1780热连轧卷取机AJC控制

摘要: 以宁波钢铁有限公司1780热连轧卷取机为背景，详细描述了卷取机踏步程序设计，并且给出了踏步辊缝设定程序参数的优化调试过程。程序设计中以理论计算为主，为了使算法便于在TDC实现对头部位置的计算，对算法做了一些简化。参数调试过程中以示波器测得的助卷辊实际辊缝和设定辊缝为依据，优化程序参数使 最终得到的实际反馈曲线满足控制要求。

液压式卷取机当带钢头部进入卷取机时，为防止带钢与助卷辊的冲击，损害带钢头部，造成事故，减少成材率和消除头部压痕，都要配置助卷辊的自动跳跃控制AJC(Auto Jump Control)，亦称踏步控制。踏步控制包括位置控制和压力控制，通过控制助卷辊液压系统使带头即将通过助卷辊时，助卷辊瞬时跳起，让过带头，有效地消除冲击。

1 踏步控制程序设计

踏步控制软件一般由带头跟踪程序、踏步点计算程序、辊缝设定程序、助卷辊位置控制程序和助卷辊辊缝计算4个部分构成，分别描述如下。

1. 1 带头跟踪程序设计

带头跟踪程序用于判断当前带钢进入卷取机入口的长度，程序主要采集 2 个外部信 :下夹送辊的脉冲编码器信 和安装在夹送辊与卷筒之间的激光检测器有钢信 。带钢头部进入夹送辊以前，夹送辊的实际线速度要高于带钢的速度，而当带钢进入夹送辊时，夹送辊表面与带钢发生强烈摩擦，使夹送辊的实际线速度迅速和带钢相同。因此可以在夹送辊后激光检测器检到钢时，开始记录下夹送辊编码器的脉冲数，这个脉冲数经过计算可以转化为带钢通过激光检测器部分的长度。

每次卷筒建张后，停止记录下夹送辊编码器的脉冲数，并将原有的脉冲数清零。

1. 2 踏步点计算程序设计

踏步点计算程序构造比较复杂，它的功能是根据带钢的厚度和卷筒直径以及每个助卷辊轴心与卷筒轴心连线所成的角度，计算出带钢头部在某圈经过各个助卷辊时对应的带钢通过激光检测器部分的长度。踏步点计算程序决定了控制系统最多可以控制助卷辊踏步多少圈，如果带钢缠绕卷筒的圈数超过这个上限值仍然没有建张，助卷辊将停止踏步。为了简化踏步点的计算，将缠绕在卷筒上的带钢近似地看作是一圈一圈的同心圆。踏步点计算方法示意如图1所示。

在带钢的厚度远远小于卷筒直径时，可以用图中计算到达右侧2#助卷辊带钢长度的方法近似求出到达左侧1#助卷辊时左图中的带钢长度。卷筒直径752mm，带钢的最大厚度为10mm，因此满足前面带钢的厚度远远小于卷筒直径的条件。当带钢头部到达图1中的右侧2#助卷辊时，通过激光检测器的带钢长度近似计算公式如下:

L=AB+r360πD+NπD+2h(N－1) πD + 2h( N－2) πD + … + 2hπD (1)

式中，L为通过激光检测器的带钢长度;r为1#与 2# 助卷辊之间的角度; N 为带钢圈数;h为带钢厚度; AB为激光检测器距离1#助卷辊的距离; D为卷筒直径。

踏步点计算程序最终输出带钢头部在第N圈经过某一助卷辊时，通过激光检测器的带钢长度。

1. 3 辊缝设定程序设计

辊缝设定程序的功能是根据踏步点计算程序的输出结果，将不同的踏步设定辊缝值输入辊缝闭环控制程序，通过调整踏步辊缝设定程序的参数，改变助卷辊踏步的抬起点以及切换压力环的时机，以使反馈值与给定值吻合。辊缝设定程序工作过程及理想状态踏步控制时给定值与反馈值 关系由图 2 所示。

图2中，P点为踏步点计算程序的输出结果。当通过激光检测器的带钢长度到达U点时，程序输出的设定值为带钢的厚度H加上安全距离S; 随后带钢头到达踏步点P，输出值为带钢厚度;最后带钢头到达C点，程序从位置控制切换成压力控制。接着下一圈踏步时通过激光检测器的带钢长度到达U点时，程序输出的设定值为带钢厚度H的2倍加上安全距离S;随后带钢头到达踏步点P，输出值为带钢厚度的2倍;最后带钢头到达C点，程序从位置控制切换成压力控制。UP、PC、H、S都是程序中可以调整的参数，其值直接影响反馈 值与给定值的吻合程度。

1. 4 助卷辊辊缝计算和位置控制程序

助卷辊辊缝反馈值是通过安装在助卷辊液压缸内的位移传感器信 计算得来的，位移传感器输出值与助卷辊活塞的实际位移呈线性关系。但是由于助卷辊的实际设备比较复杂，动作方式特殊，助卷辊与卷筒之间的辊缝并不与助卷辊活塞的实际位移量呈线性关系。在实际运用中，根据设备的机械位置，利用位移传感器的反馈值通过复杂的三角函数计算得出精确的助卷辊辊缝值。

踏步辊缝设定程序输出的辊缝设定值最终输入助卷辊位置控制程序，助卷辊位置控制程序将设定值和辊缝实际反馈值的偏差乘上一个比例系数最终输出到控制伺服阀的模拟量输出点。在里助卷辊位置控制程序只采用了结构比较简单的比例控制而没有采用常见的比例积分控制，这样虽然使助卷辊定位时的精度有所下降，但可以减小助卷辊对卷筒造成的冲击，可延长卷筒使用寿命。实践中发现，使用纯比例控制器控制的助卷辊即使在踏步功能不投入的情况下带钢与助卷辊的冲击也不大，带钢头部的压痕不明显。

2 踏步辊缝设定程序参数的优化调试

2. 1 踏步辊缝设定程序参数的问题分析

如图 2 中，UP的大小是根据那个助卷辊抱拢 时与上游助卷辊沿卷筒表面的距离决定的。UP值 如果大于沿卷筒表面的距离，意味着在进行踏步控制时可能有 2个助卷辊同时处在踏步状态，即一个助卷辊踏步还没有重新压回带钢表面，另一 个助卷辊就开始踏步了。这样极易造成带钢头部松卷。反之，UP值如果设定过小会使助卷辊没有做出反应的时间，导致踏步控制达不到实际的效果。PC值可以根据助卷辊压回的响应速度来设定。如果PC值设定过小会使助卷辊在没有压到带钢之前就切换到压力环，压力环的响应速度不如置环，会使助卷辊压回过慢而造成松卷。S的设定要根据带钢不同的厚度和轧制速度有所不同。

2. 2 踏步辊缝设定程序参数的优化调试

在现场调试过程中，程序内部将助卷辊辊缝设定值和反馈值经过计算分别输出到2个模拟量 输出备用通道上，输出信 类型设定为电压型。这样，把有记录功能的多路示波器接在2个通道上，便可以记录下踏步程序工作时助卷辊辊缝设定值和反馈值之间的关系。经多次仿真及现场调试，得到了满意的结果。穿带速度3.5m/s时踏步测试示波器记录曲线如图3所示。穿带速度5m/s时踏步测试示波器记录曲线如图4所示。穿带速 度7m/s时踏步测试示波器记录曲线如图 5 所示。

图3～图5分别记录了在3种不同卷取速度下助卷辊踏步测试所产生的波形。图中上方曲线为助卷辊辊缝反馈曲线，下方曲线为辊缝设定曲线。为了便于观察曲线，调节示波器时令2个通道的纵坐标错开一定空间。从曲线中可以看出给定值与反馈值趋势一致，踏步控制系统在踏步过程中十分稳定。

3 结束语

经过了两年实际生产的检验，宁波钢铁1780热连轧卷取机AJC统运行稳定可靠。投入AJC系统后，在生产5mm以上厚带钢时，带钢头部对卷取机的冲击明显减小，钢卷内圈压痕也明显减轻，提高了产品质量。