CN102012686B

CN102012686B - 一种利用淬火机低压段进行弱水冷的精确控制方法

Info

Publication number: CN102012686B
Application number: CN2010102324596A
Authority: CN
Inventors: 张强; 邱志宏; 刘晓辉; 刘彦川; 丁志勇; 王普; 田士平
Original assignee: Shougang Corp; Qinhuangdao Shouqin Metal Materials Co Ltd
Current assignee: Shougang Group Co Ltd
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2030-07-15
Also published as: CN102012686A

Abstract

一种利用淬火机低压段进行弱水冷的精确控制方法，属于淬火机控制技术领域。首先将新增加的6个电磁流量计的流量信号引入plc程序功能块FC302，以便后续参与控制；在淬火机PLC控制程序中增加低压段单独水量标定程序FC272，记录低压段6个分段中每一段的电动调节阀开度以及该开度下的实际水流量数值，存储在PLC程序中，并显示在操作界面上，在淬火机PLC控制程序中，以原来存在的淬火过程自动顺序控制程序为基础，在调节阀阀位粗调和水量精确修正这两个步骤内，调用新增加的低压段各段水量精确调整程序FC273，使低压段进行弱水冷时，各段水量得到精确控制。优点在于，解决使用淬火机低压段进行弱水冷时，上下水比控制不精确导致钢板板形不好、终冷目标温度命中率低的问题。

Description

一种利用淬火机低压段进行弱水冷的精确控制方法

技术领域

本发明属于淬火机控制技术领域，涉及了一种利用淬火机低压段进行弱水冷的精确控制方法，应用淬火机低压段对正火钢板进行弱水冷。

背景技术

目前国内先进的辊压式淬火机大多是德国LOI公司引进的，该类淬火机一般20米左右，喷水集管分为高压区(喷射时水压8bar)、低压区(喷射时水压4bar)，高压区由流量计控制各分区水流量，低压区通过控制阀门开度控制水量。

淬火机低压段一般只作为淬火后钢板的辅助降温控制，共分可以单独调节和控制的6个分段(上下各三段、集管式喷嘴)，都不安装流量计，各段流量的调节依靠电动调节阀的开度进行调整。而当使用淬火机的低压段进行正火钢板弱水冷、提高钢板力学性能时(详见《一种提高正火钢板力学性能的热处理方法》一文，申请号200810114810，公开号101319270)：其优点是不单独增加水冷设备，应用原有淬火机就可以实现钢板弱水冷工艺；其缺点是由于低压段各区水阀开口度对应的流量为经验数据，并不精确，同时由于设备状况发生变化(如集管喷嘴部分堵塞、水压下降等)，都会直接导致上下水比不稳定，造成钢板变形及终冷目标温度命中率低等问题。而弱水冷后的钢板，尤其是50mm以上终冷温度低、变形严重的钢板，很难通过在线矫直机进行矫直恢复正常板形，以上缺点导致在淬火机低压段全面实施弱水冷工艺的难度很大。

一般利用淬火机进行弱水冷，是指通过操作界面设定好淬火机低压段6个分段的电动蝶阀的开度(如分段1打开15％，分段2打开18％，分段3打开15％，分段4打开18％，分段5打开15％，分段6打开18％，)，然后打开各个分段的快切阀，使低压水(压力4-5bar)通过各个分段的集管式喷嘴喷出，这时正火板出炉，低压水喷淋钢板上下表面实现弱水冷过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用淬火机低压段进行弱水冷的精确控制方法，解决使用淬火机低压段进行弱水冷时，上下水比控制不精确导致钢板板形不好、终冷目标温度命中率低的问题。

本发明基于S7-400PLC构建的自动化网络，技术方案如下：

1、首先将新增加的6个电磁流量计的流量信号引入plc程序功能块FC302，以便后续参与控制：增加6个电磁流量计，分别安装在现场低压段6段集管的管路上、电动调节阀后面，与电动调节阀的距离为10倍管路直径。电磁流量计的供电电压为外接220V AC，返回4-20mA信号通过控制电缆引入西门子Profibus-DP网络中的ET200站上新增加的模拟量模块的空模拟量通道内(共6个模拟量信号，在原来的ET200站基础上增加一个8通道模拟量模块)，接着在step7软件中打开淬火机的PLC程序，在硬件配置界面内，在对应的ET200站上进行新增模拟量模块及其已经被使用的6个通道的参数选择和地址分配，配置完毕后，将修改后的硬件配置上传到plc，实现现场电磁流量计到PLC的信号传输。接着在淬火机plc程序中建立6个实型变量act_flow01/act_flow02/act_flow03/act_flow04/act_flow05/act_flow06，然后打开淬火机plc控制程序，编写功能块FC302，接着在组织块OB1中增加功能块FC302的调用，FC302功能为，调用西门子程序中固有的FC105功能块(模拟量处理功能块)，读取ET200站上新增模拟量模块上对应硬件地址上引入的流量信号(16进制数)，将其转换为十进制的实数值，存储在act_flow01～act_flow06这6个实型变量内。

2、在淬火机PLC控制程序中增加低压段单独水量标定程序FC272，记录低压段6个分段中每一段的电动调节阀开度以及该开度下的实际水流量数值，存储在PLC程序中，并显示在操作界面上：

打开淬火机plc控制程序，编写FC272功能块，然后在组织块OB1中增加功能块FC272的调用，实现低压段各段水量标定功能。FC272功能块编写包括：建立布尔型变量start_teaching，将其连接到wincc服务器中新建立的画面low_pressure_lines_teaching.PDL中对应的标定开始按钮上，在操作界面上点击该按钮，start_teaching变量，该变量置1，开始低压段各段的水量标定，调用FC100功能块，将低压段1-6段的电动调节阀调整到10％的开度，调整完毕输出到位信号lp_flaps_set_ok，将该布尔量置为1。得到到位信号后lp_pos_ok被置1，触发接通延时计时器T272，延时5秒后(阀门调整到位后水流量经过5秒，流量值达到稳定状态)，将该瞬时的实际流量值act_flow01～act_flow06(6个)的数值存储在实型变量line1_10％flow～line6_10％flow(6个)中。接着将低压段1-6段的电动调节阀调整到20％的开度，得到到位信号后，触发接通延时计时器T272，延时5秒后，将该瞬时的实际流量值act_flow01～act_flow06(6个)的数值存储在实型变量line1_20％flow～line6_20％flow(6个)中。依次类推，将6个调节阀10％、20％到100％的开度下对应的实际流量值存储在实型变量line1_X％flow～line6_X％flow中(其中X为10、20到100，因此共计54个实型变量，这些变量全部连接到wincc服务器中新建立的画面low_pressure_lines_teaching.PDL中对应的数值显示框中，显示在操作界面上)。全部存储完毕，将start_teaching变量置0，结束标定，存储的阀门开度对应的流量值显示在操作界面对应的对话框内。

注：原程序中存在的FC100功能块，用于用1_on/1_off，2_on/2_off，3_on/3_off，4_on/4_off，5on/5_off，6_on/6_off这6组开关命令(布尔型变量)控制淬火机低压段6个电动调节阀进行调整。以一个电动调节阀的控制为例说明，当1_on变量置1时，电动调节阀向开阀方向转动打开，当2_on变量置1时，电动调节阀向关阀方向转动关闭。读取电动调节阀的电位计反馈的阀开度信号，在plc程序中对应存储在实型变量pos_1，pos_2，pos_3，pos_4，pos_5，pos_6中。当设定阀位值与反馈阀位值一致时，停止开关动作。

3、在淬火机PLC控制程序中，以原来存在的淬火过程自动顺序控制程序为基础，在调节阀阀位粗调和水量精确修正这两个步骤内，调用新增加的低压段各段水量精确调整程序FC273，使低压段进行弱水冷时，各段水量得到精确控制：

淬火机plc控制程序中，原来存在着淬火自动顺序控制程序FB200，该程序使用西门子step7配套的s7-graph软件编写，程序的特点是分步顺序执行，当第一步的使能信号发出时，执行第一步，使能第一步下的控制信号，然后只有当第二步的使能信号发出时，才顺序执行第二步，依此类推。在它基础上针对弱水冷控制进行改进，就实现了淬火机弱水冷顺序控制步骤，详见图1。

FB200程序在钢板出炉前70s，接收到跟踪plc程序发送的淬火机设定值，包括淬火机上框架高度、淬火机辊道速度、淬火机高压段、低压段的水量；检查淬火机及其水系统的现场返回信号正常后，开始根据设定值调整好淬火机，调整完毕后，钢板出炉进行淬火或者弱水冷。弱水冷和淬火的区别在于，弱水冷时，通过跟踪plc发送的淬火机设定值中包含的HP_head_off信号置1，使弱水冷时淬火机高压段相关控制信号均置为0，高压段不参控制，即高压段的加压泵启动命令置为0、高压段的调节阀的开关以及快切阀的开关命令置为0。

当钢板出炉进入淬火机执行弱水冷前，即在步骤5，低压段各段调节阀阀位粗调(即根据水量标定结果，将工艺的设定水量转换为阀门开度，将对应阀门打开到对应开度)这一自动控制步骤使能(使能即一个“允许”信号，该步骤使能即允许该控制步骤执行)时(置为1)，淬火机plc程序调用FC273功能块，该功能块完成水量精确控制功能，它根据标定时确定的阀开度及其对应的标定水量值、跟踪plc发送的低压段6个分段的水量设定值，折算出阀门开度设定值，并以阀门开度设定值控制电动调节阀进行开关动作，根据电动调节阀电位计反馈的阀开度信号，确认6个电动调节阀开度全部调整到位后，低压段6个快切阀打开，低压水喷出，这样根据流量计反馈的实际流量值与设定流量值的偏差(上偏差或者下偏差)，通过plc发出脉冲式的调节信号，使电动调节阀每次开、关，都使调节阀的开度变化0.5％(阀门定位精度为最小0.5％)，直到流量偏差控制在±20m³/h以内，并且保持5秒以上(调节阀调整完毕，稳定5秒以上，将得到稳定准确的流量值)，这样步骤8：低压段各水线流量修正这一步骤结束，钢板出炉，按照跟踪plc发送的设定速度通过淬火机低压段进行弱水冷。

附图说明

图1为电磁流量计安装方式示意图，其中，电动快切阀1、电动调节阀2、电磁流量计3、管路弯曲部分或变径部分4。

图2为电磁流量计信号在淬火机plc内的程序处理。

图3为淬火机低压段水量标定在plc中实现的功能流程图。

图4为淬火机低压段弱水冷自动顺序控制(FB200功能块)的步骤流程图。

图5为淬火机低压段弱水冷水量精确控制在plc中实现的功能流程图。

具体实施方式

图1～图5为本发明的一种具体实施方式。

如图1、图2所示，以单根管路为例，譬如line1，在低压段管路调节阀后10倍管径的位置增加一台电磁流量计，电磁流量计后5倍管径以外才可以有弯头或者变径；将电磁流量计信号引入淬火机plc程序，在FC302功能块中，调用模拟量处理功能块FC105，通过上下限变换，将转换过的模拟量数值存储在实型变量act_flow01中。如图3所示，在wincc服务器上增加新的画面“低压段水流量标定”，操作工点击该画面上的开始标定”按钮，启动标定程序FC272，该程序调用FC100，以单根管路为例，譬如line1，则该程序将line1的电动调节阀调节到10％位置，将流量实际值存储在line1_10％flow实型变量中；接着阀位再打开10％，到20％，将流量实际值存储在line1_20％flow实型变量中；直到阀位打到100％，将流量实际值存储在line1_100％flow实型变量中，结束标定。

如图4、图5所示，在弱水冷顺序控制功能块FB200执行到第5步时，调用FC273功能块进行阀位粗调，此时以标定阶段存储的阀位开度对应的实际流量值为依据，将流量设定值转换为阀位设定值：譬如流量设定值100m³/h，标定时10％开度对应80m³/h，20％开度对应160m³/h，则可以换算出阀位设定值＝(100-80)*(20％-10％)/(160-80)+10％＝12.5％；调用FC100功能块，调整电动调节阀阀位到阀位设定值。阀门到位后停止调节，执行顺序控制第6步：跟踪plc给淬火plc发喷水命令，接着执行顺序控制第7步：开低压段快切阀，打开该管路上的快切阀，稳定5s后，比较实际流量和设定值，如果实际流量小于设定值，则开调节阀0.5％(如果实际流量大于设定值，则关调节阀0.5％)，打开或关闭动作执行后，将再次比较实际流量和设定值，直到实际流量和设定流量值一致(在允许偏差±20m³/h以内)，并且稳定5s以上，则停止开关调节阀的动作，完成水量精细调整，继续执行顺序控制第9步：等待钢板头部出炉，进入淬火机。

Claims

1.一种利用淬火机低压段进行弱水冷的精确控制方法，工艺步骤为：

(1)增加6个电磁流量计，分别安装在现场低压段6段集管的管路上、电动调节阀后面，与电动调节阀的距离为10倍管路直径；将增加的6个电磁流量计的流量信号引入plc程序功能块FC302，以便后续参与控制：电磁流量计的供电电压为外接220V AC，返回4-20mA信号通过控制电缆引入西门子Profibus-DP网络中的ET200站上增加的模拟量模块的空模拟量通道内，共6个模拟量信号，在原来的ET200站基础上增加一个8通道模拟量模块，接着在step7软件中打开淬火机的PLC程序，在硬件配置界面内，在对应的ET200站上进行新增模拟量模块及其已经被使用的6个通道的参数选择和地址分配，配置完毕后，将修改后的硬件配置上传到plc，实现现场电磁流量计到PLC的信号传输；接着在淬火机plc程序中建立6个实型变量act_flow01/act_flow02/act_flow03/act_flow04/act_flow05/act_flow06，然后打开淬火机plc控制程序，编写功能块FC302，接着在组织块OB1中增加功能块FC302的调用；FC302的功能为调用西门子程序中固有的FC105功能块即模拟量处理功能块，读取ET200站上新增模拟量模块上对应硬件地址上引入的流量信号，16进制数，将16进制数转换为十进制的实数值，存储在act_flow01～act_flow06这6个实型变量内；

(2)在淬火机PLC控制程序中增加低压段单独水量标定程序FC272，记录低压段6个分段中每一段的电动调节阀开度以及该开度下的实际水流量数值，存储在PLC程序中，并显示在操作界面上；

打开淬火机plc控制程序，编写FC272功能块，然后在组织块OB1中增加功能块FC272的调用，实现低压段各段水量标定功能；得到到位信号后lp_pos_ok被置1，触发接通延时计时器T272，延时5秒后，将该瞬时的实际流量值act_flow01～act_flow06的数值存储在实型变量line1_10％flow～line6_10％flow中；接着将低压段1-6段的电动调节阀调整到20％的开度，得到到位信号后，触发接通延时计时器T272，延时5秒后，将该瞬时的实际流量值act_flow01～act_flow06的数值存储在实型变量line1_20％flow～line6_20％flow中；依次类推，将6个调节阀10％、20％到100％的开度下对应的实际流量值存储在实型变量line1_X％flow～line6_X％flow中，其中X为10、20到100，因此共计54个实型变量，这些变量全部连接到wincc服务器中新建立的画面low_pressure_lines_teaching.PDL中对应的数值显示框中，显示在操作界面上；全部存储完毕，将start_teaching变量置0，结束标定，存储的阀门开度对应的流量值显示在操作界面对应的对话框内；

(3)淬火机plc控制程序中，原来存在着淬火自动顺序控制程序FB200，该程序使用西门子step7配套的s7-graph软件编写，程序的特点是分步顺序执行，当第一步的使能信号发出时，执行第一步，使能第一步下的控制信号，然后只有当第二步的使能信号发出时，才顺序执行第二步，依此类推，即：

步骤0，起始步，一直被使能；

步骤1，钢板出炉前2分钟，跟踪PLC发送淬火请求及淬火设定值给淬火PLC；

步骤2，检测水系统情况；

步骤3，检测淬火机“液压提升”在最低位；

步骤4，调整淬火机上框架到指定位置；

步骤5，低压区调节阀调整到指定位置，即调节阀阀位粗调；

步骤6，跟踪PLC给淬火PLC发喷水命令；

步骤7，开低压区快切阀；

步骤8，低压区各水线流量修正，即水量精确修正；

步骤9，等待钢板头部出淬火炉，进入淬火机；

步骤10，钢板在淬火机内弱水冷；

步骤11，钢板尾部离开淬火机，关闭所有快切阀；

以此淬火过程自动顺序控制程序为基础，在步骤5和步骤8这两个步骤内，调用新增加的低压段各段水量精确调整程序FC273，使低压段进行弱水冷时，各段水量得到精确控制；

当钢板出炉进入淬火机执行弱水冷前，在步骤5，低压段各段调节阀阀位粗调：根据水量标定结果，将工艺的设定水量转换为阀门开度，将对应阀门打开到对应开度；这一自动控制步骤使能时，置为1；淬火机plc程序调用FC273功能块，该功能块完成水量精确控制功能，它根据标定时确定的阀开度及其对应的标定水量值、跟踪plc发送的低压段6个分段的水量设定值，折算出阀门开度设定值，并以阀门开度设定值控制电动调节阀进行开关动作，根据电动调节阀电位计反馈的阀开度信号，确认6个电动调节阀开度全部调整到位后，低压段6个快切阀打开，低压水喷出，这样根据流量计反馈的实际流量值与设定流量值的偏差，通过plc发出脉冲式的调节信号，使电动调节阀每次开、关，都使调节阀的开度变化0.5％，直到流量偏差控制在±20m³/h以内，调节阀调整完毕，稳定5秒以上，将得到稳定准确的流量值，这样步骤8：低压段各水线流量修正这一步骤结束，钢板出炉，按照跟踪plc发送的设定速度通过淬火机低压段进行弱水冷。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，FC272功能块编写包括：建立布尔型变量start_teaching，将其连接到wincc服务器中新建立的画面low_pressure_lines_teaching.PDL中对应的标定开始按钮上，在操作界面上点击该按钮，start_teaching变量，该变量置1，开始低压段各段的水量标定，调用FC100功能块，将低压段1-6段的电动调节阀调整到10％的开度，调整完毕输出到位信号lp_flaps_set_ok，将该布尔量置为1。