卷取机控制模式与带尾定位计算方法
地下卷取生产中的侧导板的控制
地下卷取生产中的侧导板的控制摘要:本文主要介绍攀钢热轧厂中地下卷取机中的侧导板的控制原理、短行程控制、本体调节以及控制过程。
关键词:侧导板短行程本体调节控制1 侧导板自动控制原理侧导板每边由一个液压缸通过伺服阀单独控制,两个位置传感器用于侧导板开口度控制,四个压力传感器用于其压力调节,每种控制方式必须在hmi上进行选择,选择不同方式可进行许多种组合完成所需要的功能。
2 侧导板的短行程控制(1)头部和尾部方式。
地下卷取系统准备卷取时,侧导板按带钢宽度再在每边增加50mm的宽度打开;当带钢头部进入到侧导板一半时,侧导板的宽度每边减少25mm;当带钢头部在夹送辊中检测到时,侧导板的宽度再每边减少10mm;最后,卷筒建立起负载时,侧导板的宽度也减少至带钢宽度加20mm,这时侧导板进入本体调节方式。
当带钢尾部接近侧导板时,侧导板的宽度每边增加25mm,防止尾部呈喇叭型展开,撞坏侧导板。
(2)仅有头部方式。
这种方式基本与头部和尾部方式相似,只是当带钢尾部接近侧导板时,侧导板的宽度不增加,这种方式主要是操作工根据尾部是否呈喇叭型展开选择,如果无喇叭型展开可选择该方式。
(3)无短行程方式。
这种方式无自动短行程控制,主要是操作工选择,如果头部能安全进入卷取机,操作工在hmi上可手动关闭侧导板宽度。
短行程控制,或者如果下一带钢为弧型时操作工通常选择该方式。
3 侧导板的本体调节该种方式在hmi上操作工可进行三种选择,即恒压力调节方式、恒开口度调节方式和振荡控制方式。
3.1 恒压力调节方式当卷筒建立负载时,侧导板宽度位置控制切换到压力控制。
这时,判断操作侧或传动侧哪侧为主调节,选择为主调节那侧为压力调节,另一侧为辅助位置调节,(1)首先根据带钢的宽度、厚度、卷取温度和带钢材质计算出侧导板的压力给定值,其计算如下:y=127486+196·(650-t)(n/mm2) (1)y——杨氏模数;t——卷取温度;f=(π2·y·h2·l)/(12·w)2(n)(2)f——侧导板对带钢的压力;h——带钢厚度;l——侧面导板长度;w——带钢宽度。
浅论热轧带钢卷取钢卷的卷形控制
浅论热轧带钢卷取钢卷的卷形控制浅论热轧带钢卷取钢卷的卷形控制仲昭平（⽇照钢铁有限责任公司，⼭东⽇照276806）摘要：针对热轧钢带卷取成型过程中产⽣的钢卷不良问题。
从⼯艺过程和控制过程对各种形态的塔形产⽣的机理进⾏了分析。
以提⾼钢带卷⼀次成材率提⾼热轧钢带卷直发率为⽬标提出并实施应⽤新的控制思想和⽅法。
关键词：卷取；塔形；原因分析；改进控制；Abstract : Thetelescoping problens with coiling hot rolled strip steel are conce rned with in the article。
the formation mechanism of various telescopes are elucidated in terms of the processes and controls employed in coiling and a new control method is propose and put into USE ， in order to increase the primary acceptance rate of hot 2rolled strip coil ， and to maximize its direct 2delivery rate。
Finally 。
Key words: coiling ；telescope ； failure analysis ； improved control结构⽰意图⼀、卷取控制的主要设备和⼯艺⽇照钢铁2150热轧带钢⼚，⽣产1110～2150 mm宽、 1.5～24.5 mm 厚的钢带产品。
控制系统采⽤西门⼦公司TDC （Technology and Drive Control）。
在钢带卷机中，参与卷取过程控制的主要设备是卷筒、夹送辊、助卷辊和侧导板等。
当钢带头出层流冷却区后，由侧导板引导，进⼊夹送辊，在上夹送辊的压⼒下钢带头部向下经斜槽板进⼊卷筒和助卷辊，助卷辊把钢带压靠卷筒，卷⼊3-4圈后卷筒开始涨径，使钢带紧紧的缠绕在卷筒上，完成卷取穿带过程。
卷取机编程简介
5.2 卷取机卷筒张力给定计算：
Tm=Tf+Tb+Tg+Tt+Th 式中：Tm: 卷筒电机输出力矩
Tf：卷筒张力力矩 Tb：卷筒弯曲补偿力矩 Tg：惯性补偿力矩 Tt：机械损失力矩 Th：厚度补偿
• Tf：卷筒张力力矩计算 Tf=Ut*W*H*(D/2)[kg*m]
式中：W: 带钢宽度（mm）； H: 带钢厚度（mm）； D: 钢卷直径(m)； Ut: 卷取机单位张力；
3.1 带钢头部计算
带钢头部出精轧机末机架开始，对输出辊道 上的钢头部就开始跟踪，直到卷取机卷上 带止。跟踪距离通过带钢速度计算出来， 就能知带钢在辊道上的位置。卷取部分的 热金属测器（HMD）、夹送辊压头对带钢 头部跟正作用。公式为：
带钢头部长度＝精轧机末机架速度X时间
3.2带钢尾部计算
带钢尾部离开精轧机末机架开始，对输辊道的带 钢尾部就开始跟踪，跟踪距离通过带钢速度计算 出来，就能知道带钢尾部在辊道上的位置。相应 的辊道在带钢尾部离后就完成了本块钢的运输过 程，为下一块的运输作准备。卷取部分的热金属 （HMD）、夹送辊压头对带钢头部跟踪有修正作 用。公式为：
• Tb：卷筒弯曲补偿力矩计算 Tb=W*H^2*σ÷4[kg*m]
式中：σ：屈服应力[kg/mm ] 2 W: 带钢宽度（mm）； H: 带钢厚度（mm）；
• Tg：惯性补偿力矩 Tg=（GD2/375）×（dN/dt）＝（GD2/375）÷
（π×D）×（dV/dt） GD×21＝0G-3[Dkg02/m＋m（2π] ÷8）×ρ×W×（D4－D04） 式中：ρ：带钢比重（7.8×103Kg/m3）；
B方式（卷取圈数计数方式,F6 off） 采用卷取圈数计数方式计算卷径的基本公式
硅钢连续退火线卷取机带尾定位控制的应用_欧阳帆
Dl 2
(4.7)
图4.1 带尾定位长度示意图
-209-
》 》
(4.3)
学术交流
激活交换点定位时，立即发出自动减速信号。 4.3 带尾定位长度的计算 在实际生产中，按照工艺的要求带钢在卷 取机上卷取结束后，带尾必须停留在卷取机一 个相对固定的位置上（本方案设计为5点钟方 向），为下一个生产工序打下良好的基础，如 出口小车卸卷自动、打捆机包扎捆带等，这样 既可以节约人工劳动量，又有效提高了生产效 率。鉴于此，控制系统需提供带尾自动定位的 功能[2]。 在带尾定位控制过程中，最重要的就是带 尾定位长度的计算[3]。提高定位精度的最有效 手段，就是研究出带尾定位长度的控制算法。 当飞剪分卷完成后，即触发启动TDC系统的带 卷定位功能模块。卷取机将以爬行速度（30m/ min）运转，本机组中，出口5#转向加送辊或 6#转向夹送辊前的光电开关作为带尾检测器。 在卷取机卷取运行时，光电开关始终处于遮光 状态。当带尾到达5#转向加送辊或6#转向夹送 辊前的光电开关时，光电开关处于通光状态， 同时向TDC系统发送带尾到达信号。此时TDC系 统开始计算卷取卷筒卷取带卷的长度，然后将 其与系统计算的定位长度进行比较判断，并发 出停车指令。带尾定位长度的组成示意图如图 4.1所示。
那么带尾定位长度L就可以计算出来了： (4.8) L=L1+L2+L3+L4 通过此功能块接受POSITI功能块的定位逻 辑，完成相应的定位的实际行程的计算和剩余 距离计算。定位1-定位11属于速度线1；定位 12-定位21属于速度线2；定位22-定位32属于 速度线3。当定位启动时，通过一个脉冲进入 定位程序，读取定位控制字，定位末速度，定 位距离。通过获取定位控制字的定位高电平来 进行定位剩余距离计算。当定位结束时，通过 又一个脉冲和定位控制字的定位低电平退出定 位程序。当启动一个定位后，定位进入执行状 态，如果此时再一次启动这个定位，则此定位 继续在原定位的基础上继续执行，前面（原定 位）取消。 5.结论 文章以中冶新材冷轧硅钢连续退火机组 的出口自动减速系统的实现思想为主体，进行 了细致的研究，重点讨论了带卷剩余长度的控 制算法；同时对带尾自动定位系统进行剖析， 推导出有效的定位长度计算公式，大大减少了 TDC系统的运行负荷，提高了控制精度，充分 发挥了作业机组的生产效率。经过反复实践论 证，带尾定位控制十分精确，从投产未出现故 障。此方法同样可以其他同行业连续生产线中 使用。
冷轧处理线卷取机带尾自动定位方法
图 1 卷取机带尾自动定位数学模型 （1）当带尾落在卷取机钢卷 12 点钟（N 点）位置时，目标长度 ： H0（m）=L0+L1+r0-R0 （ 1）
（1）在对带尾进行剪切时，计算出带尾到达工艺预定位置， 所需行走的距离，称为预设距离 L。
（2）计算收卷过程中带钢行走的实际距离值 X。 （3）当实际距离 L= 预设距离 X 时，完成带尾自动定位的功能。 1.2 对各个步骤进行详细说明 预设距离 L。在带尾剪切完成后，取此时卷取机上的钢卷卷 径 D0，计算带尾定位到预设位置所需行走的预设长度 L（m）： 如下图 1 所示。
2 效果及分析 采用此方法对机组控制系统进行优化，即根据机组设计参
C=
2
，C 为常数 （ 3）
③ D0 为定位开始时卷取机上带钢的直径，由电气控制系统
计算出来，d 为出口张力辊直径值 ：
α( 弧度 )=arcos[(D0/2-d/2)/c] （ 4）
卷取机收带尾的速度采用卷取机点动速度值，采用 PLC 系
192
M 管理及其他 anagement and other
统的积分功能，对带尾定位过程中卷取机的瞬时速度（包括加减 速过程）进行积分，得到收卷过程中带尾行走实际长度值 X。
（1）完成步骤 1 后，卷取机以 L 为目标长度开始收卷，卷取 机收卷时，初速度为 0，以 g 为加速度，在经历 t0 时间后速度从 0 上升为 V0（常数），采用 PLC 程序的积分功能对卷取机速度进行 积分。卷取机加速过程行走的长度为 ：
R0 卷取机钢卷
δ
N
αβ
梅钢冷轧轧机卷取张力控制及带尾定位
出 口产 品质 量 的稳 定性 。带钢 卷取张 力控制 的好
为 ０ 如此循环往复 ， ， 见图 １ 。梅钢冷轧采用的斜
坡 张力也 分为光 辊 与毛辊 方式 ２种 。光 辊时卷 取
张力 １比设 定 张 力 增 大 ３ ％ ， ０ 毛辊 时 ｎ 比
锌方 向的厚 规格 为 主 ， 口卷 取 张力 根 据 轧制 方 出 图 １ 卷 取机斜 坡 张力
式和带 钢规格 进行 设 定 ， 同时 考虑 下 道 机组 的开
例如 ： ｌ号卷简 在卷取 位 置 ， 时 １号 卷筒 为 此
陈 光 汪
峰
梅 钢冷 轧 轧机卷 取 张 力控 制 及 带尾 定 位
图 ３ 可 以计算 出剪切 后需要 定 位 的带尾 长度 为 ： ，
Ｌ ＝ ＋Ｒ ５
盯 ａｇ ＋ｃ詈 ｒ ｔ
当带 钢卷 取 完成 ， 生 产 工 艺要 求 带 尾 不是 按
＋ ｒｓ ＋ａｃｍ ——＝二＝＝二 ）＋ｒａｃｇ ｂ ＋ ’ ） ＋ｒ ｒｔ 旦 （ （ ＿ ＋ ～ ｂ 一
机 架与卷 取机 之 间 的张 力恒 定 ， 辊缝 与轧 制 力 在
保 持不变 的情况 下 ， 张力 波 动会 影 响产 品的 厚度
或者 会造 成 带 钢 在 卷 筒 上 卷 绕 不 齐 或 者 产 生 松 卷、 塌卷等 现象 Ｊ 。梅钢 １２ ４ ０冷轧 酸轧机组 产 品 分 为光辊 和毛辊 ２种 轧制 方 式 ， 光辊 主要 以 生产 镀锡 板 的薄规格为 主 ， 毛辊 主要 以生 产镀锌 、 镀铝
・
１ ０・
梅 山科技
２１ ０ ０年第 ６期
梅 钢 冷轧 轧机卷 取 张 力控制 及 带 尾定 位
卷取机功能描述(优选.)
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1 概述 (3)2 卷取机的主函数 (6)2.1 带钢数据存储 (6)2.2 带钢跟踪系统 (7)2.3 卷取机操作 (8)2.4 仿真：模拟轧制 (10)2.5 输出辊道 (11)2.6 卸卷和运输机系统 (13)3 卷取机特定功能 (15)3.1 卷取机辊缝控制 (16)3.1.1 侧导板 (16)3.1.2 夹送辊辊缝和力矩控制 (22)3.1.3 助卷辊辊缝调节 (25)3.2 地下卷取机辅助功能 (30)3.2.1 入口活门 (30)3.2.2 芯轴外置轴承座 (30)3.2.3 芯轴张力 (31)3.2.4 轧辊和带钢冷却 (32)3.2.5 带卷的直径计算： (33)3.2.6 卷重的计算： (34)3.2.7 物料跟踪： (35)3.3 地下卷取机驱动 (37)3.3.1 夹送辊驱动 (37)3.3.2 助卷辊驱动器 (42)3.3.3 芯轴驱动 (44)4 钢卷卸卷 (51)4.1 1#运卷小车 (51)4.2 钢卷卸卷站操作 (53)4.2.3 中转车 (56)5 钢卷运输链 (57)5.1 概述 (57)5.2钢卷运输链操作 (58)5.3 1#运输链 (59)5.4 1# - 10#步进梁 (59)5.5 1#升降/旋转台 (60)5.6 2#转台 (60)5.7 打捆机 (60)5.8 称重机 (61)5.9 喷号机 (62)1 概述地下卷曲机的一级基础自动化和控制系统是基于SIMATIC 技术的TDC系统。
硬件有3个SIMATIC自动化技术的远程计算机输入和输出站。
地下卷取机的一个机架用于卷曲机的主令功能另外两台用于卷取机的特定功能.卷取机到的主令功能如下：·卷取机准备操作·带钢跟踪·带钢数据处理·和其他的自动化机架通讯·输出辊道控制·卸卷和输送机系统卷取机的特定功能适用于每一台特定操作的卷取机。
带尾位置控制
带尾控制装置1 带尾停止装置带钢在卷取结束时卸卷小车将带卷托起卸卷，为了使小车不挤伤带卷头部，同时不使带卷头部松散，带钢的尾部要求停留在如图11111左、右下侧60°的停止位置。
分段剪图11111带尾停止位置2 带尾停止位置控制原理经过分段剪剪切以后，带钢尾部经过如图2222所示的光电探测器（PH），开始触发带尾停止控制程序，编码器纪录带尾行走的距离，到达规定距离时自控系统下达停车命令，卷取机停止运行，带尾到达停止位置，过程如图2222所示。
图2222尾部停止位置计算原理图图2222中，B为出口转向辊与卷取机芯轴的垂直、水平距离，L1为光电探测器至转向辊的水平距离，L2为带钢对于转向辊的包角长度，L3为带钢与转向辊与卷取带卷相切点之间的距离，L4为停止卷取之后带钢尾部由卷取状态垂到停止位置所需的长度，R为已卷取带卷的致敬，r为转向辊的直径，α为带钢对于转向辊的包角，β为α的余角，δ为带尾停止位置角度，ε为转向辊与芯轴中心连线和正在卷取带钢的夹角。
带钢卷取方式为上卷取和下卷取，以上卷取为例，介绍带尾停止位置的控制方式。
带尾经过光电探测器之后，自控系统开始计长，当带尾行走1234L L L L L =++-的距离时，到达停止位置。
根据几何关系计算公式如下：1234L L L L L =++-……①()1L r R απαδ=++-……② 2παβ=-……③arctan arctan B B A A βε=+=+ 将式③，式④带入式②中，得1arctan 2L L r π⎛⎫ ⎪=+-+ ⎝3arctan 2B R A πδ⎛⎫ ⎪--- ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭……⑤ 式⑤为带尾经过检测光电开关之后继续运行的距离，停车之后带尾自然下垂到停止位置。
下卷取原理与上卷取相同，带尾行走的距离公式为1234L L L L L =+++，计算方式相同。
冷轧镀锌线卷取机甩尾时带尾的定位控制
辊提升角度设计正好在钢卷的e点钟位置，所以这就要求板带甩尾时带尾应 停留在8 点钟，压辊刚好压住带尾。当卸卷小车提升接触到钢卷庸部时，：压 辊回到原始位置，此时最后一陶钢卷不会松弛，而且带尾既不会拖到地面 上， 又不 至于 碰到 鞍座， 钢卷 可以 在鞍座 之间 安全 移动 。
( 二) 下卷取时的控期理念
产线就要降速，从而影响产量；或者带尾拖在地上，或者造成最后一圈板 带松 弛。 从而影 响质量 ，因 此卷取 机上 铜卷带 尾的 定位控 制非常 关键 。
二、带一定位控 ●I 不准■带来帕彩一。’
7无论卷取机采用上卷墩还是下卷取，如果带尾定位不在g点钟或4 点钟
位置，将会造成后序自动控制系统程序无法执行。+( 见卞页示意图一)
’( 一) 带尾没肴到达 预定位置白辱情况
一。 砉带 尾还没 存到 达
8点( ‘即上卷取时卷取机
逆时针旋转带尾在8 点和 12点之阊) 一或4点钟( 即 下卷取时卷取机顺时针旋 转带尾在12点和4点之
闻) 位，就需要操作工人 为停止自动程序的执行，操作工需要点动旋转卷取机，目测带尾位置使之
停留在8 点或4点钟位置，然后再启动半自动程序卸卷和在鞍座之间移动钢
一、 奠 膏
邯钢冷轧镀锌线是一条具有世界先进水平的生产线。工艺流程是以冷
轧 板为 基板 ，经 过开 卷机 开卷 ，清 洗段 进彳 亍表 砸清 洁， 连续 退火 炉退 火将
板带加热至拍暖后进入锌锅，在冷轧板的表面镀以锌层，然后经过光整机
和拉矫机对板带表面进行光整，并经化学处理加以防腐、防锈，由出口剪
剪切分卷，再由卷取机重新卷取成为镀锌板成品卷，成品卷从卷取枫上卸 下经过打捆包装后直接进行销售：对于整条生产线卷取机是控制难度较大 的关键设备，如果卷取机甩麾时带尾位置控制不好，格会影响到卸卷，生
卷取区控制
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卷取区控制
概述
卷取区设备完成带钢的成卷、运输。卷取设备包括热输出辊道、侧导板、夹送辊、助卷辊、卷筒、卸卷小车、翻钢机等。一般卷取区有2—３台卷取机，正常情况下，卷取机交替使用,以保证整个轧线轧钢的速度。卷取机的控制包括张力控制、速度控制、辊缝（位置）控制、压力控制及顺序控制。下面就各设备的功能及控制分别描述。
头部跟踪的计算公式如下：MＡXHEAD=∫sdｔs为精轧末机架速度。起始时间从精轧末机架咬钢开始，卷筒有载信号到结束。
尾部跟踪的计算公式如下：MAXTＡIＬ=∫ｓdts为下夹送辊速度反馈值。起始时间从精轧末机架抛钢开始,夹送辊抛钢结束。
辊道的运转可以在自动方式下进行，也可以在手动或点动方式下进行。在自动方式下正转,通过操作台面的手柄可以正、反转辊道。
卷取机侧导板的作用是在卷钢时平行地引导带钢进入卷取机,在卷取的过程中无任使用位置方式或者是压力方式，都可以使带钢单边对齐，因此，侧导板在卷钢时对于卷形质量有很大作用。
１#卷取机侧导板的形状与其后面的卷取机侧导板有所不同：1＃侧导板前有一个漏斗形的引导导板，它有利于安全地将带钢引入夹送辊。因此在使用1#２#卷取机时都用到1#侧导板。
一、辊道控制
热输出辊道自精轧出口到卷取机夹送辊为止。全部辊道共3６5 个辊子,分为6段,其中1~３段为第一组，４～６段和2#卷取机桥辊道为第二组。每组有一个ＳＯURＣE（整流源)提供直流电源,通过每段的逆变柜给该段 提供三相交流电源。每台卷取机前有4个机前辊道,机前辊道的电机安放在传动侧,卷取机前还有一个转向辊,这个辊子的作用是:当带钢到达卷取机前往操作侧侧 导板移动,便于钢卷单边对齐。热输出辊道把精轧输出带钢运送到卷取机卷取,同时通过设在辊道上的层流冷却装置把带钢的温度降到卷取温度。
卷取区控制
卷取区控制卷取区控制概述卷取区设备完成带钢的成卷、运输。
卷取设备包括热输出辊道、侧导板、夹送辊、助卷辊、卷筒、卸卷小车、翻钢机等。
一般卷取区有2—3台卷取机，正常情况下，卷取机交替使用，以保证整个轧线轧钢的速度。
卷取机的控制包括张力控制、速度控制、辊缝（位置）控制、压力控制及顺序控制。
下面就各设备的功能及控制分别描述。
一、辊道控制热输出辊道自精轧出口到卷取机夹送辊为止。
全部辊道共365 个辊子,分为6段,其中1～3段为第一组,4～6段和2#卷取机桥辊道为第二组。
每组有一个SOURCE（整流源）提供直流电源，通过每段的逆变柜给该段提供三相交流电源。
每台卷取机前有4个机前辊道，机前辊道的电机安放在传动侧，卷取机前还有一个转向辊，这个辊子的作用是：当带钢到达卷取机前往操作侧侧导板移动，便于钢卷单边对齐。
热输出辊道把精轧输出带钢运送到卷取机卷取，同时通过设在辊道上的层流冷却装置把带钢的温度降到卷取温度。
辊道速度的基准值来自过程机，通过EGD送入卷取机控制器（CSPD）中。
一般来讲，辊道的速度基准值以精轧末机架速度为准。
在控制器中，根据超前/滞后率计算产生一个速度附加值，通过IsBUS分别送入传动装置。
在传动装置中，这两个速度叠加到一起来控制辊道的运转。
在带钢没有进卷筒时，辊道以一定的超前速度（一般为0～20%，这个数值一般是通过操作员设定）运转，在辊道和带钢之间建立一定的张力。
当精轧机架与卷筒之间建立张力时，辊道以同步速度运转。
带钢尾部出F6后，辊道速度切换为滞后速度（0～20%），使在辊道上的钢产生一定的后张力，这个后张力可以使带尾部平整地躺在辊道上而不至于起套。
在自动控制程序中，头部跟踪和尾部跟踪是判断带钢头部或尾部所在的依据。
头部跟踪的计算公式如下：MAXHEAD=∫sdt s为精轧末机架速度。
起始时间从精轧末机架咬钢开始，卷筒有载信号到结束。
尾部跟踪的计算公式如下：MAXTAIL=∫sdt s为下夹送辊速度反馈值。
硅钢连续退火线卷取机带尾定位控制的应用
（ ４ ． １ ）
式中，
带 向夹送辊测出 来 的输出速度，ｍ ／ ｓ ； Ｖ ——平滑速度 ，ｍ ／ ｓ ； ａ 一一加速 度，ｍ ／ ｓ ； 减速过程 中，须低速运 行的补偿量的距离 ｓ 由Ｔ Ｄ ｃ 系统计算设定 。故总 的减速过程带钢须
４ ． 接 到 自动减速 指令，带钢从 当前运行 的机组速 度 到减速结 束的过程 中，带 卷需要走过一 定的距 离ｓ 。为 了增加控 制 的可靠性 以及避 免系 统的
图 中Ｄ ． 为 出口转 向夹送 辊的辊径 ， Ｆ 为带 尾 停止 的５ 点钟方 向，即为４ ０ 。 ，Ａ 和Ｂ 为 出 口转 向夹送辊辊心 与卷筒中心的纵 向及横 向间距 。 那 么 ，带 尾 定位 长 度 Ｌ 即 可计 算 出来 ，其 中 Ｌ ＝ ６ ０ ０ ｍ 。具体 公式如 下： ｄ ０ ｉ ． ｄ （ ＼ ４ ． ２ ） ， ～ 一 ＋ 一枷
１ ． 引言
中冶南 方 （ 新 余 ）新 材料 技术 有 限 公司 （ 简称 “ 中冶新材 ”）是专 门从事 冷轧硅钢研 发和生产 的公司 ，现有 两条连续退 火生产线 ， 年产４ ４ 万吨中低牌号硅 钢。随着工业 自动化过 程控制 技术的高速发 展，为 了充 分发挥机组 的 生产效 率，往往要求 在带钢带尾减 速的控制功 能方面 实现高精 度的 自动控制功 能 既可减轻 操作 人员 的工作 强度 ，又可 以通 过准确减速 时 机 的确 定 ，可 以有效节约生产线 的减速时 间， 从而提 高生产 能力…。 ２ ． 带尾定 位控制原理简介 在 中冶 新材 连退 出 口段 ，为 了保证 生产 的连续性 ，当卷取机带钢 即将没有 的时候 ，需 要 自动减速停 车，使带尾停 在合适 的位置 ，以 方 便接下来 的操作 。为达 到 自动减速 ，必 须准 确 设定合适 的减速时机 。所 以要实现精确 的带 尾 定位控制 ，即实现 出口 自动减速和定位 点的 剩 余长度计 算 。带钢在机 组运行过程 中，当发 出停车命 令时 ，由于惯性 和速度原 因，在减速 制动过程 中，带钢必 定需要 向前继续运 行一段 距离才 能停下来 。因此制动距离 的大小取决于 带钢实 际速度 、最大 制动加速度 。在实际定位 过程 中，必须满足检 测定位设置 点大于制动距 离 ，否则产生定位 故障 ，快停操 作模式激活 。 所 以为 了使带钢能准 确停在定位 设置点上 ，需 要控制 系统提前发 出带钢甩尾和 自动减速停车 指令 通过 闭环控 制的方式对 带钢甩尾定位进 行 定 点 ，同 时计 算 出定 位点 到卷 取机 上 的距 离。 ３ ． 控制 系统硬 件配置 中冶新材硅钢 连退机组 的控制系 统由 Ｓ Ｉ Ｍ Ａ Ｔ Ｉ Ｃ Ｔ Ｄ Ｃ 和Ｓ ７ － ４ ０ ０ 可编 程控制 器为控制 核 心， 由工业 以太 网连接上位 计算机 ，并通过 多 条Ｐ ｒ ｏ ｆ ｉ ｂ ｕ ｓ － Ｄ Ｐ 现场总 线 以通 讯的方 式与交流 传 动控制系 统、增量式编码 器、光 电开 关、远 程 站点Ｅ Ｔ ２ Ｏ Ｏ Ｍ 及具备Ｄ Ｐ 通讯 能力的仪表建立 控 制 连接 ，将工艺流程的操作控制集于一体 。 ４ ． 出 口自动减速和带尾定位控制 的实现 对 于 出 口卷 取 机而 言 ，卷 取机 带 卷 的初 始带长或初始 圈数 虽然可 以通过入 口开 卷机得 到，但 是其 给 出数据精度 并不是那么 的准确 。 为了实现入 口自动减速控 制，只能通过 间接的 计算方法 计算 出卷取机 卷取过程 中的带钢长度 或 圈数 ，并通过Ｔ Ｄ Ｃ 系统发送 的开 卷机参 数进 行 比较 ，当实际值达 到 目标值时 自动 发出减速 指令 ，从而实现入 口的 自动减速 功能。且要 出 口自动减 速控制 的实现，还需要 带钢 在进行飞 剪分卷 动作时得到精 准的减速定位 点，确保检 测定位 点大于制动距 离，避免产 生设备故障。 ４ ． １卷取机上 带钢长度 的计 算 卷取机上计算带钢 的长度的方法有很 多， 般采 用圆周法进 行计算 。即采 用通过实时 的 卷径 计算 出带钢 的周长减上一个 卷径的周长 ， 再将 这些计算 出来的周长求和 即为带钢长度 。 但是 这种方法 容易受卷径计算 的影响 ，增加 了 不稳 定因素 。本 方案设计 中，采 用流量相等法 来对 卷取机上 带钢长度进 行计算 。即实 时的计 算 出出 口夹送 辊上走过 的长度 即等于卷取机 上 带卷 的长度 ．采用 出口转 向夹送辊轴上 安装 的
热连轧机卷取夹送辊位置和压力的控制计算
三 、Ｐ Ｉ ｑ控 制 原 理
夹送辊的控制系统包括 Ｐ Ｌ Ｃ和 Ｃ Ｐ Ｃ单元 。 Ｐ Ｌ Ｃ 负责设定液压缸的位 置值 ， 由Ｃ Ｐ Ｃ 单元构成一个位置控制回路 。 Ｃ Ｐ Ｃ单元位置控制回路包括 ： １ ． 液压缸的位置控制系统输 出值 Ａ ， 通过伺服放大器放大后作 为伺服阀的
二 、Ｐ Ｒ 控 制 介 绍
热连轧卷取夹送辊 Ｐ Ｒ使用 ２种控制方式 ： （ 一 ）恒定位置控制 （ Ｃ Ｐ Ｃ） （ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ １ ） ：Ｃ Ｐ Ｃ是通过
比较 Ｐ Ｒ液压缸开度 的实际值和设定值来进行控制的。 将液压缸内置位置 传感器实测 的 Ｐ Ｒ开度值和 Ｐ Ｒ开度设定值 比较 ， 由Ｃ Ｐ Ｃ单元计算二者的 差值 ，将差值与增益相乘 ，将结果输出作为伺服阀开度命令值 。控制系 统 回路如图 （ １ ） 所示 ：
高液压缸 的位置控制精度 ， 由中Ｊ 陛 补偿功能输 出伺服阀开度的补偿信号，
补偿回路将位置设定值和反馈 的实测值 的差值输 出为补偿信号。 （ 一） Ｐ Ｌ Ｃ 的位置设定值 ：液压缸的位置设定包括 ３ 种设定值。分 别是标定设定值 、辊缝设定值 、压力控制时的位置设定值 。这 ３种设定 值相加， 相减后输出到 Ｃ Ｐ Ｃ单元。标定时的设定包括以下三种：１ ） 从液 压缸行程 ０ 位到上下辊接触位之间的行程 ， ２ ） 上下辊接触后直到产生需 要的压靠力时的位置 ， ３ ） 辊子调平时 ＷＳ 和Ｄ ｓ 压力差。当标定完成后， 这些设定值一直保持直到下次标定 ， 并作为液压缸行程设定基点 。 （ 二） Ｐ Ｒ控制 时序 ： 在生产中夹送辊控制时序分为 ４ 种情况如图（ ３ ） 所示 ， １ ） 当Ａ Ｐ Ｃ 正常中断： ～旦 Ａ Ｐ Ｃ完成 ， Ｐ Ｒ向 Ｍ Ｅ Ｌ Ｐ Ｌ Ａ Ｃ 输出 “ Ａ Ｐ Ｃ
卡罗塞尔卷取机功能及控制方法介绍
卡罗塞尔卷取机功能及控制方法介绍摘要：卷取机是将热轧或冷轧带钢卷成卷筒状的重要设备。
无论是冷轧还是热轧带钢经过轧制后的长度长达几百米以上，经过冷却处理后的带钢，通过卷取机弯曲成卷，成卷的带钢便于存放和运送。
本文介绍的卡罗塞尔卷取机是一种双卷筒卷取机，卡罗塞尔卷取机可广泛应用于各类带钢生产线，该设备工作效率高、连续卷取能力强，设备设计紧凑，双卷筒共用一套导向装置、旋转换位装置、助卷辊、卸卷小车等设备，减少设备重复布置，节省设备投资和安装空间。
关键词：卡罗塞尔卷取机C-CPUL-CPU0 前言经过处理后的合格钢水，由起重机吊运至连铸机的大包回转台上进行浇注，铸成厚度为1.0~6.0mm的薄带坯。
根据不同产品的规格，铸带以不同的拉速经轧机入口No.1、No.2夹送辊纠偏夹送至轧机进行轧制。
轧机为双机架四辊PC轧机，轧制道次为1道，轧机入口带钢温度为900~1200℃。
轧机采用了动态PC技术、轧机稳定装置、液压厚度自动控制（AGC）、弯辊控制等技术。
轧机入口设置了特殊仪表，对轧机入口的铸带厚度、宽度、凸度、平直度、温度等进行测量，以便轧机采用相应的轧制策略。
轧机出口设置了单点测厚仪，可测量轧制后产品断面厚度，同时根据检测数据生成质量报告。
带钢出轧机后，通过输出辊道送至卷取机，输出辊道上设置了带钢冷却装置，可以精确地控制带钢冷却到规定的卷取温度500℃左右。
冷却后的带钢通过卷取机前的转鼓式飞剪，在带钢进入卷取机前剪切取样，热带剪切头部便于卷取和建张，剪切后的带钢通过卷取机前液压侧导板对中导向，夹送辊夹送进入卷取机。
卡罗塞尔卷取机主要由两个可涨缩卷筒、回转体、主传动装置及锁定装置组成。
带钢进入卡罗塞尔卷取机后，在接卷位置上进行卷取，当卷取到一定的卷层形成张力后，卷取机的回转体旋转，使该卷筒到达卸卷位置，同时另一个卷筒到达接卷位置。
当卸卷位置钢卷的卷重达到设定的重量时剪机切断带钢，后续带钢将在接卷位置开始下一个钢卷的卷取。
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冷连轧卷取机控制模式与带尾定位计算方法冷轧带钢在正常轧制后,通过冷连轧机、剪前夹送辊、飞剪、剪后转向辊后,经卷取机卷取成一定卷径的钢卷。
在轧钢工艺上,冷连轧机的末机架到卷取机的整个区域称为轧制线的出口(或称出口部分) 。
出口是冷连轧线上的最后环节,在卷取机上卷取的钢卷即为冷连轧的最终成品。
最终成品的质量当然与轧机各机架的控制有关,如厚度控制(AGC) 、位置控制(APC) 、张力控制(ATC) 等。
出口部分并不能改变带钢的质量指标,但是高质量的成品若在出口部分处理不当,将会使其成为废品或
次品,这是我们所不期望的。
为此在卷取机卷取过程中,我们关心的是: (1) 卷取机如何咬钢,才能使卷取机开始正常卷取,更好地配合连轧机
的正常轧制;
(2) 卷取机在卷取过程中带钢承受的张力不同,其张力应如何设定;
(3)“剪切完”信号发出后,带钢带尾的速度如何设定以及带尾如何定位。
1 卷取机咬钢速度给定曲线的确定
飞剪在每次剪切完成后,下一卷带钢的带头即出现在飞剪处,在剪
前夹送辊的牵引下,带头进入剪后夹送辊,之后被送入卷取机,此时卷取机进入咬钢状态。
倘若卷取机咬钢不利,以轧制速度前进的带钢势必在卷取机旁形成堆积,造成事故停车。
为了顺利咬钢,咬钢时卷取机应采用斜坡函数速度给定,并以正、反向交替工作模式进行,这样才能使带头顺利咬入。
咬钢时的速度给定较低,其斜率与幅值PLC给出,它要根据带钢的材质、厚度等参数以及轧制工艺要求决定。
2 卷取机卷取过程中张力的设定
卷取机一旦完成咬钢,带钢即要承受一定的张力,以保证带钢卷取
的质量。
该张力是在卷取机与冷连轧机之间形成的。
在卷取机卷取的各个阶段,带钢承受的张力不同。
在咬钢过程中,为使带钢从卷芯开始卷取紧实,卷取机一旦咬住带头,就要以较大的张力值进行卷取,此时的张力通常比正常轧制时的张力要大。
在卷取机卷取过程中,卷径不断增大,当卷径达到一定数值Φ0 时,应当把张力降下来,以正常轧制张力进行卷取。
张力降下来后,由于时间较短,卷径变化并不大,为Φ1 。
从卷取的整个进程来看,这个阶段时间最长、卷径变化最大,直到卷径接近剪切时的卷径Φ2 。
而在剪切(卷经为Φc) 的时候,带钢需要承受较小的张力,以利于剪切,所以此时通过剪前夹送辊建张的办法把带钢张力降低为剪切张力。
图3中的各张力值都是由PLC根据工艺要求给出的。
剪切后的带钢经带尾定位后,卷在卷取机上,被卸卷小车运走,这样就完成了一卷带钢的轧制与卷取的任务。
图 3 带钢张力设定
3 带尾定位速度的设定
当剪切发生时,飞剪将带钢剪切成两部分,前一部分继续在卷取机上进行卷取,后一部分继续向前运行,准备在另外一卷取机(冷连轧生产线上有两个卷取机,以保证生产的连续性) 上进行卷取。
为此,当“剪切完”信号发出后,必须对卷在卷取机上的带钢带尾进行加速,以使得当前卷的卷尾和新卷的卷头尽快分离。
带尾离开公共区(飞剪和剪后夹送辊
之间)后,进入定位和减速阶段。
带尾脱离公共区的信息通过局部跟踪实现。
“剪切完”信号发出后启动跟踪,以便为定位系统操作提供实际长度检测信号,作为定位长度计算的修正值。
带尾定位速度需满足V d = V1 + V0
式中, V d ——定位速度,m/ min ;
V1 ——剪切时冷连轧机末机架出口速度,m/min ;
V0 ——超速度,m/ min。
V0 与卷取机的带尾定位速度相关。
4 带尾定位长度计算方法
当带钢全部缠在卷筒上后,带尾不是可以落在带卷圆周的任意点上,而是落在带卷圆周的一个固定位置上。
这是生产工艺的要求,必须得到满足。
带尾定位过程中最重要的就是定位速度和定位长度,定位速度在前面已进行了描述,这里主要计算定位长度。
定位长度的计算在“剪切完”信号发出后开始,直到定位完成时结束。
定位长度依赖于卷径大小。
计算示意图见图5。
由于卷径D 比剪后夹送辊直径d 大很多,故定位长度采用以下算法。
定位长度
l = I + D/2*（3π/2- α0 - α- β
式中, I = （I20 -（D –d）2/4）1/2,
I0 = （a2 + b2）1/2,
α=arccot（( D - d) / 2）/I。
如果这段距离太短,卷取电动机在该距离之内无法实现停止,那么就必须在此之前先缠绕一圈或几圈。
下面计算卷取机缠绕的圈数。
带钢停止需要的距离：
l1 =（1/2 a′）*V2
式中, a′———带尾定位开始时的加速度;
V —带尾定位开始时的速度。
卷取一圈的长度l0 =π*D，卷取的圈数N = int（l1 –l）/l0，最后得定位长度设定值为L = l + N·l0
图5 带尾定位长度计算
D —卷取机直径; d —剪后转向辊直径; a —两圆圆心间水平方向间距; b —两圆圆心间垂直方向间距; α0 —两圆心连线与水平线的夹角;β—期望的定位点偏离垂直中心线的角度。