防止带钢在拉矫机断带的控制方法 【技术领域】
本发明涉及电气控制领域，特别是涉及一种防止带钢在拉矫机断带的控制方法。
背景技术
带钢板形缺陷产生的实质是由于带钢在宽度方向上具有不同的内应力，使之沿宽度方向上相邻的纵向纤维之间在长度方向上产生了很小的长度差。要想得到板形平整的带钢，只需对带钢长度方向上施以超过材料屈服极限的应力，使长、短纤维同时产生一定的塑性变形，在应力松弛后，延伸变长的纤维仍然保留，从而使带钢内部纵向纤维间的长度和内应力趋于相同，且方向一致，即能达到矫平的目的。拉矫机就是根据材料的弹塑性延伸理论对带钢进行矫直的。
拉矫机结构如图1所示：拉矫机包含两套张力辊(入口张力辊与出口张力辊)和一个拉矫机机箱。入口张力辊与出口张力辊的速度差产生带钢矫直所需的延伸张力；一套入口张力辊包括入口1#张力辊1和入口2#张力辊2，一套出口张力辊包括出口1#张力辊7和出口2#张力辊8。拉矫机机箱3包括两套矫直单元(1#矫直单元4和2#矫直单元5)和一套反弯辊单元6。矫直单元使带钢产生塑性延伸，消除板形缺陷，每套矫直单元由一个下部的调节单元10和一个上部的调节单元9组成；下调节单元由交流恒速电机驱动调整咬合量；上部液压调节实现上矫直单元的快速打开和关闭。反弯辊单元负责消除带钢横向与纵向翘曲，由上部固定的两个导向辊11和下部的由交流恒速电机10驱动调整咬合量的下反弯辊单元组成。
拉矫机工作的基本原理为：需矫直的带钢在张力辊施加的延伸张力作用下连续通过上下交替布置的弯曲辊和反弯辊，在拉伸应力和弯曲应力的联合作用下沿长度方向产生了塑性的纵向延伸，使带钢纵向纤维的长度趋向于一致，从而减小带材内部纵向内应力分布的不均匀性，改善带材的平直度。
除了具有良好的板形矫直作用，拉矫机还具有良好的破鳞作用。拉矫机破鳞的目的在于：一方面使氧化铁皮层较疏松的组织在经过拉矫机后脱落而不被带入酸洗槽中；另一方面使难以脱落的组织，通过弯曲产生裂隙。这样一方面通过减少酸与氧化层的化学反应量提高酸洗效率；另一方面，酸液非常容易进入到氧化铁皮层的裂隙中，通过酸与氧化铁皮更充分的反应来提高酸洗效率。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：提供一种防止带钢在拉矫机断带的控制方法，即通过精确的带钢跟踪控制、延伸率的平滑控制、控制系统的智能保护性程序等三种手段综合起来实现带钢顺利地通过拉矫机，从而防止带钢在拉矫机断带的事故。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
(1)精确的带钢跟踪控制：
通过精确的带钢跟踪控制，使控制系统能够的精确地知道焊缝到拉矫机的距离，从而采取一系列的动作让焊缝顺利地通过拉矫机，避免焊缝通过拉矫机时产生断带事故；
(2)延伸率的平滑控制：
在拉矫机的延伸率控制投入后采用延伸率的平滑控制，包括入口张力辊和出口张力辊速度采集的平滑，软件滤波器，延伸率控制的平滑三项措施，有效地避免带钢通过拉矫机时产生断带事故；
(3)控制系统的智能保护：
通过控制系统的智能保护，避免带钢通过拉矫机时产生断带事故，也为拉矫机的机械设备和电气设备提供了一种保护。
本发明具有以下的主要有益效果：
有效地降低了带钢焊缝在拉矫机处断裂的几率，提高了劳动生产率。其中通过延伸率的平滑控制、控制系统的智能保护性程序不仅防止带钢断带，而且防止了系统的调整对电气设备和机械设备的冲击，从而保护了相关的电气和机械设备，延长了设备寿命，节约了成本。
本发明通过在鞍钢股份的冷轧厂的2#酸洗轧机联合机组的试验得知，带钢焊缝在拉矫机处断带的几率为0.045％，程序可靠率为98％。
【附图说明】
图1为拉矫机的结构示意图。
图2为区内焊缝长度计算示意图。
图3为利用光孔检测仪精确定位焊缝示意图。
图中：1.入口1#张力辊；2.入口2#张力辊；3.拉矫机机箱；4.1#弯曲辊；5.2#弯曲辊；6.反弯辊；7.出口1#张力辊；8.出口2#张力辊；9.液压调节单元；10.交流恒速电机调节单元；11.导向辊。
【具体实施方式】
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。
本发明提供的防止带钢在拉矫机断带的控制方法，是一种先进的酸洗机组防止拉矫机断带的电气控制方法，具体如下：
一.精确的带钢跟踪控制：
拉矫机焊缝精确定位是冷轧酸洗处理系统中带钢跟踪部分实现的重要功能之一。
焊缝跟踪是带钢跟踪的基本功能，它从焊机到出口分切剪跟踪焊缝走过整个处理线。通过精确的焊缝跟踪控制，使控制系统能够精确地知道焊缝的位置。当焊缝通过拉矫机区域时，及时降速和释放延伸率控制，使拉矫机在无延伸率控制下运行，避免带钢在拉矫机区域断带。
1.利用编码器实现焊缝区内跟踪：
为了实现焊缝的准确跟踪，带钢跟踪部分将整个酸洗处理线划分为多个区，例如入口区、入口活套区、拉矫机区、酸洗区等，利用各区内的传动电机编码器来计算焊缝运行的位置，以达到在区内对焊缝的跟踪。
在冷轧酸洗机组中，拉矫机区位于入口活套区之后，酸洗区之前。选取拉矫机入口1#张力辊的传动电机的编码器作为拉矫机区的焊缝跟踪编码器。
焊缝在拉矫机区内运行长度计算如下(见图2)：
图中，区间物理长度是在试车时测量得到的区间内所能容纳带钢的物理长度；实际长度是从拉矫机区间起点到焊缝的带钢长度。
焊缝跟踪CPU内部设有32位软件计数器，当焊缝进入拉矫机区时该计数器被启动，去累加入口1#张力辊的编码器脉冲增量，该软件计数器的值乘以入口1#张力辊的单位脉冲的长度[毫米/脉冲]，从而得到从拉矫机区间起点到焊缝的带钢的实际长度。
实际长度＝I×Li×CORR×MF。
其中：I是从焊缝进入拉矫机区内开始内部32位的软件计数器累加的脉冲数。Li是单位脉冲的长度[毫米/脉冲]。MF是模型因子，在拉矫机区间计算该因子应考虑带钢延伸率(正或负)。CORR是焊缝通过同步点时，基于理论长度和测量长度的算法修正因子(0.98，1.02)：
CORR的计算公式为：
CORR=(Lim0.981.02)(Kold+(Knew-Kold)*A).]]> 式中：A是算法修正因子的放大系数；K是理论长度/测量长度；Knew为本周期计算的K值；Kold为上一周期计算的K值。
2.利用光孔检测仪进行焊缝的精确定位：
将生产线划分为多个区，利用区内编码器脉冲值计算焊缝位置，将每个编码器跟踪范围缩小，这样可以提高焊缝的跟踪精度，但是焊缝的跟踪误差仍会很大。
引起焊缝跟踪误差的原因主要有以下几点：
(1)带钢在传动辊面打滑：
焊缝位置是通过传动辊电机编码器的脉冲累加值乘以单位脉冲的长度计算得到的。理想情况下，辊面与带钢不产生运行方向上的滑动，那么计算而得的长度值与焊缝运行的距离相一致。当辊面与带钢接触产生滑动时，计算的长度值将比焊缝实际运行的距离值偏大。运行距离越远，运行速度越快时，这种长度误差也就越大。
(2)活套区带钢长度误差：
活套区域里的带钢长度是不断变化的，跟踪所用的长度值是读取活套绝对值编码器计算的套量值，经过参数修正而得到的。这个计算值的精确度很难保证，而且误差变化也不均匀。
通过上述分析可知，入口活套套量变化以及传动辊面打滑引起的焊缝位置误差仅仅通过编码器计算很难消除。在入口活套和拉矫机之间安装光孔检测仪，通过它对入口活套造成的焊缝跟踪误差进行校正，可以实现焊缝在拉矫机前的精确定位。为此，在带钢运行方向前10～15米范围内安装光孔检测仪，利用它检测带钢焊缝位置的圆孔，完成对焊缝的精确定位。
其精确定位原理如图3所示，具体分析如下：
拉矫机区是具有固定长度的一个区，在初期试车时可以测量出所定义的区头到光孔检测仪的固定长度值L。带钢长度计算公式Length＝Ix Li x CORRx MF中Li、CORR和MF针对拉矫机区来说均为常量，那么就可以反向计算出焊缝从区头运行到光孔检测仪时内部32位的软件计数器所应该记录的编码器脉冲值I1。光孔检测仪按照下述公式进行校正：
I1＝L/(Ix CORR x MF)
式中：I1为反向计算出焊缝从区头运行到光孔检测仪时，32位软件计数器所应该记录的编码器脉冲值；L为拉矫机区的区头到光孔检测仪的固定长度值。
每条带钢在焊接时均会在焊缝位置打孔，当该孔被光孔检测仪检测到时，表明该焊缝真实位置在光孔检测仪处，这时强行将I1写给跟踪该焊缝的32位软件计数器值。这样，焊缝就被准确定位，由于光孔检测仪安装位置离拉矫机很近，且该区间带钢长度固定，故焊缝从光孔检测仪运行到拉矫机过程中位置误差应该在位置容差范围内。
二.延伸率的平滑控制
平滑控制包括三个方面的平滑：
第一.入、出口张力辊速度采集的平滑。在进行延伸率控制时要计算实际的延伸率，需要采集入/出口张力辊的实际速度，为了过滤掉一些干扰毛刺波形和保证采集实际速度的平滑过度，而采取了指数平滑控制方式。指数平滑控制方式是统计学中常用的平滑方式，我们把它进行运用于工程控制，比较新颖。
第二.在进行计算实际的延伸率时，要保证计算出来的延伸率有一个平滑的变化曲线。我们采取了做软滤波的方法：在一定周期内，把计算出来的延伸率到的数据群暂存为a1，a2，a3...an，求出平均值A＝(a1+a2+.....+an)/n后，再把a1…an分别和A作比较，把差值绝对值大于一定值H(可设置)的舍去，因为这些差值太大的数据可能是干扰信号，把剩下的在差值范围内的值再平均一次得到B，那么B就是真正的有效采样平均值了。
第三.延伸率控制的平滑。根据工程实践经验确定平滑系数，PLC控制是按周期扫描控制的，所以可以根据平滑系数算出PLC每周期延伸率的变化值D。在PLC中开辟一个数据块，在数据块中指定一地址作为数据暂存X，设定初始值为0，然后判断延伸率的变化方向，延伸率的变化方向就是延伸率的设定值和延伸率的实际值之差的正负性，如果差值为正，则方向为正，每周期的延伸率实际设定是数据暂存X每周期加上变化值D，直到等于延伸率的设定值为止。即第一扫描周期为D，第二扫描周期为2D，第三扫描周期为3D，……直到达到设定值.如果差值为负，则方向为负，每周期的延伸率实际设定是数据暂存X每周期加上变化值-D，直到等于延伸率的设定值为止。即第一扫描周期为-D，第二扫描周期为-2D，第三扫描周期为-3D，……直到达到设定值。
三.控制系统的智能保护性程序
控制系统包括二级计算机和基础自动化，基础自动化包括PLC系统和传动装置。二级计算机主要是根据带钢的宽度、厚度、材质等信息计算其通过生产线时各设备的设定值，完成统筹安排。通过通讯，PLC系统接收二级计算机的设定值，执行二级计算机的命令，完成相应的设备调节。由于拉矫机是酸洗机组的设备组件，和酸洗机组是一个有机的整体。因此，拉矫机的控制系统最优方案是集成在酸洗机组的控制系统中。
通过拉矫机带钢延伸率控制可知，给定一个延伸率和速度基准值，就可以得到拉矫机各个张力辊的速度给定值。延伸率控制的核心是使张力辊之间产生一定的速度差，从而形成一定的带钢延伸率，因此，这种控制关心的是速度变量。在运行时各个张力辊的实际电流，力矩和拉矫机内部张力可能超越系统能够承受的极限值，处理不当可能造成设备损坏和断带。本系统设计了智能保护性程序，控制方法是当系统检测到张力辊的实际电流、力矩和拉矫机内部张力超越系统能够承受的极限值时，就按PLC的扫描周期为时间单位周期性减少延伸率的设定值，直到减少到延伸率的设定值的一半或张力辊的实际电流、力矩和拉矫机内部张力退出极限范围为止。每周期减少的延伸率值可设定，比如100个单位。
控制系统为拉矫机张力辊设定电流、力矩和内部张力限幅值，设定拉矫机延伸率减少值，当张力辊电流、力矩或是内部张力超过限幅值，则延伸率设定值按照减少设定值周期减少，同时判断张力辊电流、力矩或是内部张力是否已经在限幅值范围内：如果在，则维持当前延伸率设定；如果仍然超出，则继续减少延伸率设定值。
控制系统采取以下动作让焊缝顺利地通过拉矫机：释放延伸率，即消除入出口张力辊的速度差，释放施加在带钢长度方向上超过材料屈服极限的应力，使焊缝通过时不受该拉伸应力的作用，降低拉断焊缝的几率。