一种运动中带头和软钳口定位控制方法

冯连强，梁光正，马永军，王俊萍，翟周科，邓良丰

(中国重型机械研究院有限公司，陕西 西安 710032)

1 前言

“带头印”就是在带钢卷取过程中，在卷取张力的作用下，由于带头本身的厚度而在带钢上留下有间距规律的横向压痕。冷轧重卷机组使用普通套筒时，带头印比较明显，严重时长度可达几十米，严重影响带材质量。冷轧薄板生产过程中采用带弹性套筒(俗称橡胶套筒)卷取，达到了消除卷轴扇形块对薄板造成的压痕(折痕)，但未能消除薄板自身带头对薄板造成的压痕。目前已经出现采用带有软钳口的套筒，软钳口区域材质较软，当带头压在钳口区域内时，可有效的解决带头印问题，这是国内外正在研究的热点问题和技术难题。

一般重卷生产线无带头与软钳口定位功能，少数带有此功能的生产线，但其结构复杂，硬件成本高，不容易维护，存在一定的缺陷。本文设计了一套行之有效的定位技术，其硬件简单，算法可靠，精度高，很好地解决了带头印问题。

2 带材带头与钳口定位原理

为配合带头自动定位，在卷取套筒软钳口(软槽)上设计了带头与钳口定位控制系统。如图1所示，钳口定位检测开关在C点，启动钳口定位功能，经钳口定位检测开关检测到卷筒软钳口位置，卷取转过一定角度后上卷取时软钳口停在钳口起始位F点，下卷取时软钳口停在钳口起始位E点。

以上卷取为例，当穿带时带头到达带头检测D点时，卷取机开始逆时针旋转。通过调节器控制卷取机的转速，使带头到达重叠位B点的剩余距离与软钳口逆时针旋转至重叠位B点的剩余距离相等。这样，带头与软钳口将同时到达B点，且此时带材运动速度与卷取机转动线速度一致。

图1 钳口与带头对准示意图

软钳口定位分为两个步骤:软钳口起始位定位和软钳口与带头重叠位定位。以上卷取为例，已知带材运动速度为v0，卷取机加速度为a，D点到B点距离为L1。

带头从D走到B的时间为t

在时间t内，需控制软钳口从起始定位点F转到重叠定位点B，设加速时间为，匀速时间为t2，则

故，F点到B点的线性距离

把t1和t2代入

当带材带头过D点时，开始计长，计长长度为l1，带头到B点剩余距离为

卷取机从F点向B点转动，对线性距离开始计长，计长长度为l2，软钳口到B点剩余线性距离为

设

以Δl1为参考量，Δl2为反馈量，对其差值ΔL进行PI运算后，输出值作为卷取机速度设定的增量Δv叠加到装置的速度输入。

控制框图如图2所示。

图2 控制系统示意图

3 系统组成及程序设计

控制系统由控制器、执行单元和检测单元组成。本设计中控制器功能由主PLC(416－2 DP)完成。执行单元即西门子S70逆变器和变频电机，没有额外增加硬件，减少了成本投入。出口导板带头检测采用反射式光电开关;钳口定位检测采用对射式光电开关;卷取机转动距离计长采用高速计数模块FM450－1，其计数信号为卷取机电机上自带编码器反馈信号;带材带头运动距离计长不单独增加元件，其值由机组速度计算得出。

程序设计主要由钳口定位程序和软钳口与带头对准程序两部分组成，如图3所示。

图3 程序流程图

4 使用情况

本控制系统充分利用了PLC的高速运算能力和西门子S70逆变器装置的强大速度处理资源，具有外围电路少，结构紧凑、可靠性高的特点。宝钢股份有限责任公司冷轧厂的1 800 mm重卷检查机组和1#纵切机组改造中使用本控制方法后，均实现了软钳口与带头百分之百对准，有效地解决了“带头印”问题，提高了钢板带材的成材率。实践结果表明，系统控制精度高、实时性好、动态响应快。

［1］ 曾毅．现代运动控制系统工程［M］．北京:机械工业出版社，2006．