热镀锌线Level 1 钢带传输控制浅析

热镀锌线Level1钢带传输控制浅析邓春蕊韩继征李军星（唐钢冷轧薄板厂）摘要本文分析了3#热镀锌生产线入口区域、过程区域、出口区域各个不同区域各自顺序控制的特点及其间的相互联系，强调了速度控制和张力控制两种控制模式之间的必然联系，强调了钢带活套控制策略在整个生产线稳速生产中的重要作用。关键词顺序控制、速度控制、张力控制1.前言在高度自动化的3#热镀锌生产线，顺序控制是自动化控制的重要组成部分。设备顺序控制的自动顺序，主要基于钢卷的追踪，用于正常的生产自动操作管理。包括相关装卷区域和卸卷区域的生产线外动作顺序控制。2设备顺序控制2.1入口设备顺序控制下列顺序用于车间一条或两条钢带位置走线。设备顺序如图所示，在入口区域PLC允许No.1和No.2钢带位置走线适当的交迭工作。在开卷机上装卷；钢带穿带（穿带到焊接机，焊接）；运行启动；带尾（线上降速，带尾出来）设备顺序；开卷机重置。2#钢带位置走线2#芯轴上装卷带头穿带到焊机包括切头焊接操作启动设备正常运行设备降速尾端通过焊机包括切尾2#开卷机重置1#钢带位置走线1#芯轴上装卷带头穿带到焊机包括切头焊接操作启动设备正常运行设备降速尾端通过焊机包括切尾1#开卷机重置2图1入口区域设备顺序交迭图2.2出口设备顺序控制用于出口区域钢带位置走线并且在出口区域PLC上实现顺序控制的有：出口降速和周期剪切循环；钢卷出尾；卸卷；头尾穿带；运行启动。3主速度参考“主速度”控制功能的范围即对钢带线性速度参考进行管理并且发布给沿工艺过程线所有促使钢带前进的传动系统。在生产过程中，自动化系统保持工艺过程段恒速运行，这一速度值就是线上设备的主速度值。车架位置控制回路调节入口和出口段速度与这三段或更多段同步，并且管理在入口上卷和出口卸卷过程中的速度差。控制功能实质由线速度斜坡发生器和加速计算器组成，其输出提供给传动作为一个前馈转矩元素，改善了设备动态控制性能。斜坡发生器在加速开始和结束时，由一个光滑特性的S形曲线提供一个光滑加速过程以达到所要调节的设备速度，从而避免大卷和重卷的圈内滑动损伤钢带表面。3.1主速度结构所有加工设备按不同的钢带速度分段，入口和出口段的所有设备是相似的，按机械设备的要求工艺段又细分为如下不同的子区：对于镀锌设备，典型的有光整机和拉矫机，工艺段分为3部分，光整机前包括炉子为一部分，光整机为一部分，拉矫机以后为一部分。例如一个典型的镀锌线设备分为如下5部分：图2镀锌线设备分区图例：POR开卷机（1或2部分）；W焊机；LCE入口活套；Br1---Br8张力辊；FG镀锌线加热炉；T拉矫机；C化学处理设备；LCU出口活套；S剪子；REC卷取机；SCM光整机3α段入口区Ve=Vp稳态Ve≠Vp瞬时Ve=Veo入口活套控制穿带/出尾β1段过程段SCM上游Vp=过程段速度β2段过程段拉矫机上游Vp1=K1×Vpχ段过程段拉矫机下游Vp1=K2×Vpδ段出口区Vu=Vp1稳态Vu≠Vp1瞬时Vu=Vuo出口活套控制穿带/出尾表1沿生产线钢带线速度其中：K1--延展率系数（光整机）；K2--延展率系数（拉矫机）；K1=K2=1光整机和拉矫机停用（张开）：Vp2=Vp；Vp系统同步的参考速度；Ve保持入口活套小车在预设位置并且在稳态操作情况下使其等于Vp。在穿带和出尾操作期间，Vu=Vuo与过程段速度相独立。3.2设备主速度(过程区)过程区主速度参考，Vp，在调整定位，正常操作和组点动时用于过程段不同的AC传动系统。一个斜坡发生器用于限制加速/减速的坡度。实际的斜坡速度参考是由一个多路选择器从速度参考中选择的：RUN模式速度参考；GROUPJOG速度参考，前进或后退。操作员可以发出停止加速/减速、保持、启动/停止、重设等命令。降速的速率是常速或快速依据停止操作的形式而定。正常停止（常速斜坡）；正常降低速率；快速停止（快速斜坡）；快速降低速率；紧急停止（快速斜坡并且经过一段预设时间后断电）。主传动控制是：入口活套小车；No.2，3，4，5（主速度），6张力辊；出口活套小车。此外，速度参考提供给一套辅助传动设备，每个操作状态有其相应的控制方式。经过No.4张力辊以后，由于拉矫机的钢带延展作用速度参考值将按Vp1=Ka×Vp重新标定。当设备在正常运行状态时，Ka值通过比较No.4和No.5张力辊脉冲发生器的输出获得。正常运行状态过程段恒速运行，并且这一速度作为入口和出口段的速度参考。入口和出口的活套位置调节器用位置偏差调节入口和出口的速度，PI动作与操作员要求的活套填充量相匹配。过程区主要操作模式：正常运行；初始穿带（点动定位）3.3钢带活套控制此功能是线上设备主速度的一部分且控制入口/出口活套小车位置。当钢带速度在入口或出口段增加或减少时小车位置从预设值开始变化。在正常操作状态下，控制回路作用于入口或出口速度以保持活套小车位置在预设值。在入口段焊接操作期间或出口区分切/卸卷操作期间，活套的动作被取消并且入口或出口速度适当下降从而累计产生大的位置误差；之后重新启动位置控制从而影响入口/出口段速度使小车尽可能的恢复到预设值位置。入口活套速度V1，出口活套速度V2和活套小车位置X之间的关系式近似为：X（s）=（V1-V2）/2Ns其中N活套中钢带的条数以出口活套为例，符号写为V1=Vp1（实际）；V2=Vu（实际值）；控制回路相应的写成下列图表，τ是出口速度控制回路的反映时间：4活套位置调节器出口设备速度反应活套小车系统图3活套位置控制回路简图PID调节器消除位置误差如下：位置误差（位置设定值-X），校正出口段速度设置值从而得到实际的出口速度，服从于速度回路调节器反应时间的对数函数。活套小车系统将V1与V2之差积分，积分常数是1/2NS，得到的结果就是实际的位置值X。在正常操作过程中工艺过程段的速度是变化的，入口/出口段通过活套位置控制动作作出相应同步反应。为更好地理解活套入口和出口速度的动态变化，速度控制图可修改如下（活套位置设定植P*--恒定值，Vp1--恒定值）活套小车系统活套位置调节器出口段设备速度反应图4修改后活套位置控制回路图3.4入口区主速度入口区主速度参考，Ve，用于正常运行、钢带带头、带尾定位和组点动等不同的AC传动控制。一个斜坡发生器用于加速/减速坡度限制。斜坡的实际速度参考是由一个多路选择器在提供的速度参考值中选取：运行模式速度参考，用于受控入口活套的位置正常操作；组点动速度参考，前进或后退；位置调节器的钢带定位速度参考；Vr速度参考用于入口段小直径卷和钢带带头/带尾定位控制时缓慢降速。操作员能够发出停止加速/减速、保持、由任何一步停止/启动、重置等命令。组点动速度参考用于操作员控制穿带/反穿带和所选择传动的组点动。区域点动速度和缓慢降速的速度值可在HMI上预设。入口速度参考是由入口活套小车位置控制系统所控制，利用过程段速度作前馈，改变以达到和保持一个预设的小车位置。有过程处理段和入口段最大速度差的限制功能。正常情况下速度参考用于开卷机、No.1张力辊（主速度）的主传动。在正常运行模式时No.1张力辊运行并且在焊接周期内提供保持钢带在活套入口侧的张力，因5此没有不连续中断的张力从入口端向活套入口传播。此外，速度参考提供给一系列的辅助传动。在穿带和出尾顺控期间，为达到允许No.1和No.2钢带两条走线独立交迭操作的目的，入口主速度分为3个区域。入口区操作模式有：正常运行；装卷；钢带出尾；带头穿带；No.1张力辊后初始穿带（定位）。3.5出口区主速度出口段主速度参考，Vu，用于正常运行、钢带带头/带尾定位和组点动等出口段不同的AC传动控制。一个斜坡发生器用于加速/减速坡度限制。斜坡的实际速度参考是由一个多路选择器在提供的速度参考值中选取：运行模式速度参考，用于受控入口活套的位置正常操作；组点动速度参考，前进或后退；位置调节器的钢带定位速度参考。操作员能够发出的命令、参考内容等与入口段相似。正常情况下速度参考用于开卷机、No.8张力辊（主速度）的主传动。在正常运行模式时No.8张力辊运行并且在剪切周期内提供保持钢带在活套出口侧向后的张力，所以没有不连续中断的张力从出口端向出口活套传播。此外，速度参考提供给一系列的辅助传动。在钢带出尾顺控期间，为达到允许出口剪后独立操作的目的，出口主速度分为2个区域。出口区服从的操作模式：正常运行；钢卷出尾；头尾穿带；No.8张力辊前初始穿带（点动定位）。3.6允许条件和相关的诊断对于线上设备运行，当操作员按下启动按钮时，进行所有启动允许条件的检查（机械和设备准备好启动，机械的限位开关在正确的状态）。在运行期间，设备状态将被连续测试以便生产线满足运行条件。执行与HMI信息相关的诊断系统，允许操作员立即发现丢失的启动和设备运行的准许条件。4钢带张力控制每一段的钢带张力由自动化系统根据从马达转矩估计的张力值进行控制，除炉子段外，从张力辊上张力计测得的张力作为控制回路的一个反馈。有一个表格说明了不同型号（宽度和厚度）产品每段多点的张力值，给出钢带张力的所有设定点，特别是传动之间的值（传动间钢带张力预设值）。张力控制系统执行适当的设置相应传动外围设备力预设值的计算，将其转换为所有马达的转矩，作为马达控制功能的一部分，以便与表中的张力值相匹配。在卷取机和活套马达上应用惯性补偿功能。必要时，由于摩擦力和材质弯曲引起的力矩损失也要考虑进去。钢带张力应用及变化不能突然执行，预设值只能在一定的变化率限制内通过一个适当的斜坡分配。这样避免损坏钢带。炉子区域要看作关键区域并且张力控制要满足特定性能，以避免过热钢带任何变形。5结语：顺控顺行、速度控制和张力控制两种控制模式之间协调作用、活套调节系统运行正常，是钢带在生产线上各个环节稳定正常传输，提高产品的产量和质量，为公司多创效益的保证。