剪切模型在武鋼1580熱軋生產線的運用 熱軋維護車間武鋼1580軋制線，是以取向硅鋼及高牌號無取向硅鋼等為主導產品，其生產規模為280萬t/a。飛剪是軋線的關鍵設備，電氣控制設備及控制軟件由德國阿爾斯通公司提供，機械設備由中國一重設計制造。在生產中，飛剪對年產百萬噸以上的生產廠來說，剪切的長短和精度，成材率是有很大影響的，剪切的形狀對硅鋼在精軋機的穩定軋制是至關重要的，不然極容易廢鋼。一、 飛剪的設備組成及控制圖一：飛剪示意圖橫移車切頭飛剪采用轉鼓整體移出式結構，由一臺2000kW交流電機通過齒式聯軸器與主減速機相連，主減速機輸出端通過鼓形齒聯軸器與下轉鼓相連。上下轉鼓間由同步齒輪相連。當電機轉動時帶動下轉鼓轉動，上轉鼓也同時轉動，由裝在上下轉鼓上的剪刃剪切帶鋼。（見圖一）飛剪的控制內容包括剪切方式、剪切長度、飛剪起動時序、飛剪剪切速度等。剪切方式有切頭，切尾和二分割三種。一般來說，帶坯都要進行切頭，以使頭部整齊，易于精軋機和卷取機咬入，同時，剪切的長短精度要高，以減少帶材的浪費。剪切方式可由計算機決定，也可以由操作人員決定。有關剪切長度，過去一般采用“定長度剪切”，并由操作人員設定切頭、切尾的長度。近年來發展為根據帶坯的不同頭部形狀進行“最佳長度剪切”，以提高成材率。切頭時，飛剪的速度要高于帶坯的高度，切尾時飛剪的速度要低于帶坯的速度。起動飛剪剪切的控制時序為：當帶坯使E輥道上指定HMD ON時，測帶鋼的速度，控制帶鋼的速度已降到與飛剪的速度相適應，經過一定的延遲時間后，起動飛剪切頭。切尾時飛剪的起動則依靠熱金屬檢測器的檢失信號（HMD OFF）工藝控制精度及要求見下表1切頭飛剪剪刃停位精度3以內2切頭飛剪剪切長度精度5mm（最佳化剪切）30mm（無最佳化剪切）3飛剪剪刃一次上機剪切次數10000次4最大剪切能力601430 mm (12.5 m/s) 900碳素鋼、低合金鋼 二、 剪切參數計算假設: 飛剪半徑（帶剪刃） SHR_RADIUS 基本不變重疊量 OVER_LAPPING 基本不變剪切啟動時角度 ALPHA_START 常量板坯厚度 MAT_THICK 變量剪切長度 CUT_LENGTH 變量剪切速度（1+超前量%） CUT_LEAD 變量切頭角校正 COR_CUT_ANG 常量拋鋼角校正 COR_EXIT_ANG 常量我們可以得出： 1飛剪剪刃旋轉周長： CIRCUMF=2*SHR_RADIUS 2COS（剪切角alpha）：用鄰角邊/半徑理論上講：鄰角邊=軋制線-板坯厚度。板坯中心線與上轉鼓中點距離=飛剪半徑-1/2（剪刃重疊量），再減去一半的帶鋼厚度即為鄰角邊長。COS_CUT_a=SHR_RADIUS-0.5(MAT_THICK+OVER_LAPPING)/SHR_RADIUS 3剪切角（弧度）： CT_a_ger=arcCOS(COS_CUT_a) 4拋鋼角（弧度）:剪切角加偏移量2（以轉鼓中心線為起點，逆時針旋轉） CL_a= CT_a_ger+ COR_EXIT_ANG 5切頭角（弧度）：2減去剪切角，加上偏移量1（以轉鼓中心線為起點，逆時針旋轉） CT_a=2- CT_a_ger+ COR_CUT_ANG 6拋鋼位置（與2的比值）： BETA_EXIT= CL_a/2 7.切頭位置（與2的比值）：ALPHA_CUT= CT_a/2 8.剪切點與轉鼓中心線距離，即剪切對角邊長：用三角函數即可DELTA_S=-SIN(CT_a)*SHR_RADIUS 9剪切速度（與板坯速度的比值）：如下圖二，由三角函數易得出：剪刃旋轉方向的線速度=板坯速度/COS(CT_a) 圖二、剪刃線速度矢量示意圖 RU_FACTOR=(1+LEAD%)/COS(CT_a) 10剪切過程剪刃旋轉弧長： RU_DIST_SHR=( ALPHA_CUT- ALPHA_START)*CIRCUMF 11.帶鋼行走距離（剪切過程中）： 理論上講：剪刃線速度從0加到RU_FACTOR斜坡不變，即在此過程中剪刃的平均速度為RU_FACTOR/2。在剪切過程中： MAT_LENGTH/SHR_LENGTH= MAT_SPD/SHR_SPD= 1/( RU_FACTOR/2)=2/ RU_FACTOR.因此在剪切過程中，帶鋼行走距離MAT_LENGTH= 2*RU_DIST_SHR/ RU_FACTOR。RU_MATLENGTH=2* RU_DIST_SHR/ RU_FACTOR 12.飛剪啟動時帶鋼距離：MAT_DIST_START=CUT_LENGTH-RU_MATLENGTH-DELTA_S三、 HMD與飛剪動作指令HMD_E501/502 切頭SHR_WAITSHR_START HMD_E403/404或者HMD_E501/502切尾SHR_WAITSHR_START HMD_E501/502和HMD_2048 切頭SHR_STARTSHR_HEAD_CUT HMD_E501/502和HMD_2048 切尾SHR_STARTSHR_TAIL_CUT 四、 飛剪區域板坯跟蹤飛剪區域以飛剪轉鼓中垂線和軋制線交點為基準“0”，沿軋制線精軋方向為正方向，粗軋方向為負方向。例如：HMD_2048位置坐標為（-7.78m，0）。4.1 切頭時板坯位置跟蹤由于切頭開始由HMD_2048給出指令，所以起始位置為HMD_2048，再對板坯速度積分，注意：切頭加上延遲距離=延遲時間（0.003s）*板坯即時速度HEAD_POS=-HMD_2048_DIST+HMD_DELAY*MAT_SPD+MAT_SPD.(公式1) =-7.78+0.003*MAT_SPD+MAT_SPD 4.2 切尾時板坯位置跟蹤當以上公式1的計算值大于8m時，夾送輥速度積分器把以上HEAD_POS的數據記錄下來HEAD_POS_MEMORY，并開始獨立對夾送輥速度進行積分。MAT_DIST=HEAD_POS_MEMORY+MAT_SPD (公式2) 由于切尾指令由HMD_2048下降沿給出，所以切尾位置就是“帶鋼頭部”位置加上HMD_2048_DIST。切尾減去HMD時間延遲。HEAD_POS=MAT_DIST+ HMD_2048_DIST-MAT_SPD*HMD_DELAY.(公式3)五、 剪切角偏移量計算5.1切頭時剪刃角度偏移量(弧度) 由于剪刃本身有厚度，安裝時上下也不是絕對靠近轉鼓中垂線，所以切頭時存在一個負的偏差量。偏差量由實際測量出。COR_CUT_ANG=arcTAN(-OFFSET/RADIUS) 5.2切尾時剪刃角度偏移量(弧度) COR_EXIT_ANG= arcTANGRIND_RADIUS2-(0.5*MAT_WIDTH)2+OFFSET-GRIND_DADIUS/RADIUS六、 自動模式下的剪切計算圖三、剪切流程示意圖 飛剪在剪切過程中基本上由以上8個基本動作構成(如圖三)，除去我們不用的7-chopping，2-speed_up_man_cut和用于校正飛剪角度的8-calibration_turn，6-triangle可視為3-cut的剪刃速度部分。下面著重分析0-idle，1-speed_up_auto，3-cut，4-positioning四個步驟（見下表）。板坯跟蹤實際位置MAT_DIST_START（見1.12）0-idle1-speed_up_auto S1 剪刃實際位置ALPHA_CUT（見1.7） 1-speed_up_auto3-cut S3 拋鋼時剪刃實際角度BETA_EXIT（見1.6） 3-cut4-positioning S4 板坯跟蹤實際位置MAT_DIST_START（見1.12）4-positioning1-speed_up S1 由于飛剪各個流程的控制實際上是對主電機速度的控制，即飛剪變頻器的速度基準值Wn。飛剪在各個不同的流程計算時，會將特定的速度給定計算激活，下面進行速度給定值的計算分析。注意：以下計算大部分采用比例計算的方式即：實際值/參考值，無實際意義只能說明其與飛剪基準速度Wn的增加，減少，正比和反比關系。給出的基準速度Wn也是比例值。飛剪電機的最大速度為600轉/min，剪刃最大線速度為2.618m/s。即以下計算值如果超出“1”，則“1”位速度給定值。6.1 S1-speed_up過程速度給定值計算： 設：MAT_RUN =(MAT_DIST-REF_DIST_TO_START)/RUN_UP_LENGTH 我們可以看出：當帶頭超過給定起始位置時MAT_DISTDIST_TO_START，MAT_RUN開始大于0，并隨著帶鋼靠近飛剪不斷遞增。即：MAT_RUN與帶頭位置成正比關系。Wn=MAT_SPD*RU_FACTOR* MAT_RUN +MAT_RUN2-(ALPHA_ACT- REF_SHTAR_POSITION)*CIRCUMF/REF_DIST_SHR 我們可以看出： 1.帶鋼速度、帶頭位置與飛剪速度成正比例關系，并隨著帶鋼靠近飛剪不斷遞增。2.飛剪旋轉過程中，剪刃位置與帶頭位置一起控制飛剪的加減速，剪刃旋轉過快時減速，剪刃旋轉速度旋轉過慢時加速，并與帶頭位置相聯系。6.2 S3_cut過程速度給定值計算： 由于cut整個時間比較短，大概在210ms左右。一般來說：在從S1切換到S3過程中，Wn基本保持S1完畢后的速度不變，直到S3完成。6.3 S4_positioning過程速度給定值計算： 定位過程主要分為2步進行，在IBA上可以明顯看到定位過程中的基準速度的變換。1.目標角度和實際角度差大于5.4度時： 假設：alpha_minus=(Alpha_destination-Alpha_act)/1.2，1.2為可調參數。Wn為alpha_minus的平方根。由此我們可以看出當角度值越來越接近給定值時，給出的參考速度不斷變小趨近于“0”。2. 目標角度和實際角度差大于5.4度時： Wn=(Alpha_destination-Alpha_act)*4.944，4.944為可調參數。七、 關于優化剪切和激光測速的投入 7.1優化剪切的控制及設備精確測量帶鋼寬度、速度、頭和尾的形狀，設定帶鋼的頭尾的最佳剪切的長度； 優化剪切投入的基本設備：l R2軋機后測寬儀 1臺l R2軋機后測速儀 1臺l 飛剪前測速儀 1臺飛剪前熱金屬探測器(線掃描) 1臺利用安裝在R2后的測寬儀和測速儀測量出帶鋼的寬度和速度，測速儀內部積分得出帶鋼的長度，并計算出需要剪切的頭部和尾部的長度，通過網絡傳送給軋線控制系統。當帶鋼到達飛剪前時熱金屬探測器探測到帶鋼的頭部，飛剪前測速儀把速度信號送給軋線控制系統來實現帶鋼頭部和尾部的最佳化剪切。7.2關于優化剪切程序的啟動 依次打開30Q1_CPU2_T00_5 SHR SB INPUT如圖四圖四、優化剪切程序段從上面我們可以看出，如果要投入優化剪切只需要將shr.opmode.CropLengthFromKelk Shape置為“1”。但是要注意：1.在剛開始投入時要注意比較從Kelk 讀過來的數據和我們現在使用的剪切長度。例如：切頭時比較shr.kelk.HeadCutLength與70mm的差值，如果差值過大則需要調整kelk的數據。2.在投入優化剪切以后我們可以看到以前的人工干預剪切已經無效，所以需要修改程序，在kelk的數據上加入偏差量即可。將人工干擾參數與優化聯系起來。（優化剪切并不考慮飛剪本身的相關參數，由前面我們可知飛剪模型計算并不是絕對的實際值）。6.3激光測速的投入依次打開30Q1_CPU2_T01_2 SHR FB INPUT 如圖五圖五、激光測速選擇程序段 從上面我們可以看