热轧切头飞剪异常剪切的原因分析及治理.pdfVIP

2 0 1 4年 8月 第 3 1卷 第 4期 Au g 2 01 4 Vo 1 31 No 4 轧 钢 STEEL R0LLI NG 革新与 交流 d o i： 1 0 1 3 2 2 8 J b o y u a n i s s n l 0 0 3 9 9 9 6 2 0 1 3 0 2 1 4 热轧切 头飞剪异 常剪切 的原 因分析及治理 陈 刚，万险峰 ，刘 洋 ，夏江涛 ，李 华 ( 武钢研究院 ， 湖北武汉4 3 0 0 8 0 ) 摘要 ： 通过对某热 轧生产线切头剪异常剪切 的原 因分 析 ， 得 出其 主要是 由现场测量信号异常引起 的， 通过采 用不 同的、 更稳定 的信 号及时替代现有信号 ， 降低 了因信号 异常导致 的异常剪 切 ， 有 效控制 了故障时 间 ， 提 高 了成材 率和产量 。 关键 词 ： 飞剪控制 ； 异常剪切 ； 测量信号 文 献标 志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 3 9 9 9 6 ( 2 0 1 4 ) 0 4 0 0 8 3 0 3 Ca u s e a n a l y s is a nd co u nt e r me a s u r e s o f a b no r ma l s he a r ing in ho t r o l l ing l i ne CHEN Ga n g，W AN Xia n f e n g，LI U Ya n g，XI A J ia n g t a o，LI Hu a ( Re s e a r ch a n d De v e l o p me n t Ce n t e r o f W I S CO ，W u h a n 4 3 0 0 8 0，Ch in a ) Ab s t r a ct ：Th e ca u s e s o f a b n o r ma l s h e a r in g in h o t r o l l in g l in e we r e a n a l y s e d Th e ma in r e a s o n wa s t h e me a s u r in g s ig n a l a b no r ma 1 S ome co u nt e r me a s u r e s of s h e a r in g s i gn a l op t imiz a t io n we r e a d o p t e d， a nd g o o d e f f e ct wa s o bt a in e d Ke y wo r d s ：f l y in g s h e a r co n t r o l ；a b n o r ma l s h e a r in g；s ig n a l 1 引 言 飞剪是热连轧生产线上的关键设备之一 ， 用 于剪切粗轧后带坯的头部和尾部的低温及不规则 部 分 ， 防止 精轧 过程 中的卡 钢事 故 ， 减少 不规 则部 分 对轧 辊 的 冲击 。同 时 ， 实 现 精 确剪 切 可 以有 效 提高产品成材率 ， 其工作的稳 定性 和剪切 的精度 关系到轧辊 的更 换周期 、 轧制的节奏以及生产成 本的控制 ， 并对产品的质量和成材率有很大影响。 某厂热轧生产线 自投产 以来 ， 精轧机前 的飞 剪在切头 、 切尾时会 出现剪切异常 ， 其切废损失 占 整个流程中损耗 的 L 5 以上。剪切异常主要体 现在切不到头 尾 、 切小头 尾甚至不切头 尾 ， 这 样带头 尾进入精轧机后非常容 易造成断辊等严 重 事故 ； 还 会发 生 切大 头 尾 ， 造 成大 量切 废 ， 对产 品成材率影 响巨大 。经测算 ， 如果能够 降低异 常 剪 切频 次 5 O ， 减 少 切损 3 ， 全 年 即可创 直 接经 济 效益 6 0 0万 元 以上 。 2飞剪剪切过程 中的 3个关键控 制点 控 制 飞剪 实现 一个 完 整 的剪 切 过程 必须 精确 地完成 3个关键 的控制功 能： 带钢 端部跟 踪 计 算 、 带 钢 速 度 跟 踪 控 制 和 剪 刃 位 置 跟 踪 控 制 卜 。下面参照 图 1对 飞剪切头 尾作业 的整 个过 程进 行说 明 。 激光测速仪 、 4 由 固 量 。 。 P G 图 1 飞 剪控 制的相关设备布置图 Fig 1 La y o ut o f t h e f l y ing s h e a r z o ne 2 1 带钢 端 部跟踪 计算 作 为剪 切控 制 的 基 础 ， 飞 剪 运 动控 制单 元 必 须准确跟踪 、 计算带钢端部位置， 以确定飞剪何时 完成 规定 动 作 ， 确 保 在 设 定 的长 度 ( 距 离 带 钢 端 部) 上切人带钢并随之一块运动， 直到切断带钢。 2 2带钢 速度跟 踪 控 制 为保证剪刃按时接触到带钢 ， 其沿轧制方 向 的分速度必须与带钢速度保持一致 ， 直到切断带 钢 ， 最后 离 开接 触 ， 这 就 需 要 在 带 钢 端 部 跟 踪 计 算的基础上实现带钢速度跟踪 控制 。本曲柄鼓 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 9 0 6 作者简介 ： 陈 刚( 1 9 7 8 一 ) ， 男( 汉族) ， 湖北黄 陂人 ， 工程 师。 8 4 轧 钢 2 0 1 4年 8月出版 式 飞剪 。剪 刃在 剪 切 过 程 中的 空 间轨 迹 为 圆形 ， 可 以用 图 2表示 。 起始位置 一f ( 2 7 0 。 ) l 图 2剪刃运行轨迹 图 Fig 2 Run nin g t r a ck o f t he s h e a r b l a d e 速度跟 踪 可表示 为 ： V 一 k ( 2 L 一 LR 2 + r s in a ) 2 L。 VL C O S o 式中： V 为飞剪的设定速度 ， m s ； k为超前或滞后 系数 ； r为 剪 刃运 行 轨迹 的半 径 ， mm； a为 根 据带 钢厚度计算的切入角 ， ( 。 ) ； L。 为在该 阶段 内剪刃 走过 的圆周上 的长度 ， mm； L 为剪切 点距 离 飞剪 中心 线 的距离 ， mm。 根据 剪刃 与带 钢 的位置 关系 将运 行轨 迹分 为 4个 阶段 ： ( 1 ) P OS 1 ： 从 起始 位 置 到接 触 带 钢 ， 对应 图 2 中启 始 位置 至 AX。该 阶段 内的首 要 控 制 目标 是 根 据带 钢端 部位 置 控 制 剪 刃 位 置 ， 这决 定 了剪 切 长 度 的准确 性 。但 同时 系统又要 求 在该 阶段 的末 端( AX) 剪刃 的水平分速度要 与带钢相等 ， 因此 又提 出 了速 度控 制 目标 根 据带 钢端 部位 置设 定 目标速度 。 ( 2 ) P OS 2 ： 从接 触 带 钢 到切 断 带钢 ， 对 应 图 2 中 Ax 至 O 0 位 置 。 因为 剪 刃 已经 接触 带钢 ， 且实 际剪 切长 度 已定 ， 因此 在该 阶段 内唯 一 的 控 制 目 标是 剪 刃速度 跟 随带钢 。 ( 3 ) P OS 3 ： 从 切断 带 钢 到离 开 接触 ， 对 应 图 2 中 O O位 置 至 Ay 。 同样 在 该 阶段 内 剪 刃 虽 然 已 经剪断带钢， 但还 与带钢接触 ， 因此 ， 本 阶段的控 制 目标仍为速度跟随。 ( 4 ) P OS 4 ： 从离 开 接触 到 回到起 始位 置 ， 对应 图 2中 Ay至 起 始 位 置 。该 阶 段 是 一 段 减 速 过 程 ， 只有 位置控 制 ， 目标 是让 剪刃 停在 起始 位置 。 2 3位 置控 制 位置控制的计算公式为： P 一 2 7 0 。 一 ( 2 L 一 LR 2 + r X s in a ) (2 7 0 。 一 a ) 2 L 式 中 ： P为 剪刃 目标 位置 。 在 P OS 1阶段 ， 最 终 控 制 目标 是 根 据 端 部 位 置控制剪刃位置 ， 位置控制可以弥补 飞剪速度在 跟随带钢的实际速度变化时其最终位置的不可预 见性 ， 因此这 一 阶段既 有速 度控 制又 有位 置控 制 。 但这 两 者并 不 矛 盾 ， 最终 目标 也 是 一 致 的一 在 设 定 的剪 切位 置上 以与带 钢 同步 的速 度 ( 水平 方 向 上) 切入带钢 ， 保证 了飞剪能够在速度波动时也能 够 连贯 地完 成剪 切过 程 。 在 P OS 2和 P O S 3阶段 ， 位置控制器切除 ， 剪 刃只 有速度 控 制 。 在 P O S 4阶段 ， 如前 所述 ， 为位 置控制 ， 速 度控 制器的输出始终为零 ， 位置控制的设定值为 2 7 0 。 。 以上 3 个 控 制环 节 精 确 配 合 ， 共 同完 成 剪 切 过程 。系统框 图如 图 3所示 。 剪切长度 角范 围 超速因素 实际速度 参考值 竺 昭 9 1 l控 制 部 分 参考值 剪刃 剪刃 实际 实际 位置 速度 驱动 转换器 图 3飞 剪 控 制 系统 框 圈 Fig 3 Co nt r o l s y s t e m d ia g r a m of t h e f l y ing s he a r 3 典型异常剪切 的原 因分析 只有 以上 3个 环节 的精确 配合才 能实现 飞 剪 的准 确 剪 切 。而 在 生 产 实 践 中 ， 由 于 受 现 场 冷却 或 除鳞 水雾 、 轧 钢 震动 、 电磁 干 扰 等 的影 响 ， 剪切异常绝 大部 分发 生在 因现 场信 号异 常 导 致 的带 钢 端 部 计 算 不 准 的 情 况 下 ， 具 体 有 以 下 3种情 形 。 3 1 激 光测 速仪 测量 异常 由于受现场工况条件不佳 ， 或水雾等的影响 ， 导致信号不正常 ， 或激光测速仪 自身故 障而造成 剪切异常 。图 4中， 激光测速仪在剪切区域 内有 带 钢 时 ， 速度 等 于恒 值 ， 或 突然 掉 为零 ， 实 际 生产 中发生的不切头故障多由此造成 。 3 2测 速 辊反馈 测 量速 度异 常 由于现场辊道振动及水雾影 响， 导致测 量信 号异常， 用于带钢尾部长度计算 和速度跟踪 的除 第 3 1卷 第 4期 陈 刚等 ： 热轧切头 飞剪 异常剪切的原因分析及治理 8 5 05： 4 ： OU 05： 43： 30 05： 44： L 05： 44： j0 05： 4，： 00 05： 4，： 30 0 5： 4 56： O0 05： 46： 3 0 u，： 4， ： O0 时间， s 1 一板坯速度曲线 ； 2 一切头释放； 3 一切尾 释放； 4 一C S段 热感应器 1 ； 5 C S段热感 应器 2 ； 6 一头部 控制运行 ； 7 尾部控制运行 。 图 4激光 测速 仪信 号异常 Fig 4 Abn o r ma l s ig na l o f t he l a s e r s p e e do me t e r 鳞后夹送辊编码器的反馈值波形 的毛刺很多， 速 度值波动较大 。波形的恶化进一步导致尾部长度 计算不准、 切尾异常 。其异常情况如图 5 所示。 O O O O 1 一切 头释放 ； 2 一切尾释放 ； 3 一C S段 热感应器 1 ； 4 一头部控制运行 ； 5 一尾部控制运行 ； 6 一C S窗 口切尾 ； 7 一cs段速度参考值 ； 8 C S段速度实 际值 。 图 5 测 速辊 编码器信号异常 Fig 5 Abn or ma l s ig na l o f t h e s pe e do me t e r e ncod e r 3 3 热 金属 检测 仪 F Z 信号 异 常 如图 6 所示 ， F Z 和激光测速仪几乎 同时接 通 ， 随后又有不接通的现象 。这是提前误接通， 导 致了随后飞剪 的提前 动作 ， 没切到头。从和 F Z z 处于同一位置的测温元件的监测值来看 ， 显然这 是由于提前到来的热场导致的。 4 综合治 理措施 为解决上述问题 ， 提高剪切精度 ， 必须选择更 可靠的备用信号， 在主信号异常时进行快速切换 。 ( 1 ) 切头时 ， 将异常激光测速仪 自动切换到辊 道 速 度 。 切头使用的激光测速仪测取的带钢实际速度 ， 1 一C S段 速度参考值 ； 2 CS段速度参考值 ； 3 一切尾释放 ； 4 一切头释放 ； 5 C S段 热感应 器 1 ； 6 一C S段热感 应器 2 ； 7 头部控制运行 ； 8 一C S窗 口切尾 ； 9 一硬件读取的 激光测速仪 ； 1 0 一剪切前板坯温度 。 图 6 F Z 信 号 异 常 Fig 6 Abn o r ma l s ig na l o f t he FZ2 在不考虑打滑 的情况下， 可以使用辊道速度替代。 实践证明， 该替代信号的准确度足 以保证剪切完 成 ， 且 相差不会 太大 。利用 激光测速 与辊 道速 度 的 逻辑判断， 使得在激光测速仪信号异常的情况下系 统 能够 自动切 换 到辊 道 速度 。该 项措 施 主要 通 过 在 飞剪 的 T D C控制 器 内编程 完成 ， 通 过 安排 合 适 的程序时