CN101433918A - 一种热轧精轧机工作辊全自动换辊的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热轧精轧机工作辊全自动换辊的控制方法，其硬件由控制器、服务器、操作计算机和换辊小车构成，其中服务器和操作计算机分别与控制器相连接，控制器控制换辊小车工作，其控制方法依序为：换辊准备，抽旧工作辊，装新工作辊，轧钢准备；其中换辊小车在上工作辊落桩位置值E7采用自适应定位方法实现相对位置控制，位置值E7由换辊小车与精轧机架接触位置E9逆向减少420mm计算得出，换辊小车与精轧机架接触位置E9位置由判断换辊小车在精轧机架前绝对位置、参考速度、实际速度、电机工作电流得出；自动换辊在手动干预后利用控制器中编程软件P80i的SFC模块的断点继续功能继续完成自动换辊，实现换辊过程的快速全自动化。

Description

一种热轧精轧机工作辊全自动换辊的控制方法

技术领域

本发明属于一种钢铁企业热连轧生产线精轧机组工作辊换辊控制方法，具体说是一种热轧精轧机工作辊全自动换辊的控制方法。

背景技术

热轧是现代化钢厂带钢生产链中的一个必要工序，在热轧生产过程中，通常每轧制一个批次的板坯需要进行一次精轧机工作辊换辊，因此工作辊的更换是热连轧线生产过程中的关键环节。随着热连轧自动化程度的提高，轧制节奏的逐渐加快，精轧机工作辊的更换日益频繁，已经达到每个生产班次(8小时)要进行1至2次换辊。由此可见，精轧工作辊换辊效率的高低直接决定热轧线的产量，甚至直接影响下游生产线的生产。如何优化换辊流程、简化换辊操作、加强换辊稳定安全性能、减少换辊时间、提高换辊自动化程度就成为热连轧生产线提高生产产量和生产效率的关键所在。

以下分别列举目前国内外一些热连轧精轧机工作辊换辊系统来说明：

手动换辊：传统的精轧工作辊换辊大多采用手动换辊方式，例如某热轧厂1700mm热连轧机组，采用转盘式手动换辊方式。每个机架手动换辊时间最少15分钟，按精轧机组配备3个操作工计算，手动同时更换7个精轧机架工作辊最少需要45分钟，按精轧机组配备4个操作工计算，手动同时更换7个精轧机架工作辊最少需要30分钟。手动换辊不仅浪费人力、时间，而且容易造成安全事故，并不是合适的换辊方法。

半自动换辊：目前现代化的热轧厂普遍运用先进的可编程逻辑控制器(PLC)实现换辊的自动顺序控制，但由于自动换辊的控制精度要求极高(比如换辊小车定位需精确到误差2mm以内)且精轧换辊机械设备不可避免的存在机械固有误差、机械间隙、机械磨损等，因此大多数工作辊换辊系统在运行一段时间后在自动换辊的某些环节存在不可预知的问题，影响自动换辊的进行，往往需要人工完成剩下的动作，因此只能定义为半自动换辊。例如某热轧厂1580mm热连轧机组，采用换辊小车自动换辊方式。每个机架自动换辊最少需要20分钟，加上手动换辊的时间，7个机架半自动更换工作辊最少需要30分钟，虽然大大降低了换辊时间，减少了人力，但未实现全自动换辊，也不是最好的换辊方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，在优化工作辊换辊流程的基础上，提供一种“换辊小车自适应定位”、“自动换辊断点继续”为核心的热轧精轧机工作辊全自动换辊的控制方法。

为了实现上述目的，本发明由控制器、服务器、操作计算机和换辊小车构成，其中服务器和操作计算机分别与控制器相连接，控制器控制换辊小车工作，其控制方法依序为：换辊准备，抽旧工作辊，装新工作辊，轧钢准备；其中换辊小车在上工作辊落桩位置值E7采用自适应相对位置控制，位置值E7由换辊小车与精轧机架接触位置E9逆向减少420mm计算得出，换辊小车与精轧机架接触位置E9位置由判断换辊小车在精轧机架前绝对位置、参考速度、实际速度、电机工作电流得出；自动换辊在手动干预后利用控制器中编程软件P80i的SFC模块的断点继续功能继续完成自动换辊，实现换辊过程的快速全自动化。

本发明与现有技术相比有如下有益效果：

由于本发明优化了工作辊换辊流程，合理采用并行和串行顺序控制，将原换辊需要的30多个步骤简化为20多个步骤，同时减少了每个步骤所需要的时间；换辊小车自适应定位方法使换辊小车在上工作辊落桩位置定位准确，且不会因为机械间隙、机械老化和磨损影响小车定位精度，提高了自动换辊的利用率，减少了人工干预的次数；自动换辊断点继续功能在人工干预后可继续自动换辊，提高了自动换辊动作在整个换辊过程中的比例，降低了人工干预对换辊时间的影响。本发明可操作性很高，不仅能够大大降低工作辊换辊所需时间，同时可以提高自动换辊的利用率，减少人力成本，降低安全事故发生率，对提高热轧带钢产量，增加热轧厂经济效益很有帮助。

附图说明

图1为本发明的系统配置框图。

图2为本发明的控制方法流程图。

图3为传统换辊小车定位方法流程图。

图4为本发明换辊小车自适应定位方法流程图。

图5为传统换辊流程图。

图6为本发明断点继续自动换辊流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明所控制的精轧机每个机架采用1台VCM7750 HPCi控制器，每个HPCi控制器包括若干资源(Resource)以实现不同功能，换辊控制是HPCi控制器的一个资源，精轧机自动化控制系统共包括8台VCM7750HPCi(high-performance controller)控制器，1台工程师服务器(Engineer Server)、1台人机接口服务器(HMI Server)、3台主画面操作计算机(HMI)、7台就地触摸操作屏(Local Panel)、2台工程师站(Engineer Station)、1台数据记录服务器(PDA)。控制器机架、服务器、人机接口、工程师站和数据记录服务器等通过4级网络通信，4级网络分别为人机接口以太网(HMI LAN)、工程控制以太网(ENG LAN)、二级机以太网(LEVEL2 LAN)、高速同步通道通讯网(CC 100)。

本发明的换辊准备流程为：活套抬起→导位装置退出机架→AGC缸卸压→工作辊窜辊到零位→工作辊对扁头→关工作辊冷却水、换辊小车定位到机架前。

本发明的抽旧工作辊流程为：工作辊平衡收回→上阶梯垫移到最薄→上工作辊平衡伸出、上支撑辊辊提升(压力13.75Mpa)→下工作辊轨道梁上升→下工作辊主轴夹紧→下工作辊卡板打开→换辊小车前进拉出下工作辊到落桩位→上工作辊平衡收回落桩(人工确认)→上工作辊主轴夹紧→上工作辊卡板打开→换辊小车拉出旧工作辊→小车后退、下支撑辊提升→下阶梯垫移动到轧钢位→下支撑辊下降。

本发明的装新工作辊流程为：换辊小车推入上工作辊→上工作辊卡板关闭→上工作辊主轴打开→上工作辊平衡伸出→换辊小车推入下工作辊→下工作辊卡板关闭→下工作辊主轴打开→下工作辊轨道梁下降、上工作辊平衡收回、上支撑辊平衡(压力7.8Mpa)→上阶梯垫移动到轧钢位→上下工作辊平衡伸出→小车后退。

本发明的轧钢准备流程为：导位装置进入机架→活套放下、开工作辊冷却水。

本发明的输入/输出控制主要完成换辊外部信号、内部数据、控制命令的输入和输出，按照通讯的方式可以分为：

(1)资源(Resource)程序之间的变量通讯，采用定义该变量为全局变量(Globe variable)的方式，使该变量通用于每个控制器(CPU)包含的任意资源中。

(2)同工艺区域内控制器(Controller)程序之间的通讯，使用高速同步通道通讯网络(Coordination Channel 100Mbaud)。

(3)不同工艺区域内控制器(Controller)程序之间的变量通讯，使用以太网全局数据(EGD)协议。

(4)控制器(Controller)和远程I/O站之间的通讯，使用Profibus-DP现场总线。

(5)控制器(Controller)和变频传动设备(VVVF)之间的通讯，使用Profibus-DP现场总线。

本发明的数据计算主要完成精轧机轧钢和换辊时的参数值计算。主要包括：

(1)支撑辊平衡压力计算。根据上支撑辊辊身重量、油膜轴承零部件重量、油膜轴承重量、轴承座重量、上工作辊重量、AGC缸重量、上支撑辊平衡缸腔内面积等参数计算出轧钢时的上工作辊平衡力和上支撑辊平衡力以及换辊时上支撑辊平衡力。

(2)上下阶梯垫厚度计算。接收二级机发送过来的轧辊数据并进行分析，根据上下工作辊直径、上下支撑辊直径、轧制线高度、上下支撑辊轴承座高度、上阶梯垫上部机架其他组件高度、下阶梯垫下部机架其他组件高度、AGC缸卸压后高度、AGC缸最佳工作行程等参数计算上下阶梯垫的参考厚度，并与二级机发送过来的上下阶梯垫的参考厚度进行比较，调节上下阶梯垫在换新工作辊后的厚度以及轧制线的高度。

(3)换辊小车速度计算。换辊过程中，工作辊换辊小车除前进/后退等基本动作外，必须能够在不同位置准确定位。根据工作辊快速换辊需要，工作辊换辊小车有9个目标定位点，在小车不同定位目标值、不同位置计算换辊小车参考速度发送给换辊小车变频器调节小车速度，减少小车定位时间，提高小车定位精度。

传统换辊小车定位方法为：确定好小车9个目标定位点(编码器参考值)后，由定位控制程序控制小车运行方向、速度，小车到位后停车(图3)。这种定位方法是以小车位移编码器的值为参考，而不是以小车的实际位置为参考，在小车来回移动距离增加，编码器误差增加的情况下，小车定位就无法保证准确。尤其在上工作辊落桩位(E7)，小车的实际位置误差距离必须保证在2mm以内时，传统方法很难保证长时间准确有效。

本发明的换辊小车自适应定位方法是以小车9个目标定位点(编码器参考值)作为参考，通过判断小车的实际运行情况，确定小车的实际位置后，修正编码器的值，使之与实际位置相符合，然后进行下一步的动作(图4)。定位到落桩位(E7)通过以下方法实现：换辊小车绝对位置在机架前1000mm以内，速度为正(向机架方向)移动时，速度编码器反馈速度基本为0，编码器位置反馈值接近E9，同时电机电流超过额定电流60％的时间超过2s时，认定小车紧贴机架且小车与地面轨道机械间隙被消除，小车抱闸抱紧避免小车由于机械弹性后退，此时修正小车位置编码器的值，自适应程序记录下此时小车的位置，小车后退到E7时的位置值以此时的位置值减去420mm得出，保证每次换辊时E7位置精确且不受机械误差和位置编码器误差影响。

传统的换辊过程中，由于外部或人为原因需要人工干预时，只能终止自动换辊，改由手动换辊完成剩下的工作(图5)，自动换辊利用率不高，换辊时间长。

本发明的自动换辊断点继续功能可以将自动换辊暂停，利用计数器模块(Counter)和SFC模块的保持功能记录下当前的自动换辊步骤，切换到手动模式后进行手动操作，手动干预完成后再将模式切换回自动换辊(图6)，SFC模块的断点继续功能可以重新启动刚才的换辊步骤，将人工干预的时间减少到最低，大大提高了自动换辊利用率，缩短了换辊时间。

本发明热轧精轧机快速更换工作辊方法投入运行后，将精轧机工作辊换辊的平均时间缩短到10分钟以内，同时降低了生产事故发生率，为热轧带钢提高产量打下坚实基础。

本发明的硬件系统处理器采用CONVERTEAM公司的高性能控制器HPCi(high-performance controller)，HPCi是一个基于标准VME计算机的多任务实时处理器，响应速度快、处理能力强。其中央处理单元(CPU)的最高主频可达1.8GHz，程序扫描速度最快可达1ms，能很好的满足换辊控制的多进程、快速响应的要求。本发明硬件系统中的编程工具是CONVERTEAM公司开发的基于HPCi的编程软件P80i。该软件主要特点如下：1、程序结构遵循IEC标准；2、功能块(Function Block)编程方式；3、变量编址和命名容易；4、强大的离线仿真功能；5、在线监控功能。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1、一种热轧精轧机工作辊全自动换辊的控制方法，其硬件由控制器、服务器、操作计算机和换辊小车构成，其中服务器和操作计算机分别与控制器相连接，控制器控制换辊小车工作，其控制方法依序为：换辊准备，抽旧工作辊，装新工作辊，轧钢准备；其中换辊小车在上工作辊落桩位置值E7采用自适应定位方法实现相对位置控制，位置值E7由换辊小车与精轧机架接触位置E9逆向减少420mm计算得出，换辊小车与精轧机架接触位置E9位置由判断换辊小车在精轧机架前绝对位置、参考速度、实际速度、电机工作电流得出；自动换辊在手动干预后利用控制器中编程软件P80i的SFC模块的断点继续功能继续完成自动换辊，实现换辊过程的快速全自动化。

2、如权利要求1所述的热轧精轧机工作辊全自动换辊的控制方法，其特征在于：换辊小车自适应定位方法是以小车的目标编码器的值作为参考，通过判断小车的实际运行情况，确定小车的实际位置后，修正编码器的值，使之与实际位置相符合，然后进行下一步的动作。

3、如权利要求1所述的热轧精轧机工作辊全自动换辊的控制方法，其特征在于：自动换辊断点继续功能是将自动换辊暂停，利用控制器中编程软件P80i的计数器模块和SFC模块的保持功能记录下当前的自动换辊步骤，切换到手动模式后进行手动操作，手动干预完成后再将模式切换回自动换辊，SFC模块的断点继续功能重新启动刚才的换辊步骤，将人工干预的时间减少到最低，缩短换辊时间。

4、如权利要求1或2所述的热轧精轧机工作辊全自动换辊的控制方法，其特征在于：换辊小车定位到落桩位E7的具体方法是：换辊小车绝对位置在机架前1000mm以内，速度为正移动时，速度编码器反馈速度小于参考速度的50％同时电机电流超过额定电流60％的时间超过2s时，认定小车紧贴机架且小车与地面轨道机械间隙被消除，小车抱闸抱紧避免小车由于机械弹性后退，此时修正小车位置编码器的值，自适应程序记录下此时小车的位置，小车后退到E7时的位置值以此时的位置值减去420mm得出，保证每次换辊时E7位置精确且不受机械误差和位置编码器误差影响。

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