带材跟踪控制在拉矫重卷中的应用

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摘 要：本文结合对莱钢冷轧拉矫机组调试、维护，着重介绍了带材跟踪系统在拉矫机组中的应用。

关键词：带材跟踪 光电开关 编码器二级控制系统

冷轧拉矫机组生产线相对较长，进行新带卷穿带时带钢从开卷机到卷取机需耗时30分钟左右。本机组增设了电焊机与活套，生产同规带钢时只需穿带一次，利用电焊机作用将前后带钢的带头带尾焊到一块，从而节约生产时间，提供生产效率。如何确定不同卷的带钢在生产线上的情况，从而进行控制，带材跟踪系统便解决了这个问题。

拉矫机组带材跟踪分一级系统（现场硬件检测）和二级系统（带材的数据的管理）两部分。两者在一级计算机和二级计算机中分别进行，但都以一级系统的位置跟踪结果为基础。一级系统的微跟踪是对生产线各带材的位置及其状态进行跟踪。二级系统的宏观跟踪是对各带材的数据进行跟踪以使带材和数据互相对应。一级计算机和二级计算机数据交换通过以太网完成。

一、拉矫机组现场设备及检测元件安装情况介绍

图1所示为拉矫机组现场设备布置图，图中机械设备（带英文标识）从右向左依次为：开卷机、开头机（由伸缩刮板、夹送辊、弯曲辊组成）、切头剪、1#夹送辊、立导辊、电焊机、月牙剪、2#夹送辊、1#张力辊组（由1#-4#张力辊组成）、矫直机、2#张力辊组（由5#-8#张力辊组成）、活套、3#张力辊组（由9#、10#张力辊组成）、纠偏辊、圆盘剪、检查台、3#夹送辊、涂油机、切尾剪、出口转向辊、卷取机。

为了更好的进行带材跟踪、带长测量，现场设备上安装了许多光电开关、光电编码器。

开头机的弯曲辊由上下两辊组成，弯曲辊上辊轴端安装有一台光电编码器用于开卷卷径计算和进行自动定尺切头、切尾控制时的定长送料检测。

入口张力辊组由1#-4#张力辊组组成。1#张力辊上安装一台光电编码器，用于焊缝跟踪控制。

矫直机前装有光电开关，用于检测焊缝，参与控制矫直辊系打开。

圆盘剪前安装有检测装置支架。支架上安装有光电开关，用于检测焊缝，并由编码器配合控制，使焊缝准确停在圆盘剪处。

出口转向辊为单辊结构的空转辊，轴端安装有一个光电编码器，用于测量机组线速度和计量卷曲长度。

二、二级控制系统

二级系统主要完成以下功能：

检测并判断跟踪传感器的状态变化②生产数据管理③根据标志在生产区域生成跟踪，并读取数据④根据跟踪传感器的状态变化，实时更新人机界面(HMI)上的跟踪信息。

为了保证带材的实际位置与跟踪信号一致，在跟踪程序中通过设置感应时间间隔，来保证跟踪信号的准确性。此外，操作人员可根据根据带材的实际位置及时进行修正，最大限度地避免因跟踪信号错误造成的控制混乱。操作人员可以通过人机界面(HMI)实时监控和修正带材跟踪。

三、带材跟踪控制功能介绍

1.开卷机区域

在待卷区域1#、2#鞍座边上均装有光电开关，一旦带钢被吊装到相应的鞍座上后，光电开关发送信号到PLC，HMI画面上有相关显示，带卷（On saddles）位置（EN. 1 saddle 1/ EN. 1 saddle 2/）。

经操作工按生产计划对带卷进行生产确认后（confirmed），操作工可通过人工上卷或自动上卷方式新卷带钢上到开卷机，PLC接到开卷机卷筒涨径，活动支撑闭合信号后，程序确认带钢位置，监控画面上有相关显示。

2.焊接操作

带卷带头已经开头夹送辊、五辊矫直机送到焊机入口，并调整好带头在焊机中的位置。前一只带卷带尾与后一只带卷的带头已位于焊机中，操作工操作电焊机进行焊接工作。焊接过程由焊机自动完成对带头、剪切、焊接等工作。 焊接完成后，电焊机的打孔装置会在焊缝前面2cm住中间位置打一直径为3cm的圆孔，便于后面设备安装的光电开关进行焊缝检测工作。

3.过焊缝时的穿带操作

带材跟踪的最主要的作用就是完成焊缝跟踪。

焊接完成后，运用矫直段“联合点动”功能，将1＃夹送辊与1＃张力辊之间形成的活套拉平。开头夹送辊、五辊矫直机、1#夹送辊上辊打开退出工作，开卷机加载张力，机组全部设备进动状态低速运行，进入过焊缝穿带工作状态。运行过程中延伸率设定为零，入口、出口张力辊之间保持微张力。1#张力辊上的光电编码器检测跟踪焊缝位置。焊缝到达月牙剪位置时停止，月牙剪剪切完成后机组继续低速运行，焊缝到达矫直机入口时，焊缝检测光电开关发讯，矫直机辊系快速打开，焊缝通过矫直机后辊系再快速闭合。焊缝到达圆盘剪，焊缝检测光电开关发讯，由编码器检测、控制使焊缝准确停止在圆盘剪处，此时操作工可进行圆盘剪的调整操作和更换剪刃的操作。当焊缝到达分切剪时穿带过程结束。

4.卷取机区域

当焊缝到达分切剪时，操作工操作分切剪剪掉焊缝，然后根据卷取机选择用钳口工作还是使用助卷器工作，进行分切后的再穿带操作。当卷取机卷取带钢2～3圈后，画面上会显示带卷状态情况。当卷取机卷取长度或卷取重量后，机组进行分卷操作，再进行卸卷操作。卸卷完成后，画面上显示带卷状态。

结束语

当带材跟踪出现异常时，会影响其他与跟踪信号相关的功能程序。例如自动减速控制、剪刀剪切长度控制、分切收尾控制等。带材跟踪系统在莱钢冷轧拉矫机组应用以来，曾发生由于现场检测元件损坏，影响了分切收尾操作的事件，这就要求加强对传感器的日常维护和预防性检修工作。总体而言，带材跟踪控制系统完全满足了拉矫机组的生产要求。

参考文献

郑申白，曾庆亮．轧制过程自动化基础[M]．北京：冶金工业出版社，2005，P131～P135

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