剪切模型在武鋼1580熱軋機的運用.doc

剪切模型在武鋼1580熱軋生產(chǎn)線的運用 熱軋維護車間武鋼1580軋制線，是以取向硅鋼及高牌號無取向硅鋼等為主導(dǎo)產(chǎn)品，其生產(chǎn)規(guī)模為280萬t/a。飛剪是軋線的關(guān)鍵設(shè)備，電氣控制設(shè)備及控制軟件由德國阿爾斯通公司提供，機械設(shè)備由中國一重設(shè)計制造。在生產(chǎn)中，飛剪對年產(chǎn)百萬噸以上的生產(chǎn)廠來說，剪切的長短和精度，成材率是有很大影響的，剪切的形狀對硅鋼在精軋機的穩(wěn)定軋制是至關(guān)重要的，不然極容易廢鋼。一、 飛剪的設(shè)備組成及控制圖一：飛剪示意圖橫移車切頭飛剪采用轉(zhuǎn)鼓整體移出式結(jié)構(gòu)，由一臺2000kW交流電機通過齒式聯(lián)軸器與主減速機相連，主減速機輸出端通過鼓形齒聯(lián)軸器與下轉(zhuǎn)鼓相連。上下轉(zhuǎn)鼓間由同步齒輪相連。當電機轉(zhuǎn)動時帶動下轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動，上轉(zhuǎn)鼓也同時轉(zhuǎn)動，由裝在上下轉(zhuǎn)鼓上的剪刃剪切帶鋼。（見圖一）飛剪的控制內(nèi)容包括剪切方式、剪切長度、飛剪起動時序、飛剪剪切速度等。剪切方式有切頭，切尾和二分割三種。一般來說，帶坯都要進行切頭，以使頭部整齊，易于精軋機和卷取機咬入，同時，剪切的長短精度要高，以減少帶材的浪費。剪切方式可由計算機決定，也可以由操作人員決定。有關(guān)剪切長度，過去一般采用“定長度剪切”，并由操作人員設(shè)定切頭、切尾的長度。近年來發(fā)展為根據(jù)帶坯的不同頭部形狀進行“最佳長度剪切”，以提高成材率。切頭時，飛剪的速度要高于帶坯的高度，切尾時飛剪的速度要低于帶坯的速度。起動飛剪剪切的控制時序為：當帶坯使E輥道上指定HMD ON時，測帶鋼的速度，控制帶鋼的速度已降到與飛剪的速度相適應(yīng)，經(jīng)過一定的延遲時間后，起動飛剪切頭。切尾時飛剪的起動則依靠熱金屬檢測器的檢失信號（HMD OFF）工藝控制精度及要求見下表1切頭飛剪剪刃停位精度3以內(nèi)2切頭飛剪剪切長度精度5mm（最佳化剪切）30mm（無最佳化剪切）3飛剪剪刃一次上機剪切次數(shù)10000次4最大剪切能力601430 mm (12.5 m/s) 900碳素鋼、低合金鋼 二、 剪切參數(shù)計算假設(shè): 飛剪半徑（帶剪刃） SHR_RADIUS 基本不變重疊量 OVER_LAPPING 基本不變剪切啟動時角度 ALPHA_START 常量板坯厚度 MAT_THICK 變量剪切長度 CUT_LENGTH 變量剪切速度（1+超前量%） CUT_LEAD 變量切頭角校正 COR_CUT_ANG 常量拋鋼角校正 COR_EXIT_ANG 常量我們可以得出： 1飛剪剪刃旋轉(zhuǎn)周長： CIRCUMF=2*SHR_RADIUS 2COS（剪切角alpha）：用鄰角邊/半徑理論上講：鄰角邊=軋制線-板坯厚度。板坯中心線與上轉(zhuǎn)鼓中點距離=飛剪半徑-1/2（剪刃重疊量），再減去一半的帶鋼厚度即為鄰角邊長。COS_CUT_a=SHR_RADIUS-0.5(MAT_THICK+OVER_LAPPING)/SHR_RADIUS 3剪切角（弧度）： CT_a_ger=arcCOS(COS_CUT_a) 4拋鋼角（弧度）:剪切角加偏移量2（以轉(zhuǎn)鼓中心線為起點，逆時針旋轉(zhuǎn)） CL_a= CT_a_ger+ COR_EXIT_ANG 5切頭角（弧度）：2減去剪切角，加上偏移量1（以轉(zhuǎn)鼓中心線為起點，逆時針旋轉(zhuǎn)） CT_a=2- CT_a_ger+ COR_CUT_ANG 6拋鋼位置（與2的比值）： BETA_EXIT= CL_a/2 7.切頭位置（與2的比值）：ALPHA_CUT= CT_a/2 8.剪切點與轉(zhuǎn)鼓中心線距離，即剪切對角邊長：用三角函數(shù)即可DELTA_S=-SIN(CT_a)*SHR_RADIUS 9剪切速度（與板坯速度的比值）：如下圖二，由三角函數(shù)易得出：剪刃旋轉(zhuǎn)方向的線速度=板坯速度/COS(CT_a) 圖二、剪刃線速度矢量示意圖 RU_FACTOR=(1+LEAD%)/COS(CT_a) 10剪切過程剪刃旋轉(zhuǎn)弧長： RU_DIST_SHR=( ALPHA_CUT- ALPHA_START)*CIRCUMF 11.帶鋼行走距離（剪切過程中）： 理論上講：剪刃線速度從0加到RU_FACTOR斜坡不變，即在此過程中剪刃的平均速度為RU_FACTOR/2。在剪切過程中： MAT_LENGTH/SHR_LENGTH= MAT_SPD/SHR_SPD= 1/( RU_FACTOR/2)=2/ RU_FACTOR.因此在剪切過程中，帶鋼行走距離MAT_LENGTH= 2*RU_DIST_SHR/ RU_FACTOR。RU_MATLENGTH=2* RU_DIST_SHR/ RU_FACTOR 12.飛剪啟動時帶鋼距離：MAT_DIST_START=CUT_LENGTH-RU_MATLENGTH-DELTA_S三、 HMD與飛剪動作指令HMD_E501/502 切頭SHR_WAITSHR_START HMD_E403/404或者HMD_E501/502切尾SHR_WAITSHR_START HMD_E501/502和HMD_2048 切頭SHR_STARTSHR_HEAD_CUT HMD_E501/502和HMD_2048 切尾SHR_STARTSHR_TAIL_CUT 四、 飛剪區(qū)域板坯跟蹤飛剪區(qū)域以飛剪轉(zhuǎn)鼓中垂線和軋制線交點為基準“0”，沿軋制線精軋方向為正方向，粗軋方向為負方向。例如：HMD_2048位置坐標為（-7.78m，0）。4.1 切頭時板坯位置跟蹤由于切頭開始由HMD_2048給出指令，所以起始位置為HMD_2048，再對板坯速度積分，注意：切頭加上延遲距離=延遲時間（0.003s）*板坯即時速度HEAD_POS=-HMD_2048_DIST+HMD_DELAY*MAT_SPD+MAT_SPD.(公式1) =-7.78+0.003*MAT_SPD+MAT_SPD 4.2 切尾時板坯位置跟蹤當以上公式1的計算值大于8m時，夾送輥速度積分器把以上HEAD_POS的數(shù)據(jù)記錄下來HEAD_POS_MEMORY，并開始獨立對夾送輥速度進行積分。MAT_DIST=HEAD_POS_MEMORY+MAT_SPD (公式2) 由于切尾指令由HMD_2048下降沿給出，所以切尾位置就是“帶鋼頭部”位置加上HMD_2048_DIST。切尾減去HMD時間延遲。HEAD_POS=MAT_DIST+ HMD_2048_DIST-MAT_SPD*HMD_DELAY.(公式3)五、 剪切角偏移量計算5.1切頭時剪刃角度偏移量(弧度) 由于剪刃本身有厚度，安裝時上下也不是絕對靠近轉(zhuǎn)鼓中垂線，所以切頭時存在一個負的偏差量。偏差量由實際測量出。COR_CUT_ANG=arcTAN(-OFFSET/RADIUS) 5.2切尾時剪刃角度偏移量(弧度) COR_EXIT_ANG= arcTANGRIND_RADIUS2-(0.5*MAT_WIDTH)2+OFFSET-GRIND_DADIUS/RADIUS六、 自動模式下的剪切計算圖三、剪切流程示意圖 飛剪在剪切過程中基本上由以上8個基本動作構(gòu)成(如圖三)，除去我們不用的7-chopping，2-speed_up_man_cut和用于校正飛剪角度的8-calibration_turn，6-triangle可視為3-cut的剪刃速度部分。下面著重分析0-idle，1-speed_up_auto，3-cut，4-positioning四個步驟（見下表）。板坯跟蹤實際位置MAT_DIST_START（見1.12）0-idle1-speed_up_auto S1 剪刃實際位置ALPHA_CUT（見1.7） 1-speed_up_auto3-cut S3 拋鋼時剪刃實際角度BETA_EXIT（見1.6） 3-cut4-positioning S4 板坯跟蹤實際位置MAT_DIST_START（見1.12）4-positioning1-speed_up S1 由于飛剪各個流程的控制實際上是對主電機速度的控制，即飛剪變頻器的速度基準值Wn。飛剪在各個不同的流程計算時，會將特定的速度給定計算激活，下面進行速度給定值的計算分析。注意：以下計算大部分采用比例計算的方式即：實際值/參考值，無實際意義只能說明其與飛剪基準速度Wn的增加，減少，正比和反比關(guān)系。給出的基準速度Wn也是比例值。飛剪電機的最大速度為600轉(zhuǎn)/min，剪刃最大線速度為2.618m/s。即以下計算值如果超出“1”，則“1”位速度給定值。6.1 S1-speed_up過程速度給定值計算： 設(shè)：MAT_RUN =(MAT_DIST-REF_DIST_TO_START)/RUN_UP_LENGTH 我們可以看出：當帶頭超過給定起始位置時MAT_DISTDIST_TO_START，MAT_RUN開始大于0，并隨著帶鋼靠近飛剪不斷遞增。即：MAT_RUN與帶頭位置成正比關(guān)系。Wn=MAT_SPD*RU_FACTOR* MAT_RUN +MAT_RUN2-(ALPHA_ACT- REF_SHTAR_POSITION)*CIRCUMF/REF_DIST_SHR 我們可以看出： 1.帶鋼速度、帶頭位置與飛剪速度成正比例關(guān)系，并隨著帶鋼靠近飛剪不斷遞增。2.飛剪旋轉(zhuǎn)過程中，剪刃位置與帶頭位置一起控制飛剪的加減速，剪刃旋轉(zhuǎn)過快時減速，剪刃旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)過慢時加速，并與帶頭位置相聯(lián)系。6.2 S3_cut過程速度給定值計算： 由于cut整個時間比較短，大概在210ms左右。一般來說：在從S1切換到S3過程中，Wn基本保持S1完畢后的速度不變，直到S3完成。6.3 S4_positioning過程速度給定值計算： 定位過程主要分為2步進行，在IBA上可以明顯看到定位過程中的基準速度的變換。1.目標角度和實際角度差大于5.4度時： 假設(shè)：alpha_minus=(Alpha_destination-Alpha_act)/1.2，1.2為可調(diào)參數(shù)。Wn為alpha_minus的平方根。由此我們可以看出當角度值越來越接近給定值時，給出的參考速度不斷變小趨近于“0”。2. 目標角度和實際角度差大于5.4度時： Wn=(Alpha_destination-Alpha_act)*4.944，4.944為可調(diào)參數(shù)。七、 關(guān)于優(yōu)化剪切和激光測速的投入 7.1優(yōu)化剪切的控制及設(shè)備精確測量帶鋼寬度、速度、頭和尾的形狀，設(shè)定帶鋼的頭尾的最佳剪切的長度； 優(yōu)化剪切投入的基本設(shè)備：l R2軋機后測寬儀 1臺l R2軋機后測速儀 1臺l 飛剪前測速儀 1臺飛剪前熱金屬探測器(線掃描) 1臺利用安裝在R2后的測寬儀和測速儀測量出帶鋼的寬度和速度，測速儀內(nèi)部積分得出帶鋼的長度，并計算出需要剪切的頭部和尾部的長度，通過網(wǎng)絡(luò)傳送給軋線控制系統(tǒng)。當帶鋼到達飛剪前時熱金屬探測器探測到帶鋼的頭部，飛剪前測速儀把速度信號送給軋線控制系統(tǒng)來實現(xiàn)帶鋼頭部和尾部的最佳化剪切。7.2關(guān)于優(yōu)化剪切程序的啟動 依次打開30Q1_CPU2_T00_5 SHR SB INPUT如圖四圖四、優(yōu)化剪切程序段從上面我們可以看出，如果要投入優(yōu)化剪切只需要將shr.opmode.CropLengthFromKelk Shape置為“1”。但是要注意：1.在剛開始投入時要注意比較從Kelk 讀過來的數(shù)據(jù)和我們現(xiàn)在使用的剪切長度。例如：切頭時比較shr.kelk.HeadCutLength與70mm的差值，如果差值過大則需要調(diào)整kelk的數(shù)據(jù)。2.在投入優(yōu)化剪切以后我們可以看到以前的人工干預(yù)剪切已經(jīng)無效，所以需要修改程序，在kelk的數(shù)據(jù)上加入偏差量即可。將人工干擾參數(shù)與優(yōu)化聯(lián)系起來。（優(yōu)化剪切并不考慮飛剪本身的相關(guān)參數(shù)，由前面我們可知飛剪模型計算并不是絕對的實際值）。6.3激光測速的投入依次打開30Q1_CPU2_T01_2 SHR FB INPUT 如圖五圖五、激光測速選擇程序段 從上面我們可以看