一种热轧飞剪头尾剪切起始位置的动态控制方法与流程

本发明涉及热轧机钢坯飞剪的控制，尤其涉及一种专门适用于热轧机飞剪的初始剪切位置控制的方法。

背景技术：

在热轧生产工艺中，钢坯经过粗轧机轧制后的中间坯头尾存在不规则形状，因此在热连轧机组轧制前，必须对带钢头尾不规则的部分进行剪切。当剪切量过少，会使带坯头尾形状不佳，造成带坯进入轧机引起轧辊与带钢表面的不均匀接触，影响轧制稳定性；剪切量过多，则会将正常带坯剪切掉，造成剪切浪费，降低成材率。

在实际的剪切过程中，对于带钢实际位置的确定直接关系到飞剪剪切的控制，由于在飞剪的剪切过程中，飞剪的剪切位置(剪切时刻点)相对固定，所以，如何确定飞剪起始剪切点就显得较为重要。对于飞剪起始剪切点的控制，现有的热连轧产线上通常是通过飞剪前热金属检测器hmd1的物理位置进行检测，参见图1。例如，中国实用新型专利“倍尺飞剪”(实用新型专利号：zl200820073677.8授权公告号：cn201143572y)公开了一种倍尺飞剪，其电控单元的plc分别接收成品轧机编码器、热金属检测器和接近开关的信号，并与人机接口单元进行相互通信，调速单元接收电控单元plc中的控制信号并与直流电机相连接，直流电机依次连接飞剪本体和飞剪剪头，飞剪剪头的前端依次设置有热金属检测器，该技术方案就是利用热金属检测器检测工件的头部，当工件头部到达热金属检测器时，编码器计数，倍尺剪机在得到上游方向热金属检测器的轧件头尾信号时，按预定剪切长度要求启动剪刀。可以看出，根据现有的技术方案，当该传感器的检测精度发生变化时(损坏或老化后)，就造成带钢头尾跟踪位置出现偏差，从而对飞剪起始剪切点的控制造成影响。由于飞剪装置为热连轧产线在线装置，要对带钢头尾跟踪位置的偏差进行测量校正，势必需要停机进行处理，从而影响整个热轧的生产组织。

中国发明专利“冷轧带钢分切飞剪剪刃初始间隙标定装置及其标定方法”(发明专利号：zl200710158463.0授权公告号：cn101162138b)公开了一种冷轧带钢分切飞剪剪刃初始间隙标定装置及其标定方法，标定装置由标定板和百分表组成，标定板是一块平面上开有贯通圆孔的平板，平板的侧面设有锁紧螺钉，百分表的测试杆装于标定板的贯通圆孔内。该技术方案只是为了对飞剪剪刃的初始间隙进行标定，对解决带钢头尾跟踪位置偏差造成飞剪起始剪切点控制偏差的问题没有任何技术启示。

技术实现要素：

本发明的目的是利用热连轧产线精轧入口区域对于带钢头尾位置检测区域控制，结合带钢头尾位置跟踪行程窗设置，采用动态剪切起始位置切换控制的方法，实现对带钢起始剪切位置控制点的动态控制。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种热轧飞剪头尾剪切起始位置的动态控制方法，其特征在于包括以下步骤：

s10：根据热轧产线的带钢位置检测装置配置确定位置跟踪检测的范围；

s20：根据位置跟踪检测范围内的各带钢位置检测装置的状态，选择至少一个与飞剪启动点位置不同的带钢位置检测装置，确定为动态检测点；

s30：计算各动态检测点到飞剪启动点的距离；

s40：根据带钢位置检测装置的特性及被检测物特性，确定跟踪行程窗的宽度；

s50：根据上级过程控制机下发的辊道速度和带钢到达动态检测点的运行时间，计算带钢基础位移量；然后利用速度传感器反馈的实际辊道运行速度，计算得到带钢在辊道上运行时的检测反馈位移量并确定带钢基础位移量修正值α；利用跟踪行程窗排除无效数据后，对带钢基础位移量进行修正，确定带钢的实际运行位置；

s60：根据公式lhe＝vstrip×tscant+kα确定带钢的计算剪切长度，其中，lhe为带钢的计算剪切长度，其值等于带钢前进到剪切点时从带钢的头部到飞剪启动点的距离，vstrip为带钢沿辊道的实际运行速度，根据实测辊道速度确定，单位为m/s；tscant为带钢到达飞剪启动点的累计运行时间，单位为s；kα为剪切补偿值，α为步骤s50确定的带钢基础位移量修正值，k为根据现场经验确定的偏差系数，0＜k＜1；

s70：比较带钢的计算剪切长度与带钢剪切长度设定值，若lhe≥lset+kα，转步骤s80启动飞剪，否则，返回步骤s50继续累积计算，其中，lset为上级过程控制机或人工操作设定的带钢剪切长度；

s80：启动飞剪执行带钢剪切。

本发明的热轧飞剪头尾剪切起始位置的动态控制方法的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的步骤s50包括以下步骤：

s51：根据辊道速度和带钢到达动态检测点的运行时间，依据公式l＝vtn计算带钢基础位移量，其中，l是带钢基础位移量，单位为m；v是上级过程控制机下发的辊道速度，单位为m/s；tn是自带钢在上工序最后道次抛钢作为起始点，至带钢到达动态检测点的累计运行时间，单位为s；

s52：根据实际辊道运行速度和实际辊道运行时间，依据公式l'＝v'tn'计算带钢的检测反馈位移量，其中，l'是带钢检测反馈位移量，单位为m；v'是速度传感器反馈的实际辊道运行速度，单位为m/s；tn'是带钢在上工序最后道次抛钢作为起始点累计的带钢在输送辊道上运行的时间，单位为s；

s53：依据公式α＝l-l'计算带钢的基础位移量修正值，其中，α是带钢的基础位移量修正值，单位为m；l是带钢基础位移量，单位m；l'是带钢检测反馈位移量，单位为m；若带钢检测反馈位移量落入某一带钢位置检测装置的跟踪行程窗内，则使用该带钢位置检测装置的物理距离对带钢基础位移量进行修正，若带钢检测反馈位移量处于跟踪行程窗以外的位置，则不对带钢检测反馈位移量数据做任何修正，直接使用带钢检测反馈位移量作为带钢位置数据。

本发明的热轧飞剪头尾剪切起始位置的动态控制方法的一种更好的技术方案，其特征在于所述的步骤s53按照以下步骤对带钢基础位移量进行修正：

s531：沿带钢输送方向选择一组带钢位置检测装置作为动态检测点，计算带钢基础位移量累计起始点至各个动态检测点的实际物理距离，得到一组检测点位移量，作为带钢基础位移量l的初始值；

s532：当依次接收到各动态检测点发出的位置信号时，使用辊道速度和传输时间推算得到一组对应于每个动态检测点位置信号的推算位置点，以及对应的带钢检测反馈位移量l'；

s533：针对每一个推算位置点，依据公式α＝l-l'计算带钢的基础位移量修正值；根据推算位置点与对应动态检测点的跟踪行程窗的位置关系，对带钢基础位移量l进行修正；若0<α<β，则执行接近修正；若α＝0，则执行积分等待操作；若-β<α<0，则执行超调修正；否则，α>β，推算位置点位于跟踪行程窗之外，放弃检测点位移量，直接用带钢检测反馈位移量替代原来的带钢基础位移量l，其中，α是以当前检测点位移量作为带钢基础位移量l计算得出的带钢基础位移量修正值，β是当前动态检测点设定的跟踪行程窗宽度。

本发明的有益效果是：

1、本发明的热轧飞剪头尾剪切起始位置的动态控制方法，利用热连轧产线精轧入口区域对于带钢头尾位置检测区域控制，结合带钢头尾位置跟踪行程窗设置，通过对带钢基础位移量的修正，动态切换位置跟踪积算的起始点，实现对带钢起始剪切位置控制点的动态控制。

2、本发明的热轧飞剪头尾剪切起始位置的动态控制方法，可以在排除跟踪行程窗之外的无效数据后，通过将带钢基础位移量与检测反馈位移量比较获取带钢基础位移量修正值，对带钢实际位移位置进行修正，使位置跟踪数据更符合现场实际位置控制的精度要求。

3、本发明的热轧飞剪头尾剪切起始位置的动态控制方法，利用控制软件的跟踪行程窗设置和现有热轧产线的带钢位置检测装置实现热轧飞剪头尾剪切起始位置的动态控制，可以在不增加设备投资的条件下，提高飞剪控制的位置跟踪精度，能够在保证成品质量的同时减少头尾剪切损耗，降低工艺质量波动性，减少剪切浪费，提高成材率。

附图说明

图1是典型的热轧精轧飞剪区域设备配置图；

图2是采用本发明之热轧飞剪头尾剪切起始位置的动态控制方法的热轧产线配置图；

图3是基于带钢头尾位置跟踪行程窗对带钢基础位移量进行修正的示意图；

图4是本发明的热轧飞剪头尾剪切起始位置的动态控制方法流程图。

图中各部件的附图标记为：4001～4006-热金属检测器(hotmaterialdetector，缩写为hmd),4107-飞剪启动点hmd，4121-立辊hmd，eh-边部加热器，bh-中间坯加热器。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。

本发明的热轧飞剪头尾剪切起始位置的动态控制方法的一个实施例如图3所示，包括以下步骤：

s10：根据热轧产线的带钢位置检测装置配置确定位置跟踪检测的范围；图2是采用本发明之热轧飞剪头尾剪切起始位置的动态控制方法的一个实施例的热轧产线配置图，在该实例中，所述的带钢位置检测装置包括沿板坯输送方向配置的若干热金属检测器4001～4006，以及飞剪启动点热金属检测器4107和立辊热金属检测器4121；位置检测范围确定在hmd4002-4306之间。

s20：根据位置跟踪检测范围内的各带钢位置检测装置的状态，选择至少一个与飞剪启动点位置不同的带钢位置检测装置，确定为动态检测点；在本实施例中，选择与飞剪启动点hmd4107不同的检测位置hmd4005作为动态检测点。

s30：计算各动态检测点到飞剪启动点的距离；本步骤根据步骤s20所选择的动态检测点，计算动态检测点到飞剪启动点hmd4107的垂直位置距离。

s40：根据带钢位置检测装置的特性及被检测物特性，确定跟踪行程窗的宽度；

s50：根据上级过程控制机下发的辊道速度和带钢到达动态检测点的运行时间，计算带钢基础位移量；然后利用速度传感器反馈的实际辊道运行速度，计算得到带钢在辊道上运行时的检测反馈位移量并确定带钢基础位移量修正值α；利用跟踪行程窗排除无效数据后，对带钢基础位移量进行修正，确定带钢的实际运行位置；

s60：根据公式lhe＝vstrip×tscant+kα确定带钢的计算剪切长度，其中，lhe为带钢的计算剪切长度，其值等于带钢前进到剪切点时从带钢的头部到飞剪启动点的距离，vstrip为带钢沿辊道的实际运行速度，根据实测辊道速度确定，单位为m/s；tscant为带钢到达飞剪启动点的累计运行时间，单位为s，累计运行时间从带钢在上工序最后道次抛钢作为起始点开始累计；kα为剪切补偿值，α为步骤s50确定的带钢基础位移量修正值，k为根据现场经验确定的偏差系数，0＜k＜1；在本实施例中，k＝0.5；本步骤根据带钢的运行速度和运行时间，结合带钢基础位移量修正值确定带钢的计算剪切长度lhe。

s70：比较带钢的计算剪切长度与带钢剪切长度设定值，若lhe≥lset+kα，转步骤s80启动飞剪，否则，返回步骤s50继续累积计算，其中，lset为上级过程控制机或人工操作设定的带钢剪切长度设定值；

s80：启动飞剪执行带钢剪切。

根据图4所示的本发明的热轧飞剪头尾剪切起始位置的动态控制方法的实施例，所述的步骤s50包括以下步骤：

s51：根据辊道速度和带钢到达动态检测点的运行时间，依据公式l＝vtn计算带钢基础位移量，其中，l是带钢基础位移量，单位为m；v是上级过程控制机下发的辊道速度，单位为m/s；tn是自带钢在上工序最后道次抛钢作为起始点，至带钢到达动态检测点的累计运行时间，单位为s；

s52：根据实际辊道运行速度和实际辊道运行时间，依据公式l'＝v'tn'计算带钢的检测反馈位移量，其中，l'是带钢检测反馈位移量，单位为m；v'是速度传感器反馈的实际辊道运行速度，单位为m/s；tn'是带钢在上工序最后道次抛钢作为起始点累计的带钢在输送辊道上运行的时间，单位为s；

s53：依据公式α＝l-l'计算带钢的基础位移量修正值，其中，α是带钢的基础位移量修正值，单位为m；l是带钢基础位移量，单位m；l'是带钢检测反馈位移量，单位为m；若带钢检测反馈位移量落入某一带钢位置检测装置的跟踪行程窗内，则使用该带钢位置检测装置的物理距离对带钢基础位移量进行修正，若带钢检测反馈位移量处于跟踪行程窗以外的位置，则不对带钢检测反馈位移量数据做任何修正，直接使用带钢检测反馈位移量作为带钢位置数据。

根据本发明的热轧飞剪头尾剪切起始位置的动态控制方法的优选实施例，所述的步骤s53按照以下步骤对带钢基础位移量进行修正：

s531：沿带钢输送方向选择一组带钢位置检测装置作为动态检测点，计算带钢基础位移量累计起始点至各个动态检测点的实际物理距离，得到一组检测点位移量，作为带钢基础位移量l的初始值，参见图3所示的实施例；在该实施例中，选择光电管传感器a、矫直机矫直辊中心点、光电管传感器b和光电管传感器c作为动态检测点；以r2轧辊中心点作为带钢基础位移量的累计起始点，至输送辊道上与各动态检测点对应的物理位置x、y、m和c，得到检测点位移量la、lj、lb和lc；其中la为r2轧辊中心点到光电管传感器a的实际物理距离，lj为r2轧辊中心点到矫直机矫直辊中心点的实际物理距离，lb为r2轧辊中心点到光电管传感器b的实际物理距离，lc为r2轧辊中心点到光电管传感器c的实际物理距离；

s532：当依次接收到各动态检测点发出的位置信号时，使用辊道速度和传输时间推算得到一组对应于每个动态检测点位置信号的推算位置点，以及对应的带钢检测反馈位移量l'；在图3所示的实施例中，所述的推算位置点为x1、y1、m1和z，与各推算位置点对应的带钢检测反馈位移量l'分别为lx1、ly1、lm1和lz。

s533：针对每一个推算位置点，依据公式α＝l-l'计算带钢的基础位移量修正值；根据推算位置点与对应动态检测点的跟踪行程窗的位置关系，对带钢基础位移量l进行修正；若0<α<β，则执行接近修正；若α＝0，则执行积分等待操作；若-β<α<0，则执行超调修正；否则，α>β，推算位置点位于跟踪行程窗之外，放弃检测点位移量，直接用带钢检测反馈位移量替代原来的带钢基础位移量l，其中，α是以当前检测点位移量作为带钢基础位移量l计算得出的带钢基础位移量修正值，β是当前动态检测点设定的跟踪行程窗宽度，本实施例中取值1m。

以下以图3所示的实施例为例对带钢基础位移量的修正过程加以说明：

1、当带钢到达光电管传感器a时，接收到光电管传感器a为“1”的上升沿信号作为位置信号，此时，0<la-lx1<β，即0<α<β，执行接近修正，将带钢检测反馈位移量lx1修正为对应该动态检测点的位移量la，使修正后的带钢基础位移量l＝la。在图3中，由辊道速度和时间计算的位置曲线x1点的检测反馈位移量计算值lx1，进入光电管传感器a处所开设的跟踪行程窗内(图中阴影部分)，如果此时光电传感器信号检测正常，收到左边纵坐标的传感器a信号，保持光电管传感器a对应的物理位置x点的位移量数据la作为真正的带钢跟踪数据。

2、继续自x点按照辊道速度和时间计算的位置跟踪数据，一旦推算得到的y1点的带钢检测反馈位移量ly1到达实际矫直机在轧线的物理安装点y的位移量lj，且位于矫直机受载点开设的跟踪行程窗内(图中阴影部分)，此时，lj-ly1＝0，也就是α＝0，执行积分等待操作，程序暂停带钢基础位移量l的累加计算，等待矫直机受载信号产生；当带钢到达矫直机时，接收到矫直机受载的上升沿信号作为位置信号，则不管跟踪数据ly1是多少，都将ly1修正为lj作为带钢跟踪数据，使修正后的带钢基础位移量l＝ly1＝lj，继续重新开始累加计算跟踪数据。

3、继续自y点按照辊道速度和时间计算的位置跟踪数据，当位置曲线上m1点的检测反馈位移量计算值lm1大于光电管传感器b确定的实际物理值lb，并且大于量在光电管传感器b处所开设的跟踪行程窗内(图中阴影部分)；当带钢到达光电管传感器b时，接收到光电管传感器b为“1”的上升沿信号作为位置信号，此时，-β<lb-lm1<0，即-β<α<0，执行超调修正，强制将带钢检测反馈位移量lm1修正为检测点位移量lb，使修正后的带钢基础位移量l＝lb。

4、继续自m点按照辊道速度和时间计算的位置跟踪数据，当接收到光电管传感器c发出的位置信号时，lc-lz>β，此时，α>β，表明使用辊道速度和传输时间计算得到的位置点z，处于光电管传感器c设定的跟踪行程窗以外的位置，则放弃使用检测点位移量lc修正带钢基础位移量，直接用带钢检测反馈位移量lz替代原来的带钢基础位移量l，使修正后的带钢基础位移量l＝lz。

实施例：

步骤s10：将位置检测范围确定在hmd4002-4306之间；

步骤s20：选择hmd4005作为动态检测点；

步骤s30：本实施例中，动态检测点hmd4005到飞剪飞剪启动点hmd4107的距离为13.3m；

步骤s40：在图2所示的实施例中，热轧产线采用光电管传感器作为热金属检测器(hmd)对温度在1000℃以上的热带钢进行位置检测，按照光电管传感器和热带钢的特性，将跟踪行程窗的范围为±1m，即β＝1m；

步骤s50：按照以下步骤确定带钢的实际运行位置：

步骤s51：在本实施例中，上级过程控制机下发的辊道速度v＝5.5m/s，tn是以粗轧工序r2轧辊第五道次的抛钢信号作为起始点开始计时，直到带钢到达动态检测点的运行时间的累计值，tn＝19s；带钢基础位移量l为r2轧辊中心线到hmd4005之间的距离，l＝vtn＝5.5m/s×19s＝104.5m；

步骤s52：带钢检测反馈位移量l'＝v'×t'＝5.49×19＝104.3m；

步骤s53：基础位移量修正值α＝l-l'＝104.3m-104.5m＝-0.2m；此时，-β<α<0，在hmd4005光电管触发信号为“1”的上升沿时，将l'值由104.3修正为104.5；

步骤s60：在本实施例中，k＝0.5，步骤s53计算得到的基础位移量修正值α＝-0.2m，也就是200mm；因此，带钢的计算剪切长度lhe＝vstrip×tscant-100mm；

步骤s70：在本实施例中，根据上级过程控制机l2下发的数据，本块带钢的飞剪头部需要切掉280mm，即lset＝280mm，剪切补偿值lcom＝kα＝-100mm；因此，判断条件为lhe≥280-100，即，lhe≥180，也就是说，只要跟踪模型计算得到的计算剪切长度大于等于180mm，就转到步骤s80，启动飞剪执行带钢剪切。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。