CN101362154A - 一种板带轧制中测量料卷卷径、带宽的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种板带轧制中测量料卷卷径、带宽的装置及其方法，属于板带轧制自动控制技术领域，包括小车、卷径激光测量仪、线型传感器、小车位置激光测量仪，其中小车位置激光测量仪通过DP网线分别与PLC的CPU通讯模块和ET200M远程I/O的通讯模块相连且安装在地沟最末端，线型传感器一端安装在小车的支架上，并通过带屏蔽的双绞线连接到ET200M远程I/O通讯模块上，传感器上方安装料卷卷筒，并将待测料卷放在卷筒上，卷筒上方安装卷径激光测量仪，测量仪通过带屏蔽的双绞线与ET200M远程I/O通讯模块相连，且该装置可以直接将测量数据发给原装载系统，从而控制上料的自动装载；其方法包括数据采集、计算料卷卷径带宽和应用编程控制上料装载。

Description

一种板带轧制中测量料卷卷径、带宽的装置及其方法

技术领域

本发明属于板带轧制自动控制技术领域，特别涉及一种板带轧制中测量料卷卷径、带宽的装置及其方法。

背景技术

板带冷轧的来料多为卷心中空(有的带有套筒)的料卷。在穿带之前，需要把料卷套在开卷轴上，因此必须控制上料设备对料卷的高度以及水平位置进行调整。在早期的轧制过程中，由操作员手动控制上料设备，调整料卷的位置。因此在上料卷时就必须有专人进行观察，这样既浪费人力又影响工作效率。随着现代工业的发展，出现了各种用来测量料卷的卷径、带宽以及定位料卷的方法。上料设备一般是料卷小车，比较常用的方法是用编码器记录小车的行程以及小车支架的垂直高度，在上料过程中用光栅判断料卷卷心的位置。使用编码器的缺点是小车运动中容易打滑使得位置出现偏移，并且需要每次都在固定点复位；光栅定位精确度不高而且需要小车支架升降两次才能判断料卷位置。

发明内容

针对现有的料卷卷径、带宽测量及上料控制技术中存在的不足，本发明提供一种板带轧制中测量料卷卷径、带宽的装置及其方法。

本发明的一种板带轧制中测量料卷卷径、带宽的装置，包括小车、卷径与带宽激光测量仪、线型传感器、小车水平位置激光测量仪，其中小车水平位置激光测量仪通过DP网线分别与PLC的CPU通讯模块和ET200M远程I/O的IM通讯模块相连且安装在地沟最末端，线型传感器一端安装在小车的支架上，并通过带屏蔽的双绞线连接到ET200M远程I/O的AI接口模块上，传感器上端安装料卷套筒，并将待测料卷放在套筒上，套筒上方安装卷径激光测量仪，测量仪通过带屏蔽的双绞线与ET200M远程I/O的AI接口模块相连。

使用本发明的板带轧制中测量料卷卷径、带宽的装置，在测量卷径和带宽之前，将测量小车水平位置的激光测量仪安装在小车行进的地沟最末端，能够直接将激光打在小车支架的位置；测量小车支架的垂直位置的线性传感器直接安装在小车支架上，并卷筒上方安装一个由上向下测量小车上料卷高度的激光测量仪。

使用本发明的装置测量料卷卷径、带宽的方法，包括以下步骤：

步骤一 确定现场固定参数(如图2所示)：

1)A₁：开卷轴到地沟底面(也可以取另外一个平面为基准平面)的距离；

2)A₂：垂直激光测量仪到轧制中线的水平距离；

3)A₃：小车支架在最低位时托盘支辊轴心到地沟底面的距离；

4)A₄：托盘支辊半径；

5)A₅：垂直激光测量仪到地沟底面的距离；

6)A₆：托盘上两个支辊辊心的距离。

步骤二 将小车定位到垂直测量仪下，并在此过程中记录下垂直激光测量仪读数D发生跳变时(跳变值根据现场实际情况设定，跳变表明料卷或套筒进入了测量位置)小车的水平位置读数Xn(其中n＝1、2、3…)，根据此时的垂直测量仪读数D，小车支架读数Z，料卷眼位当前高度与开卷轴轴线高度差ΔZ，以及固定参数A₁、A₂、A₃、A₄、A₅、A₆计算料卷卷径Φ和料卷卷心对准开卷轴时小车支架应有的读数Z′，并调整支架高度使料卷卷心对齐开卷轴。其中计算公式(如图3所示)为：

${(A_4+\frac{\mathrm{\Φ}}{2})}^2={\left(\frac{A_6}{2}\right)}^2+{(A_5-Z-A_3-D-\frac{\mathrm{\Φ}}{2})}^2$

料卷卷径Φ： $\mathrm{\Φ}=\frac{{\left(\frac{A_6}{2}\right)}^2+{(A_5-Z-A_3-D)}^2-{\left(A_4\right)}^2}{(A_4+A_5-Z-A_3-D)}$

                          $\mathrm{\ΔZ}=\frac{\mathrm{\Φ}}{2}+D-(A_5-A_2)$

料卷卷心对准开卷轴时小车支架应有的读数Z′： $Z\′=Z+\mathrm{\ΔZ}=Z+\frac{\mathrm{\Φ}}{2}+D+A_2-A_5$

步骤三 将小车驶出垂直测量区域，定位在开卷轴轴头前，再一次调整支架。在这个过程中记录垂直激光测量仪读数D发生跳变时小车的水平位置读数Xn，其中n＝1、2、3…(如图4所示)。比较分析小车整个移动过程中垂直测量仪读数发生跳变的情况。如果有2次跳变，说明料卷没有套筒；如果有4次跳变，则说明料卷带有套筒，并且第一次和第四次跳变是由套筒引起的；第二次和第三次跳变是由料卷引起的。根据跳变时记录下来的小车水平位置读数可以得出套筒中心位于垂直测量仪下方时小车的水平位置X＝(X₁+X₄)/2；料卷中心位于垂直测量仪下方时小车的水平位置X＝(X₂+X₃)/2。因此，当套筒对中轧制中线时，小车应有的水平位置X_coil＝A₂+(X₁+X₄)/2；当料卷对中轧制中线时，小车应有的水平位置X_core＝A₂+(X₂+X₃)/2，其中X₁表示第一次跳变时小车水平位置读数；X₂表示第二次跳变时小车水平位置读数；X₃表示第三次跳变时小车水平位置读数；X₄表示第四次跳变时小车水平位置读数。

步骤四根据自动测量的料卷卷径、带宽控制小车自动上料，系统控制流程图如图5所示。

附图说明

图1为本发明测量仪到控制系统的连接方式示意图；

图2为本发明需要确定的参数示意图；

图3为本发明卷径和小车高度计算示意图；

图4(a)为本发明发生跳变时小车水平位置示意图；

(b)为小车水平位置定位示意图；

图5为本发明自动控制程序流程框图。

图中1为小车，2为小车支架垂直位置线型传感器，3为卷径、带宽激光测量仪，4小车水平位置激光测量仪，A₁为开卷轴到地沟底面的距离；A₂为垂直激光测量仪到轧制中线的水平距离；A₃为小车支架在最低位时托盘支辊轴心到地沟底面的距离；A₄为托盘支辊半径；A₅为垂直激光测量仪到地沟底面的距离；A₆为托盘上两个支辊辊心的距离；X为小车水平位移读数；Z为小车支架垂直位移读数；D为卷径、带宽测量仪的读数；Φ为料卷直径；ΔZ为料卷眼位当前高度与开卷轴轴线高度差；Z′为料卷眼位对齐开卷轴轴线时，小车支架垂直测量仪应有的读数；X_coil为料卷对中轧制中线时，小车水平测量仪应有的读数；X_core为套筒对中轧制中线时，小车水平测量仪应有的读数。

具体实施方式

选用一种最优方案来实现以上装置(如图1所示)，选用PLC S7-400系统，CPU为6ES7416-2XK04-0AB0，配置一个ET200M远程子站，在子站上安装一个模拟量输入模板6ES7331-1KF01-0AB0，将其中两个通道设成4-20mA通讯模式。小车水平位置的测量采用SICK公司的DME5000激光测量仪(镜面反射)，测量范围0-30m，安装在小车地沟的末端，镜面反射板安装在小车支架上，采用Profibuse通讯，通过DP网线连接至CPU的DP通讯口和远程子站的IM-DP通讯口；小车支架垂直位置的测量采用线性位移传感器，测量范围0-1.5m，安装在小车支架内部，输出为4-20mA模拟量，通过带屏蔽的双绞线连接至远程子站的AI模拟量输入模板；卷径、带宽测量采用SICK公司的DT500激光测量仪(漫反射)，测量范围0-18m，安装在轧机平台的天桥缓步台侧面，输出为4-20mA模拟量，通过带屏蔽的双绞线连接至远程子站的AI模拟量输入模板。

例 某铝带轧机的轧机入口料卷小车，小车地沟长度(即小车运行范围)28m；轧机平台的天桥缓步台与地沟底部距离7m；小车支架上升高度最大1.3m。

采用如图1所示的卷径、带宽测量装置，根据测量卷径、带宽的步骤可以得到：

步骤一 确定固定参数如下：

1)开卷轴到地沟底面距离：A₁＝5.574m；

2)卷径带宽激光测量仪到轧制中线的水平距离：A₂＝6.230m；

3)小车支架在最低位时托盘支辊轴心到地沟底面的距离：A₃＝4.133m；

4)托盘支辊半径：A₄＝0.100m；

5)垂直激光测量仪到地沟底面的距离：A₅＝7.132m；

6)托盘上两个支辊辊心的距离：A₆＝0.700m。

步骤二 小车升起支架至Z＝0.5m，托起料卷(带有套筒)，移动到卷径带宽测量激光测距仪下方。在此过程中，卷径带宽测量仪读数跳变两次：第一次跳变为D＝1.646m，此时的小车水平位置为X₁＝17.529m；第二次跳变为D＝0.874m，此时的小车水平位置为X₂＝17.327m。根据公式，计算料卷卷径以及小车支架应有读数，并调整小车支架到计算位置；

料卷卷径：

$\mathrm{\φ}=\frac{{\left(\frac{A_6}{2}\right)}^2+{(A_5-Z-A_3-D)}^2-{\left(A_4\right)}^2}{(A_4+A_5-Z-A_3-D)}=\frac{{\left(\frac{0.7}{2}\right)}^2+{(7.132-0.5-4.133-0.874)}^2-{\left(0.1\right)}^2}{(0.1+7.132-0.5-4.133-0.874)}=1.544$

小车支架应有读数：

$Z\′=Z+\frac{\mathrm{\φ}}{2}+D+A_2-A_5=0.5+\frac{1.544}{2}+0.874+5.574-7.132=0.588$

步骤三 小车移动到开卷轴前，在此过程中，卷径带宽测量仪读数又跳变两次：第一次跳变为D＝1.734m，此时小车的水平位置为X₃＝18.927m；第二次跳变为D＝7.132m，此时小车的水平位置为X₄＝19.529m。根据公式，计算料卷的宽度，以及套筒对中轧制中线时小车应有的水平位置，并定位小车。

料卷带宽：L＝X₃-X₂＝18.927-17.327＝1.600

套筒对中时，小车应有的水平位置： $X_{\mathrm{core}}=A_2+\frac{X_1+X_4}{2}=6.230+\frac{17.529+19.529}{2}=24.759$

料卷对中时，小车应有的水平位置： $X_{\mathrm{core}}=A_2+\frac{X_2+X_3}{2}=5.574+\frac{17.327+18.927}{2}=23.701.$

Claims (4)

1.一种板带轧制中测量料卷卷径、带宽的装置，其特征在于包括小车、卷径及带宽激光测量仪、线型传感器、小车水平位置激光测量仪，其中小车水平位置激光测量仪通过DP网线分别与PLC的CPU通讯模块和ET200M远程I/O的通讯模块相连且安装在地沟最末端，线型传感器一端安装在小车的支架上，并通过带屏蔽的双绞线与ET200M远程I/O的接口模块相连，传感器上端安装料卷套筒，并将待测料卷放在套筒上，套筒上方安装卷径、带宽激光测量仪，测量仪通过带屏蔽的双绞线与ET200M远程I/O的接口模块相连，且该装置可以直接将测量数据发给原装载系统，从而控制上料的自动装载。

2.采用权利要求1所述的板带轧制中测量料卷卷径、带宽的装置测量料卷卷径和带宽的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一确定现场固定参数：

1)A₁：开卷轴到地沟底面的距离；

2)A₂：垂直激光测量仪到轧制中线的水平距离；

3)A₃：小车支架在最低位时托盘支辊轴心到地沟底面的距离；

4)A₄：托盘支辊半径；

5)A₅：垂直激光测量仪到地沟底面的距离；

6)A₆：托盘上两个支辊辊心的距离；

步骤二根据垂直测量仪读数D，小车支架读数Z，料卷眼位当前高度与开卷轴轴线高度差ΔZ以及固定参数A₁、A₂、A₃、A₄、A₅、A₆，计算料卷的卷径Φ和料卷卷心对准开卷轴时小车支架应有的读数Z′；

步骤三根据小车到达的几个特殊位置记录当前测量数据X₁、X₂、X₃、X₄，并做最终计算带宽和小车应有水平位置，其中X₁为第一次跳变时小车水平位置读数；X₂为第二次跳变时小车水平位置读数；X₃为第三次跳变时小车水平位置读数；X₄为第四次跳变时小车水平位置读数；

步骤四根据自动测量的料卷卷径、带宽控制小车自动上料。

3.根据权利要求2所述的一种板带轧制中测量料卷卷径和带宽的方法，其特征在于步骤二计算依以下公式进行：

料卷卷径Φ： $\mathrm{\Φ}=\frac{{\left(\frac{A_6}{2}\right)}^2+{(A_5-Z-A_3-D)}^2-{\left(A_4\right)}^2}{(A_4+A_5-Z-A_3-D)};$

上料时，小车支架应有高度Z′： $Z\′=Z+\mathrm{\ΔZ}=Z+\frac{\mathrm{\Φ}}{2}+D+A_2-A_5.$

4.根据权利要求2所述的一种板带轧制中测量料卷卷径和带宽的方法，其特征在于步骤三计算依以下公式进行：

料卷的带宽：L＝X₃-X₂；

套筒对中时，小车应有的水平位置： $X_{\mathrm{coil}}=A_2+\frac{X_1+X_4}{2};$

料卷对中时，小车应有的水平位置： $X_{\mathrm{core}}=A_2+\frac{X_2+X_3}{2}.$

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