所述如A₁≥360°时，则A₁＝A₁-360°

进一步，所述带钢理想剪切点计算步骤是根据侦测出的当前钢卷卷取完成后钳口停止位置的不同，通过计算程序重新计算当前带钢剪切点的位置，也就是重新计算出剪切时当前带钢通过出口剪的理想长度L_T'。

进一步，所述带钢理想剪切点是指在当前钢卷在该剪切点剪切卷取完成后，带钢尾部能定位到指定位置角度的同时，卷筒钳口能被准确定位在钢卷截面上的90°或270°角位置。

进一步，剪切时当前带钢通过出口剪的理想长度L_T’通过如下方法计算而得：

L_T’＝L_Z-L1-L_d,其中

进一步，为最大程度减少因定位对成品带钢原设定卷取长度的影响，对上述公式中S的取值范围做出如下设定：

0°≤A₁＜90°时，S＝A₁+(360°-270°)

90°≤A₁＜270°时，S＝A₁–90°

270°≤A₁＜360°时，S＝A₁-270°

进一步，所述带尾定位步骤是在当前带钢通过出口剪的长度L_T等于理想长度L_T’时，带钢停止运行并进行剪切，同时对卷取机编码器清零并根据此刻的剩余卷取长度L’和当前卷径D'计算出带尾定位完成时卷筒需要旋转的圈数N'，控制卷取机电机旋转至卷筒旋转圈数N等于计算圈数N’停止，同时传感器PX1或PX2检测到钳口位置准确后触发钢卷自动卸卷步骤。

进一步，L'、N'通过如下方法计算而得：

L’＝L2+L3’+L4’+L5’+L₀’

N’＝L’/(D₁’π)

其中

B₁＝90°-B₂

其中

Z＝X²+Y²

其中，D₁’:当前带钢通过出口剪的长度L_T等于理想长度L_T’时，其通过安装在卷取机上的钢卷直径检测传感器PH1检测而得的当前钢卷卷取直径。

进一步，所述L₀'是为补偿当前钢卷卷取直径计算误差而设置的带钢长度补偿量，取值范围根据实际生产带钢的厚度在50-100mm间调整。

进一步，所述钳口位置校验传感器PX1或PX2安装在卷筒联轴器一侧，并分别位于卷筒截面的90°或270°角位置，通过与卷筒钳口对应的档块来检测钳口停止位置是否处于90°或270°角位置。如卷取完成钳口未处于90°或270°角位置，即PX1和PX2都未检测到时，系统将输出报警信息通知人工进行卸卷干预。

进一步，所述钢卷自动卸卷步骤是带尾卷取完成，钳口到达指定位置后，卸卷小车鞍座从等待位低压低速上升到压力开关检测到鞍座接触钢卷后，鞍座切换到高压低速上升0.5s停止，此时鞍座完全托起钢卷，然后卷筒收缩、钳口打开后控制卷筒以6m/min正向点动1s停止，接着后卷筒再次涨开0.5秒后收缩，最后小车横移将钢卷从卷筒上卸出。

现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明充分考虑并结合导致卸卷抽芯的三大问题，通过在满足带钢卷取时钢卷带尾按要求定位的同时，实现卷筒钳口在在钢卷截面上的90°或270°角位置的精准定位的方法，保证了钢卷卸卷时钳口部位与带钢内圈的间隙最大，避免了钳口部位带钢的卡阻及抽芯划伤。

(2)本发明通过后台程序运算来自动控制钳口与带尾的快速精准定位。整个运算及控制过程对生产线原生产节奏及产出不产生任何影响，不需要增加生产线出口带钢卷取停止次数和时间。

(3)本发明在控制模型的运算中充分考虑到了带钢在出口转向辊包角及在卷筒上切入角对卷取长度计算的影响，并通过有效的方法实现对二者的精确计算。

(4)本发明通过钢卷直径检测传感器直接检测钢卷当前卷径并设置了取值范围根据实际生产带钢厚度不同而调整的带钢长度补偿量，有效消除了钢卷卷取过程中直径不断变化对定位计算模型的影响，保证了整个控制模型的精准。

(5)本发明在钢卷卸卷自动控制流程启动前，通过安装在卷筒联轴器一侧传感器PX1和PX2，对钳口停止位置进行校验和异常报警输出，保障了卸卷过程的设备安全与状态可控，避免卸卷失败事故发生。

(6)本发明在钢卷卸卷自动控制步骤进行过程中，当钳口打开后控制卷筒短暂正向旋转后停止，可以快速顺利地让带钢头部从钳口内脱离。再通过卷筒的重新涨缩，可以有效地让钢卷内圈重新成型及消除内圈塌陷。

附图说明

图1、带钢卷取带穿示意图。

图2、卷筒钳口机构结构示意图。

图3、钢卷带尾卷取示意图。

图4、鞍座卸卷示意图。其中图4(a)为A1＝0°时的鞍座卸卷示意图，图4(b)为A1＝180°时的鞍座卸卷示意图，图4(c)为A1＝270°时的鞍座卸卷示意图，图4(d)为A1＝90°时的鞍座卸卷示意图。

图5、钢卷完成钳口位置计算示意图。

图6、钳口与带尾卷取定位示意图。

图7、本发明的控制流程图(一)

图8、本发明的控制流程图(二)

图中：1-带钢，2-带头，3-转向辊，4-卷取机，5-卷筒，6-钳口机构，61-钳口，62-压舌，63-液压缸，7-钳口定位光电开关，8-卷取机电机，9-卷取机电机编码器，10带尾，11-压辊，12-小车鞍座，13-张紧辊，14-张紧辊电机，15-张紧辊电机编码器，16-出口剪，17-带头检测传感器PH0，18-钢卷直径检测传感器(PH1)，19-钳口位置校验传感器(PX1),20-钳口位置校验传感器(PX2)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

参见图1、2，生产线带钢1卷取前，卷筒5的钳口机构6被定位在卷筒5与转向辊3间公切线切入角A0位置，卷取开始后带头2导入钳口61内并被液压缸63驱动的压舌62压钳住。同时卷取机4的电机驱动卷筒5作正向顺时针旋转。

参见图3、4，为了避免现有技术存在的卷取完成、带尾10定位后，钳口61位置无法精准定位，出现使钳口61停止在如图4(a)(b)所示区域，导致钳口61打开困难、与钢卷内圈间隙过小等问题发生，从而引起卸卷时内圈抽芯、划伤。本发明通过同时对带尾10和钳口61位置的精确定位，实现卷取完成后带尾10停留在指定角度位置同时将钳口61定位在90°或270°角位置，使卷筒收缩后钳口61与钢卷内圈的空隙最大。

该方法包括如下步骤：

1)卷取完成钳口位置侦测步骤：参见图5、7，在正常卷取运行过程中当带钢原定剪切点至出口剪的长度L1达到设定目标值时，触发控制程序通过当前剩余带钢长度及当前钢卷卷径和当前钳口所处的角度值预先计算出钳口在卷取完成后的停止角度A₁。计算模型为：

A₁＝[Select N₂–cast(N₂as int)]×360°+A₀

N₂＝(L1+L2+L3+L4+L5+L₀)/(D₁π)

A₀＝[Select N₁–cast(N₁as int)]×360°+B₀

其中

B₁＝90°-B₂

其中

Z＝X²+Y²

A₀:是带钢原定剪切点至出口剪的长度L1达到设定目标值时钳口所处的角度值

C₀:卷取完成后带尾需停止的角度，固定值(一般为120°)；

B₀：卷取穿带时钳口的初始角度，即卷取时带钢切线与垂线夹角；

N₁：卷取开始至带钢原定剪切点至出口剪的长度L1达到设定目标值时，由卷取机电机编码器9计数得出的卷筒5旋转圈数值；

N₂:从L1达到设定目标值起，至当前剩余带钢的带尾卷取定位完成时刻，卷筒5需要旋转的圈数；

D₁:当前钢卷卷取直径，其通过安装在卷取机上的钢卷直径检测传感器(PH1)18检测而得；D₂:出口转向辊3的辊径(固定值)；

X:出口转向辊3与卷筒5中心的垂直间距(固定值)；

Y:出口转向辊3与卷筒中心的水平高度差(固定值)；

L₀：为补偿当前钢卷卷取直径计算误差而设置的带钢长度补偿量，取值范围根据实际生产带钢的厚度在100-600mm间调整。

L1：带钢原定剪切点至出口剪的长度，优选设置为15000-20000mm。

其中，

A₀≥360°时，则A₀＝A₀-360°

A₁≥360°时，则A₁＝A₁-360°

依据该模型编写控制程序植入，实施例中，L1＝2000mm，L2＝10000，L3＝500mm，L4＝3000，L5＝1000，L₀＝300mm，D₁＝1500mm，A₀＝40°则，

N₂＝(2000+10000+500+3000+1000+300)/(1500*3.14)＝3.567

A₁＝[Select 3.567₂–cast(3.567)]×360°+10°＝244.12°

2)参见图6、7，带钢理想剪切点计算步骤是根据侦测出的当前钢卷卷取完成后钳口停止位置的不同，通过计算程序重新计算当前带钢剪切点的位置，也就是重新计算出剪切时当前带钢通过出口剪的理想长度L_T’。计算模型为：

L_T’＝L_Z-L1-L_d

其中，为最大程度减少因定位对成品带钢原设定卷取长度的影响，对上述公式中S的取值范围做出如下设定：

0°≤A₁＜90°时，S＝A₁+(360°-270°)

90°≤A₁＜270°时，S＝A₁–90°

270°≤A₁＜360°时，S＝A₁-270°

依据该模型编写控制程序植入，实施例中，L_Z＝2000000mm，L1＝2000mm，D₁＝1500mm，A₁＝244.12°则，

L_T’＝2000000–2000-1500×3.14×(244.12-90)/360＝1995983.6mm

即该实施例中，当前带钢通过出口剪的理想长度L_T’1995983.6mm。

3)参见图6、7，带尾定位步骤是在当前带钢通过出口剪的长度L_T等于理想长度L_T'时，带钢停止运行并进行剪切，同时对卷取机编码器9清零并根据此刻的剩余卷取长度L’和当前卷径D'计算出带尾10定位完成时卷筒5需要旋转的圈数N'，控制卷取机电机旋转至卷筒5旋转圈数N等于计算圈数N’停止，同时传感器(PX1)19或(PX2)20检测到钳口61位置准确后触发钢卷自动卸卷步骤。如卷取完成钳口未处于90°或270°角位置，即PX1和PX2都未检测到时，系统将输出报警信息通知人工进行卸卷干预。

计算模型为：

L’＝L2+L3’+L4’+L5’+L₀’

N＝L’/(D₁’π)

其中

B₁＝90°-B₂

其中

Z＝X²+Y²

D₁':当前带钢通过出口剪的长度L_T等于理想长度L_T'时，其通过安装在卷取机上的钢卷直径检测传感器(PH1)18检测而得的当前钢卷卷取直径。

L₀':是为补偿当前钢卷卷取直径计算误差而设置的带钢长度补偿量，取值范围根据实际生产带钢的厚度在50-100mm间调整。

实施例中，取L2＝10000，L3'＝510mm，L4'＝2990mm，L5＝1100mm，L₀＝300mm，D₁'＝1600mm，L₀'＝60mm则，

L’＝10000+510+2990+1100+60＝14660mm

N’＝14660/(1600’×3.14)＝2.918

即剪切完成后，通过编码器9计数，控制卷取机电机8使卷筒5旋转2.918圈后停止即可将带尾10定位在120°角同时可以将钳口61定位在90°角位置。

3)参见图6、8，钢卷自动卸卷步骤是带尾10卷取完成，检测钳口61到达指定位置后，卸卷小车鞍座12从等待位低压低速上升到压力开关检测到鞍座接触钢卷后，鞍座切换到高压低速上升0.5s停止，此时鞍座完全托起钢卷，然后控制卷筒5收缩、钳口16打开后再控制卷筒以6m/min正向点动1s停止，接着控制后卷筒5再次涨开0.5秒后收缩，使钢卷内圈成型避免塌陷发生，延时0.5秒后控制小车横移将钢卷从卷筒5上卸出。

Claims (1)

1.一种防止卷取机卸卷时钢卷内圈抽芯的控制方法，其特征是：该方法包括以下步骤：卷取完成钳口位置侦测步骤；带钢理想剪切点计算步骤；带尾定位步骤；自动卸卷步骤；

所述卷取完成钳口位置侦测步骤，是在正常卷取运行过程中当带钢原定剪切点至出口剪的长度L1达到设定目标值时，触发控制程序通过当前剩余带钢长度及当前钢卷卷径和当前钳口所处的角度值预先计算出钳口在卷取完成后的停止角度；

所述带钢理想剪切点计算步骤是根据侦测出的当前钢卷卷取完成后钳口停止位置的不同，通过计算程序重新计算当前带钢剪切点的位置，也就是重新计算出剪切时当前带钢通过出口剪的理想长度L_T'；

所述带尾定位步骤是在当前在线带钢通过出口剪的长度L_T等于理想长度L_T'时，带钢停止运行并进行剪切，同时对卷取机编码器清零并根据此刻的剩余卷取长度L'和当前卷径D'计算出带尾定位完成时卷筒需要旋转的圈数N'，控制卷取机电机旋转至卷筒旋转圈数N等于计算圈数N'停止，同时传感器PX1或PX2检测到钳口位置准确后触发钢卷自动卸卷步骤；

所述钢卷自动卸卷步骤是带尾卷取完成，钳口到达指定位置后，卸卷小车鞍座从等待位低压低速上升到压力开关检测到鞍座接触钢卷后，鞍座切换到高压低速上升0.5s停止，此时鞍座完全托起钢卷，然后卷筒收缩、钳口打开后控制卷筒以6m/min正向点动1s停止，接着卷筒再次涨开0.5秒后收缩，最后卸卷小车横移将钢卷从卷筒上卸出。