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文檔簡介
剪切模型在武鋼1580熱軋生產(chǎn)線的運(yùn)用 熱軋維護(hù)車間武鋼1580軋制線,是以取向硅鋼及高牌號(hào)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(jī)械設(shè)備由中國一重設(shè)計(jì)制造。在生產(chǎn)中,飛剪對(duì)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(duì)硅鋼在精軋機(jī)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(tái)2000kW交流電機(jī)通過齒式聯(lián)軸器與主減速機(jī)相連,主減速機(jī)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(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)下轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng),上轉(zhuǎn)鼓也同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng),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(dòng)時(shí)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(jìn)行切頭,以使頭部整齊,易于精軋機(jī)和卷取機(jī)咬入,同時(shí),剪切的長短精度要高,以減少帶材的浪費(fèi)。剪切方式可由計(jì)算機(jī)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(jìn)行“最佳長度剪切”,以提高成材率。切頭時(shí),飛剪的速度要高于帶坯的高度,切尾時(shí)飛剪的速度要低于帶坯的速度。起動(dòng)飛剪剪切的控制時(shí)序?yàn)椋寒?dāng)帶坯使E輥道上指定HMD ON時(shí),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(shí)間后,起動(dòng)飛剪切頭。切尾時(shí)飛剪的起動(dòng)則依靠熱金屬檢測器的檢失信號(hào)(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(jī)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(jì)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(dòng)時(shí)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(diǎn)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(diǎn),逆時(shí)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(diǎn),逆時(shí)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(diǎn)與轉(zhuǎn)鼓中心線距離,即剪切對(duì)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(dòng)時(shí)帶鋼距離:MAT_DIST_START=CUT_LENGTH-RU_MATLENGTH-DELTA_S三、 HMD與飛剪動(dòng)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(diǎn)為基準(zhǔn)“0”,沿軋制線精軋方向?yàn)檎较?,粗軋方向?yàn)樨?fù)方向。例如:HMD_2048位置坐標(biāo)為(-7.78m,0)。4.1 切頭時(shí)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(duì)板坯速度積分,注意:切頭加上延遲距離=延遲時(shí)間(0.003s)*板坯即時(shí)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(shí)板坯位置跟蹤當(dāng)以上公式1的計(jì)算值大于8m時(shí),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(dú)立對(duì)夾送輥速度進(jìn)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(shí)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(jì)算5.1切頭時(shí)剪刃角度偏移量(弧度) 由于剪刃本身有厚度,安裝時(shí)上下也不是絕對(duì)靠近轉(zhuǎn)鼓中垂線,所以切頭時(shí)存在一個(gè)負(fù)的偏差量。偏差量由實(shí)際測量出。COR_CUT_ANG=arcTAN(-OFFSET/RADIUS) 5.2切尾時(shí)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(dòng)模式下的剪切計(jì)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(gè)基本動(dòng)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(gè)步驟(見下表)。板坯跟蹤實(shí)際位置MAT_DIST_START(見1.12)0-idle1-speed_up_auto S1 剪刃實(shí)際位置ALPHA_CUT(見1.7) 1-speed_up_auto3-cut S3 拋鋼時(shí)剪刃實(shí)際角度BETA_EXIT(見1.6) 3-cut4-positioning S4 板坯跟蹤實(shí)際位置MAT_DIST_START(見1.12)4-positioning1-speed_up S1 由于飛剪各個(gè)流程的控制實(shí)際上是對(duì)主電機(jī)速度的控制,即飛剪變頻器的速度基準(zhǔn)值Wn。飛剪在各個(gè)不同的流程計(jì)算時(shí),會(huì)將特定的速度給定計(jì)算激活,下面進(jìn)行速度給定值的計(jì)算分析。注意:以下計(jì)算大部分采用比例計(jì)算的方式即:實(shí)際值/參考值,無實(shí)際意義只能說明其與飛剪基準(zhǔn)速度Wn的增加,減少,正比和反比關(guān)系。給出的基準(zhǔn)速度Wn也是比例值。飛剪電機(jī)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(jì)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(jì)算: 設(shè):MAT_RUN =(MAT_DIST-REF_DIST_TO_START)/RUN_UP_LENGTH 我們可以看出:當(dāng)帶頭超過給定起始位置時(shí)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(shí)減速,剪刃旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)過慢時(shí)加速,并與帶頭位置相聯(lián)系。6.2 S3_cut過程速度給定值計(jì)算: 由于cut整個(gè)時(shí)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(jì)算: 定位過程主要分為2步進(jìn)行,在IBA上可以明顯看到定位過程中的基準(zhǔn)速度的變換。1.目標(biāo)角度和實(shí)際角度差大于5.4度時(shí): 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(dāng)角度值越來越接近給定值時(shí),給出的參考速度不斷變小趨近于“0”。2. 目標(biāo)角度和實(shí)際角度差大于5.4度時(shí): 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(jī)后測寬儀 1臺(tái)l R2軋機(jī)后測速儀 1臺(tái)l 飛剪前測速儀 1臺(tái)飛剪前熱金屬探測器(線掃描) 1臺(tái)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(jì)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(dāng)帶鋼到達(dá)飛剪前時(shí)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(hào)送給軋線控制系統(tǒng)來實(shí)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(dòng) 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(shí)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(shí)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(jì)算并不是絕對(duì)的實(shí)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
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