CN101468361B - 一种用于线材连轧的活套控制方法 - Google Patents

Abstract

本发公开一种用于线材连轧的活套控制方法及装置。方法：用位于相邻两架轧机间的导向轮引导线材进入轧机，设在轧机出口处的起套传感器检测线材头部到达信号并发出起套命令，通过起套辅助气缸起套，采用可编程控制器按照计算的轧机升速曲线参数调节轧机的速度并控制起套辅助气缸的伸出执行起套；通过闭环PID数字控制算法调节轧机的速度控制活套的高度。装置包括第一、二轧机及活套扫描器、超套传感器、辅助气缸和导向轮，活套扫描器位于第一、二轧机之间活套起套最高点位置的上方，起套传感器设在第二轧机的出口端；起套辅助气缸位于第一轧机的出口端；在第一、二轧机之间分别靠近轧机的位置设有导向轮。本发明具有结构简单、使用方便等特点。

Description

一种用于线材连轧的活套控制方法

技术领域

本发明涉及线材连轧技术，具体地说是一种能有效减小活套起套超调量的线材连轧的活套控制方法及装置。 

背景技术

连轧生产线的生产过程是这样的：钢坯经加热炉加热到1100度后，依次通过粗轧、中轧、精轧10个以上轧机的轧制后成为线材成品。为了避免在轧制过程中相邻两个机架之间因拉钢而影响线材的质量，通常在精轧各机架间加装活套装置。以往的活套控制方法在起套过程中经常出现较大超调量，从而影响了正常咬钢，使整根钢料报废。 

发明内容

为了克服以往活套控制的不足之处，本发明提供了一套针对活套的新的控制方法及装置，目的在于能够有效减小活套起套时的超调量。 

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的： 

控制方法： 

用位于相邻两架轧机间的导向轮引导线材进入轧机，设在轧机出口处的起套传感器检测线材头部到达信号并发出起套命令，通过起套辅助气缸平稳起套，采用可编程控制器按照计算的轧机升速曲线参数调节轧机的速度并控制起套辅助气缸的伸出执行起套；起套完成后，再通过闭环PID数字控制算法调节轧机的速度来控制活套的高度； 

用与起套传感器相连的可编程控制器上的数字量输入模块检测线材头部到达信号；用与可编程控制器上的数字量输出模块相连的起套辅助气缸辅助活套起套； 

升速曲线参数为：升速时间Ta＝(V2-V1)/a，保持V2速度时间Tb＝S/(V2-V1)-Ta；其中：V1为第一轧机起套前的速度，V2为第一轧机的起套速度，a为起套加速度，S为活套超出量；升速曲线时间t＝t+Ts，其中：Ts为程序扫描周期；活套超出量S＝m-L，其中：L为两个导向轮之间的距离，活套构成的圆弧长度m＝2*R*arcsin(L/(2*R))，圆弧半径R＝(4*H²+L²)/(8*H)，H为活套高度； 

所述可编程控制器程序流程为： 

首先初始化参数：两个导向轮之间的距离L，轧机A起套前的速度V1，起套速度V2，起套加速度a，速度转换系数K，程序扫描周期Ts，升速曲 线时间t；设定活套高度H；判断起套传感器是否有信号，若结果为是，则继续执行下一步骤，否则结束程序；计算活套构成的圆弧半径R＝(4*H²+L²)/(8*H)；计算活套构成的圆弧长度m＝2*R*arcsin(L/(2*R))；计算活套超出量S＝m-L；计算升速曲线参数：升速时间Ta＝(V2-V1)/a，保持V2速度时间Tb＝S/(V2-V1)-Ta；控制起套辅助气缸伸出；计算升速曲线时间t＝t+Ts；计算电机速度控制量u；当t＜Ta时，u＝K*(V1+a*t)；当Ta＜＝t＜(Ta+Tb)时，u＝K*V2；当(Ta+Tb)＜＝t＜(Ta+2*Tb)时，u＝K*(V2-a*t)；输出控制量u；判断t是否大于Ta+2*Tb，若结果为否，则返回到计算升速曲线时间t＝t+Ts，否则继续执行下一步骤；读取活套高度反馈值H_f；计算活套高度误差e＝H-H_f；根据数字PID算法，计算控制量u并输出；判断钢料是否轧制完毕，若结果为否，则返回到读取活套高度反馈值H_f，否则继续执行下一步骤；控制起套辅助气缸回缩，程序结束。 

装置包括第一、二轧机及活套扫描器、超套传感器、起套辅助气缸和导向轮，其中：活套扫描器位于第一、二轧机之间活套起套最高点位置的上方，活套扫描器通过屏蔽双绞线与可编程控制器相连；起套传感器设在第二轧机的出口端；起套辅助气缸位于第一轧机的出口端；在第一轧机与第二轧机之间分别靠近轧机的位置设有导向轮； 

其中：所述可编程控制器上插有模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块及模拟量输出模块，活套扫描器通过屏蔽双绞线与模拟量输入模块相连；起套传感器为热金属检测器，通过电缆与数字量输入模块相连；起套辅助气缸通过电缆与数字量输出模块相连。 

本发明的优点与积极效果为： 

本发明结构简单、使用方便、能够有效提高轧制过程中的咬钢成功率及线材的轧制质量。 

附图说明

图1为本发明方法的专用装置结构示意图； 

图2为本发明方法的专用装置电气原理图； 

图3为本发明方法的起套轧机升速曲线图； 

图4为本发明方法可编程控制器程序流程图。 

具体实施方式

本发明控制方法：用位于相邻两架轧机间的导向轮6引导线材进入轧机，设在第二轧机2出口处的起套传感器4检测线材头部到达信号并发出起套命令，通过起套辅助气缸5平稳起套，采用可编程控制器8按照计算的轧机升速曲线参数调节轧机的速度并控制起套辅助气缸5的伸出执行起套；起套完成后，再通过闭PID数字控制算法调节轧机的速度来控制活套的高度。由于闭PID控制时，活套的实际高度等于或接近于设定的活 套高度，因此，活套控制的超调量非常小，从而有效提高了咬钢的成功率。 

如图4所示，所述可编程控制器程序流程为： 

首先初始化参数：两个导向轮之间的距离L＝2400(mm)，第一轧机起套前的速度V1＝8.5(m/s)，起套速度V2＝8.65(m/s)，起套加速度a＝1.5(m/s²)，速度转换系数K，程序扫描周期Ts＝0.005(s)，升速曲线时间t＝0；设定活套高度H＝400(mm)；判断起套传感器是否有信号，若结果为是，则继续执行下一步骤，否则结束程序；计算活套构成的圆弧半径R＝(4*H²+L²)/(8*H)＝3800(mm)；计算活套构成的圆弧长度m＝2*R*arcsin(L/(2*R))＝2440.56(mm)；计算活套超出量S＝m-L＝40.56(mm)；计算升速曲线参数：升速时间Ta＝(V2-V1)/a＝0.1(s)，保持V2速度时间Tb＝S/(V2-V1)-Ta＝0.167(s)；控制起套辅助气缸伸出；计算升速曲线时间t＝t+Ts；计算电机速度控制量u；当t＜Ta时，u＝K*(V1+a*t)；当Ta＜＝t＜(Ta+Tb)时，u＝K*V2；当(Ta+Tb)＜＝t＜(Ta+2*Tb)时，u＝K*(V2-a*t)；输出控制量u；判断t是否大于Ta+2*Tb，若结果为否，则返回到计算升速曲线时间t＝t+Ts，否则继续执行下一步骤；读取活套高度反馈值H_f；计算活套高度误差e＝H-H_f；根据数字PID算法，计算控制量u并输出控制量u；判断钢料是否轧制完毕，若结果为否，则返回到读取活套高度反馈值H_f，否则继续执行下一步骤。控制起套辅助气缸回缩；程序结束。 

本发明方法所用装置，如图1及图2所示，包括第一、二轧机1、2及活套扫描器3、超套传感器4、起套辅助气缸5和导向轮6，其中：活套扫描器3位于第一、二轧机1、2之间，其上的镜头对准活套起套时最高点位置的上方；起套传感器4设在第二轧机2的出口端；起套辅助气缸5位于第一轧机1的出口端；在第一轧机1与第二轧机2之间分别靠近轧机的位置设有导向轮6，两个导向轮6之间的距离为L，导向轮的作用是保证线材能够以垂直于第二轧机2转动轴的方向进入，这样就保证了线材能够顺利的进入第二轧机2。可编程控制器8，其底板上插有模拟量输入模块9、数字量输入模块10、数字量输出模块11及模拟量输出模块12。起套传感器4为热金属检测器，通过电缆与数字量输入模块10的第一通道相连。活套扫描器3是一种能够检测活套高度的传感器，并能够将测量值转换成标准4～20mA信号，其输出端通过屏蔽双绞线与模拟量输入模块9的第一通道相连。起套辅助气缸5为电磁阀控制的气动元件，其上的电磁阀通过电缆与数字量输出模块11的第一通道相连。伺服驱动器7，其上的模拟量输入接口通过屏蔽双绞线与模拟量输出模块12的第一通道相连，其输出端与第一轧机1的电机相连。 

由本发明结构看其控制过程： 

首先启动第一轧机1及第二轧机2，可编程控制器8的模拟量输出模块 9通过伺服驱动器7控制第一轧机1的速度为V1，线材在加热炉中被加热到1100℃后，依次通过初轧、中轧，当线材到达精轧区并通过第一轧机1及第二轧机2到达起套传感器4时，起套传感器4的状态由0变为1。可编程控制器8通过数字量输入模块10检测到起套传感器4的状态变化后，按照设定的活套高度H计算起套电机速度曲线，并按计算的起套电机速度曲线通过模拟量输出模块12驱动伺服驱动器7来控制第一轧机1的电机升速，同时通过数字量输出模块11控制起套辅助气缸5伸出。由于第一轧机1的电机升速后，通过第一轧机1的线材的秒流量大于通过第二轧机2的线材的秒流量，因此，在第一轧机1与第二轧机2之间，出现了一个线材的活套。当按照计算的起套速度曲线升速后，活套的高度等于或接近于设定的活套高度，此时读取活套扫描器3测量值(活套的高度)作为活套高度闭环PID数字控制算法的反馈值，以可编程控制器8设定的活套高度作为给定值，由给定值与反馈值的差值作为误差，经数字PID控制算法计算并控制第一轧机1的速度。这样就完成了由起套到稳套的平稳过渡，从而避免了活套高度控制上出现的超调。 

Claims (3)

1.一种用于线材连轧的活套控制方法，其特征在于：用位于相邻两架轧机间的导向轮引导线材进入轧机，设在轧机出口处的起套传感器检测线材头部到达信号并发出起套命令，通过起套辅助气缸平稳起套，采用可编程控制器按照计算的轧机升速曲线参数调节轧机的速度并控制起套辅助气缸的伸出执行起套；起套完成后，再通过闭PID数字控制算法调节轧机的速度来控制活套的高度；所述升速曲线参数为：升速时间Ta＝(V2-V1)/a，保持V2速度时间Tb＝S/(V2-V1)-Ta；其中：V1为第一轧机起套前的速度，V2为第一轧机的起套速度，a为起套加速度，S为活套超出量；升速曲线时间t＝t+Ts，其中：Ts为程序扫描周期；所述活套超出量S＝m-L，其中：L为两个导向轮之间的距离，活套构成的圆弧长度m＝2*R*arcsin(L/(2*R))，圆弧半径R＝(4*H²+L²)/(8*H)，H为活套高度。

2.按权利要求1所述的用于线材连轧的活套控制方法，其特征在于：用与起套传感器相连的可编程控制器上的数字量输入模块检测线材头部到达信号；用与可编程控制器上的数字量输出模块相连的起套辅助气缸辅助活套起套。

3.按权利要求1所述的用于线材连轧的活套控制方法，其特征在于：所述可编程控制器程序流程为：

首先初始化参数：两个导向轮之间的距离L，轧机A起套前的速度V1，起套速度V2，起套加速度a，速度转换系数K，程序扫描周期Ts，升速曲线时间t；设定活套高度H；判断起套传感器是否有信号，若结果为是，则继续执行下一步骤，否则结束程序；计算活套构成的圆弧半径R＝(4*H²+L²)/(8*H)；计算活套构成的圆弧长度m＝2*R*arcsin(L/(2*R))；计算活套超出量S＝m-L；计算升速曲线参数：升速时间Ta＝(V2-V1)/a，保持V2速度时间Tb＝S/(V2-V1)-Ta；控制起套辅助气缸伸出；计算升速曲线时间t＝t+Ts；计算电机速度控制量u；当t＜Ta时，u＝K*(V1+a*t)；当Ta＜＝t＜(Ta+Tb)时，u＝K*V2；当(Ta+Tb)＜＝t＜(Ta+2*Tb)时，u＝K*(V2-a*t)；输出控制量u；判断t是否大于Ta+2*Tb，若结果为否，则返回到计算升速曲线时间t＝t+Ts，否则继续执行下一步骤；读取活套高度反馈值H_f；计算活套高度误差e＝H-H_f；根据数字PID算法，计算控制量u并输出；判断钢料是否轧制完毕，若结果为否，则返回到读取活套高度反馈值H_f，否则继续执行下一步骤；控制起套辅助气缸回缩，程序结束。

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