连续退火线卷取机卷径计算分析

连续退火线卷取机卷径计算分析
摘要：由于卷取机在卷取过程中钢卷直径不断发生变化,导致钢卷重量实时变化和卷取机速度不断变化。

为了使卷取速度与线速度相适应，以及带钢在卷取过程中保持张力的恒定，实时的钢卷直径值尤为重要。

本文将详述带钢卷取过程中卷径是如何计算的，分析带钢卷取过程影响卷径计算的因素，各个计算方法之间的优缺点以及MRG对结果的平均化和线性化处理方法。

关键词:卷取控制；卷径计算；线性化；平均化
一前言
本文研究背景为青山冷轧连续退火机组的生产实践，重点论述了冷轧带钢卷取机卷径计算控制原理及实现方法，如何在生产中系统实现、控制精度，稳定产品表面以及钢卷塔形质量，把住产品质量控制最后一道关。

二正文
1.卷取机卷径计算分析
1.1.基于长度测量的卷径计算方法
借助测量辊进行卷径计算是带钢生产中常用的卷径计算方法。

其具有以下优点：
(1)一般测量辊的安装位置都离卷取机比较接近，正常生产时能够快速有效的保证两者速度同步运行。

(2)测量辊和卷取机的辊径、机械传动比、编码器脉冲数都可在技术附件上
查阅确认，可直接带入运算。

其具有以下缺点：
(1)必须确保测量辊运行中不会出现打滑现象，这样会导致测量中出现误差。

(2)由于连续退火线测量张力辊在飞剪前，还要保证在分卷剪切和穿带过程
中编码器和MTR定位的同步（光栅硬同步）。

满足以上条件后我们根据线速度一致原则通过对卷取机和测量辊的编码器值
进行计算,就可以得出卷取机由穿带开始至甩尾结束芯轴卷筒所转过的圈数和测
量辊在带钢带头通过至带尾通过时所转过的圈数。

由于两者所计算的最终带钢长
度相同，所以可以得出如下式：
( 1 )
式中和均为已卷取带钢的总长度，两者相等;为卷取机芯轴电机编码
器计算得出的圈数；为测量辊电机编码器计算得出的圈数。

进而通过式（1）
进而得出卷取机的卷径为：
（2）
即通过计算测量辊编码器的运行圈数得出经过测量辊的带钢长度，通过卷取
机的编码器得出卷筒转过的圈数，进而计算得出钢卷的卷径。

通过公式我们可以
得出结论：当带钢卷曲速度很快时,卷径不断发生变化,卷取机芯轴编码器每圈脉
冲数越大越好及计算的精度会越高，但精度的提高必然会导致运算负荷过大。

具
体MRG基于长度的卷径计算流程图见下图一。

图一：基于长度卷径计算
1.2.基于运算速度的卷径计算方法
在理论状态下，带钢的厚度恒定，钢卷中带钢每层间的空隙不计，带钢紧密地卷曲在卷取机芯轴上。

我们可想象得到，带钢在卷取机上每卷曲一周，带钢的直径变化将相当于增加了2倍的带钢厚度。

通过带钢的截面积可以得出带钢的长度、厚度与卷径之间的关系为：
(3)
式中,为当前带钢长度，为钢卷的当前外径值，为钢卷固定内径，
为当前带钢厚度值。

当带钢运行了一定长度时，就会引起卷径变化，那么其运算关系为：
(4)
式中，为带钢长度变化值。

那么得出实时最新卷径的计算公式为：
（5）
在已知出口钢运行速度时，可以得出带钢长度的变化。

当已知钢卷内径和带钢厚度后，可根据式(5)计算得出钢卷的实时卷径。

其具有以下优点:
(1)其计算公式简单易懂，便于编程运算，特别是带钢运行速度是设定值的情况下。

(2)不需要借助任何外部的检测设备就可以实现带钢卷径的实时计算。

其具有以下缺点：
（1）理想化计算会造成在卷取过程中卷径计算会存在较大误差，需要在结果上叠加专家补偿参数。

（2）在出口卷取速度提升和下降过程中由于惯性力矩的存在恒定的加速度a 和加加速度Jake-time等无法匹配实际结果。

由于其具有以上优缺点所以一般不会直接作为带钢卷径计算的最后标的，一般会用来作为校验比较值或防止故障出现的平均数因子而存在。

图二：基于运算速度的卷径计算
1.
1.基于检测速度的卷径计算方法
设定卷取机的芯轴电动机转速为,带钢的线速度为，卷筒上带钢的卷径为，卷取机芯轴齿轮箱减速比为,芯轴卷筒上的带钢卷径遵循此计算公式：
(6)
只要计算出卷取机传动电动机的转速，以及带钢的线速度就可计算出卷
取机的卷径值。

卷取机的传动转速可以通过传动编码器计算得到，线速度可
以借助测量辊的编码器计算得到，也可以直接读取线速度设定值来进行计算。

具体MRG基于实际速度的卷径计算流程图见下图三。

图三：基于实际速度的卷径计算
1.4.基于检测设备的卷径计算方法
使用专业的测径仪设备也可以测量得到实时精确的卷径，例如:激光测径仪、超声波测径仪、红外测径仪表等，但这种设备安装要求较高，造价昂贵，容错率
比较低，可以用于保证张力不利于MTR物料跟踪运算，一般在卷取生产中较少被
采用。

具体MRG外部资源卷径计算流程图见下图四。

图四：基于外部资源的卷径计算
1.连退线卷径后续运算
1.卷径的平均化运算
实时卷径计算过程中，测量误差(例如测量辊发生的打滑现象、测量辊上张
力的波动等)会导致卷径的计算值产生波动。

为了减少测量误差带来的影响，对n
个(最大不能超过15个)计算周期的卷径计算值进行平均化处理，平均计算的周
期性个数可选定，达到计算周期性个数时，最终产生一个平稳的卷径输出。

同时
对周期性个数内存储的所有卷径值进行复位，待下一次平均计算的周期性个数达
到选定值后，再重新一次新的计算。

由于在高速生产过程中，卷径实时发生着变化，同时程序的顺序执行必然导
致了卷径平均值的输出结果小于卷径实际值，也就是说实际上的当前卷径在时间
上存在滞后现象。

为了保证实际的卷取卷径与平均化的卷径相符，西门子给出了一个卷径的专
家补偿值。

该补偿值基于带钢厚度计算得出：
(7)
式中，为卷径附加值，为平均计算的周期值，为带钢厚度该值可为
带钢厚度平均值或为带钢厚度设定值，为决定计算周期的圈数值（一般在15
以内），为基于带钢长度测量的卷径计算中存在的误差，作为修正参数使用。

具体MRG卷径平均化运算流程图见下图五。

图五：卷径的平均
化运算
1.
2.
2.1.
2.2.卷径的线性化运算
卷径经过平均化处理后，因为平均化处理是每一个计算周期计算一次卷径，
在细化时间上来说,卷径的变化并不是实时响应，此时线性化的处理就显得尤为
重要。

线性化处理指的是每一次钢卷内径平均化处理完成后在每一个同步脉冲
时间内对卷径计算得出一个连续变化的数值。

由于在线性化处理中使用了脉冲，
这将会导致实际卷径值超前于计算输出值。

所以同平均化处理一样, 卷径线性化
计算也需要一个附加的卷径值，该附加值也是基于带钢厚度计算得
到：
(8)
继而计算出实时的卷径值：
(9)
在上面式中，为线性化过程中实时计算卷径值，为上一个计算周期内
卷径计算值，为这个计算周期内实时卷径的脉冲时间，为平均化处理后
的平均值与卷径计算中的线性值之差。

具体MRG卷径线性化运算流程图见下图六。

图
六：卷径的线性化运算
3结论
本文以连续退火线卷
取机为例分析了卷径计算的方式方法。

首先采用基于带钢长度测量的卷径计算方法,通过卷径的平均化与线性化处理后，再由基于运算速度的卷径计算得出最终
的卷径结果。

该套控制理论在冷轧生产线中得到广泛的应用。

参考文献
（1）董文爽，卷取机卷径计算分析。

《全国冶金自动化信息网2015年会论文集》
（2）叶刚桥;宋军，冷轧生产线中开卷取机卷径计算方法的研究。

《武钢技术》。