CN1047230A - 单片钢板冷轧工艺的自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单片钢板冷轧工艺的自动控制系统。该系统能够在整个轧制过程中自动测量板厚、轧制参数，并对轧制过程实现自动控制，对轧制参数进行实时自动调节和对异常情况自动报警。

Description

本发明属于轧机自动控制领域。

目前，将微处理机应用于控制钢板轧制实现钢板轧制自动化的，一般是连轧机。钢板连轧时，板卷是一个连续的整体，因而可以通过数学模型的计算对一些必要的参数进行预设定。在轧制过程中，由传感元件在线测量各种轧制参数后经过计算机处理，给出对轧制参数进行调节的信号，并通过相应的控制电路对轧机进行控制。然而，单片钢板的轧制是离散的，每轧制一片钢板就存在咬入和抛尾的过程;随着轧制过程的进行，每片钢板各处的变形抗力、硬化程度和厚度都不相同，给轧制和测量带来了困难。此外，一片钢板与另一片钢板之间的差异也较大，又给自动化控制增加了难度。鉴于上述情况，目前对单片钢板冷轧工艺的控制尚未实现自动化。在生产实践中，一般还是由工人在钢板两侧跟随着传送带用千分尺测量钢板厚度，凭经验估计轧制参数，并且用手工操作。

本发明为实现单片钢板冷轧工艺的自动控制，公开一种能在整个轧制过程中自动测量板厚、轧制参数，并对轧制过程实现自动控制，对轧制参数进行实时自动调节和对异常情况自动报警的自动控制系统。

实现本发明的技术方案是：采用PC机做为上位机，运行控制系统主程序，完成通讯、管理、计算、输入和输出功能，通过接口与通讯控制器相连接。通讯控制器是一单板机，主要完成各控制单元与上位机之间的通讯，循环监视和管理功能。通讯控制器通过位总线分别与测厚控制单元、显示控制单元、轧机控制单元和压力检测控制单元相连接。

为了测量每一道次入口板厚和出口板厚，分别在轧机首、尾两端各装一套测厚控制单元。测厚控制单元的结构为，在轧机的钢板运行轨道下方沿横向排列装有三个放射性辐射源。辐射源采用镅-241γ射线源。在钢板运行轨道的上方垂直对应于三个辐射源处装有三个探测器，这样可以测量钢板中间和两侧的厚度。三个探测器分别与三个线性放大器相连接，三个线性放大器分别与三个单道谱仪相连接。三个单道谱仪分别通过光电耦化器后与用于测厚控制的单板机相连接。在其中一个单道谱仪的输出端接一个电平转换器，将单道谱仪输出的方脉冲变换成直流电平信号。电平转换器通过光电耦合器与用于测厚控制的单板机相连接。

显示控制单元的结构为：用于显示控制的单板机通过数据线光电耦合器，地址线光电耦化器和地址译码器后分别与显示屏七段发光二极管显示器相连接。显示屏分为：板厚显示区、道次和板号显示区、主传速度显示区、压下量显示区和压力显示区。

轧机控制单元的结构为：将轧机的左压下螺杆与光电脉冲发生器相连接，光电脉冲发生器与输入光电耦化器相连接;右压下螺杆与光电脉冲发生器相连接，光电脉冲发生器与输入光电耦合相连接;主传动轴与电磁脉冲发生器相连接，电磁脉冲发生器与输入光电耦合相连接;液压系统压力传感器与电压/频率转换器相连接，电压/频率转换器与输入光电耦合器相连接;轧机油箱与油位检测器相连接，油位检测器与输入光电耦合器相连接;输入光电耦合器与用于控制轧机的单板机相连接。用于控制轧机的单板机还与输出光电耦合器相连接，输出光电耦合器与交流接触器相连接，交流接触器与轧机的强电控制电路相连接，由强电控制电路对主传电机和传送带电机进行控制。交流接触器还与抽油泵相连接，通过控制抽油泵的启、停来控制油箱的油位。交流接触器还与液压油泵相连接，以控制液压系统的压力。输出光电耦合器还分别与两个环形分配器相连接，两个环形分配器分别与两个步进电机相连接，两个步进电机分别与两个变阻箱相连接，两个变阻箱分别调节主传电机和传送带电机的转速。

压力检测控制单元的结构为：在轧机左压下螺杆和右压下螺杆上分别装有压力传感器，压力传感器分别与电压/频率转换器相连接，电压/频率转换器与输入光电耦合器相连接，输入光电耦合器与用于压力检测控制的单板机相连接。用于压力检测控制的单板机还与输出光电耦合器相连接，输出光电耦合器与超压保护装置和报警器相连接。

本发明的控制系统贯彻了分散控制，集中管理的原则，提高了整个系统的可靠性，并使整个系统可控性能好，实时响应快。使用γ射线测厚，提高了测量精度，并且能够测得钢板的中间厚度，解决了横向厚差的问题。使用集散系统的计算机控制，可在线测量轧制过程中的各种参数，将轧制工序和控制设备相结合，实现了单片钢板冷轧过程的自动控制，使产品的质量和尺寸精度都得到了很大的提高。例如，在使用本发明自动控制系统之前，成品钢板的横向厚差一般在0.1毫米左右，实现自动控制以后成品钢板的横向厚差一般在0.02毫米左右。由于该系统能够测量和记录轧制过程中的参数，有利于对积累的数据进行分析，有利于不断优化轧制规程和参数。该系统自动化控制程度高，使轧制过程以最优化的方案进行，节约能源和材料消耗。该系统能实时实现超压、超厚等异常情况的报警和保护，能够预防设备超载运行等事故的发生，保障了设备和工作人员的安全。

本发明有如下附图：

图1.控制系统方框图，

图2.测厚控制单元方框图，

图3.显示控制单元方框图，

图4.轧机控制单元方框图，

图5.压力检测控制单元方框图，

图6.主控程序方框图，

图7.通讯控制程序方框图，

图8.轧机控制程序方框图，

图9.压力检测程序方框图。

实施例：

单片钢板冷轧过程的自动控制系统在450冷轧机上进行了实施。系统（见图1）采用PC机1做为上位机，运行控制系统主程序，完成通讯、管理、计算、输入和输出功能，往上通过接口可以和车间（或厂部）的上位机连接通讯，往下通过接口与通讯控制器2相连接。通讯控制器2是一单板机，主要完成各控制单元与上位机之间的通讯、循环监视和管理功能，解决PC机与多个单板机之间的通讯矛盾。通讯控制器通过位总线3分别与测厚控制单元4、5、显示控制单元6、轧机控制单元7和压力检测控制单元8相连接。

为了测量每一轧制道次的入口板厚和出口板厚，并使下一道次能够从与上一道次相反的方向进行轧制，免去坯料的搬运，分别在轧机首、尾两端各装一套测厚控制单元5、6。测厚控制单元的结构（见图2）为：在轧机的钢板运行轨道下方沿横向排列装有三个放射性辐射源10，辐射源采用镅-241γ射线源。实验表明，这种能量的γ射线对测量0.5～4毫米钢板的效果最佳。在钢板运行轨道的上方，三个辐射源的垂直对应处装有三个射线探测器11，使得可同时测量钢板中间和两侧的厚度。三个探测器11分别与三个线性放大器13相连接，三个线性放大器分别与三个单道谱仪14相连接，三个单道谱仪分别通过光电耦合器后与用于测厚控制的单板机9相连接。在其中一个单道谱仪的输出端接一个电平转换器16，将单道谱仪输出的方脉冲变换成直流电平信号，作为钢板到位信号。电平转换器16通过光电耦合器与用于测厚控制的单板机9相连接。图中15是供系统工作的低压电源，12是供探测器工作的高压电源。

轧机控制单元7的结构为（见图4）为：将轧机的左压下螺杆34与光电脉冲发生器29相连接，光电脉冲发生器将电机的转速转换成脉冲信号，电机每转一周将产生360个脉冲。光电脉冲发生器29与输入光电耦合器27相连接。右压下螺杆35与光电脉冲发生器30相连接，光电脉冲发生器30与输入光电耦合器27相连接。这样即可测得轧辊左下压量和右下压量。主传电机51的主传动轴36与电磁脉冲发生器31相连接，电磁脉冲发生器31将主传电机的转速转换成脉冲信号，电机每转一周将产生60个脉冲，这样即可测得轧辊的转速。电磁脉冲发生器31与输入光电耦合器27相连接。控制轧辊弯度的液压系统压力传感器37与电压/频率转换器32相连接，电压/频率转换器将液压系统的压力转换成频率信号输出，电压/频率转换器32与输入光电耦合器27相连接。在轧制过程中不断向钢板浇油的油箱38与油位检测器33相连接，油位检测器33与输入光电耦合器27相连接，输入光电耦合器27与用于控制轧机的单板机26相连接。用于控制轧机的单板机26还与输出光电耦合器28相连接，输出光电耦合器28与交流接触器39相连接，交流接触器39与轧机的强电控制电路40相连接。由强电控制电路40控制主传电机51以控制轧辊的启、停和转动方向，控制左、右压下电机53的启、停以控制和调节轧辊的下压量，控制传送带电机52以控制传送带的启、停和运转方向。交流接触器39还与抽油泵49相连接，通过控制抽油泵的启、停来控制油箱38的油位。交流接触器39又与液压油泵50相连接，通过控制液压系统的压力从而达到控制轧辊弯度的目的。因为在轧制过程中，钢板中部的厚度要比两侧大，为了克服这种横向厚度差，必须根据测得的厚度差，适当调整轧辊的弯度，使钢板在轧制过程中，中部受到的压力大于两侧所受的压力。输出光电耦合器28还分别与两个环形分配器42和46相连接，两个环形分配器42、46分别与两个步进电机43、47相连接，两个步进电机43、47分别与两个变阻箱44、48相连接，两个变阻箱44、48分别调节主传电机51的转速和传送带电机52的转速，进而达到调节轧辊转速和传送带速度的目的。图中41和45是脉冲发生器。

压力检测控制单元8的结构（见附图5）为：在轧机左压下螺杆60和右压下螺杆61上分别装有压力传感器58、59，压力传感器58、59分别与电压/频率转换器56、57相连接，电压/频率转换器将轧辊左、右压力转换成频率信号并输出。电压/频率转换器56、57与输入光电耦合器55相连接，输入光电耦合器55与用于压力检测控制的单板机54相连接。用于压力检测控制的单板机54还与输出光电耦合器62相连接，输出光电耦合器62与超压保护装置和报警器63相连接。其保护方式是自动暂停，其报警方式是采用声和光二重报警。

显示控制单元6的结构（见图3）为：用于显示控制的单板机17通过数据线光电耦合器18，地址线光电耦合器19和地址译码器20后分别与显示屏七段发光二极管显示器相连接。显示屏划分为板厚显示区21，板厚显示区又分为轧前（装在轧机首端的三个探测器）左、中、右的厚度，轧后（装在轧机尾端的三个探测器）左、中、右的厚度;道次和板号显示区22;主传速度显示区23;压下量显示区24，压下量显示区又分为左压下量和右压下量显示区;压力显示区25，显示左右压力之和。

系统软件有装在PC机内的主控程序，其方框图见图6。开机后，初始化;输入下列各参数：线性吸收系数μ、测厚探测器的计数时间、钢板到位后延迟计数的时间（主要考虑到钢板的咬入和抛尾的误差。）、钢板型号、坯料厚度、成品厚度、轧制道数、板数、班组号、日期、时间等;手控/自控选择;选择手控方式则轧制过程的控制全部由手动进行，但是轧制过程中各种参数的测量、显示和记录仍由本发明控制系统自动进行。若选择自控，则系统按以下步骤自动进行：测量本底、源强并显示;轧辊自动归零;按轧制规程给轧辊预定下压值;控制轧辊速度按规程运转并显示轧辊速度;启动传送带运转，使其运转方向与轧辊一致;发测厚命令;判断是否有测厚数据送来？没有则判断键盘是否有中断，有则处理中断，然后再判断是否有测厚数据送来;有数据送来则按γ射线衰减公式计算钢板厚度;判断钢板是否严重超厚或超薄？是则报警并使轧制过程暂停;待工人将异常钢板搬走后发出恢复信号，再启动传送带，进行下一块钢板的轧制;没有严重超厚或超薄则判断其厚度是否在规程范围内，若不在则按补偿函数值给定下压量，送到轧机控制单元对轧辊下压量进行调节;记录、显示板号和厚度;判断本道次是否轧完？没轧完则继续以上步骤进行轧制，已轧完则判断全部道次是否都轧完，没有则将本道次每张板的轧前/轧后的厚度、下压量、轧制压力、同板差（横向厚度差）和平均厚度的数值存盘;控制轧辊和传送带反向;返回执行按轧制规程给轧辊预定下压值的步骤;若全部道次已轧完则轧辊归零;停轧机和传送带等设备;全部数据存盘;打印所需的数据;结束。

装在通讯控制器内的通讯控制程序的方框图见图7。其主要功能是，接收PC机的命令以后，判断是什么内容的命令，然后发往执行该命令内容的相应控制单元，并将各控制单元的测量数据送往PC机。此外，还能完成各控制单元之间的数据交换。整个通讯过程是根据轧制流程作优先级排队。整个通讯控制程序的流程都是一个逻辑判断过程，在此不再详述。

装在轧机控制单元中的单板机内的轧机控制程序的方框图见图8。开机后，判断通讯控制器是否有命令发来？没有则判断是否要手动改变轧辊下压量，需要则根据下压量的显示改变轧辊下压量，不需要则判断轧辊处有板到位信号否？有则将钢板数累计加1并回到等待命令状态，没有则判断有板去位信号吗？没有则检测并调节液压弯辊，检测并控制油箱的油位，使其油位符合要求，然后回到等待命令的状态;有板去位信号则判断下一张板要零点下压吗？要则处理零点下压（或上抬），处理零点下压队列然后回到等待命令状态;若下一张板不要零点下压，则判断本张板已零点下压了吗？没有则回到等待命令状态，有则处理零点恢复后回到等待命令;如果通讯控制器有命令发来，则判断是轧辊归零信号吗？若是则向轧辊压力检测单元取压力值，控制轧辊下压量，使轧辊压力归零后回到等待命令状态;若不是则判断是停传送带的命令吗？是则停传送带后回到等待命令的状态;不是则判断是停轧辊命令吗？是则停轧辊然后回到等待命令状态;不是则判断是调节下压值的命令吗？是则根据给定的下压值调节轧辊的下压值后回到等待命令的状态;不是则判断是启动传送带的命令吗？是则按给定的运转方向启动传送带后回到等待命令的状态;不是则判断是启动轧辊的命令吗？是则按给定的方向启动轧辊并逐渐加速到给定的速度，然后回到等待命令的状态;不是则判断是零点下压的命令吗？是则判断是第一张板要零点下压吗？是则转到调节轧辊下压值的步骤，不是第一张零点下压则将下压值和板号等进队列后回到等待命令的状态;若不是零点下压的命令则属于错误命令，处理不认识的命令后回到等待命令的状态。

装在压力检测控制单元中的单板机内的压力检测程序的方框图见图9。开机以后测轧辊压力值并保存;判断压力是否大于轧机规定值？是则报警，上抬轧辊并归零后回到测压力并保存的步骤;若没有大于规定值则再取压力值;判断压力值是否大于规定值？是则报警，上抬轧辊并归零后回到测压力并保存的步骤;若没有大于规定值则将压力值与保存的压力值比较，判断是否大于保存的压力值？是则判断是第一次大于保存值吗？不是则保存所测的压力值并回到判断压力值是否大于规定值的步骤;若是第一次大于保存值则保存的压力为最低压力值，送显示和PC机;将轧机板到位信号发往轧机控制单元后回到初始的测压力并保存的步骤;若没有大于保存的压力值则判断是否小于保存的压力值？没有则回到判断压力是否大于规定值的步骤;是小于保存的压力值则判断是否第一次小于保存的压力值？不是则保存所测的压力值后回到判断压力值是否大于规定值的步骤;是则保存的压力为最大压力值，送显示和PC机;将轧机板去位信号发往轧机控制单元后回到初始的测压力并保存的步骤。

在显示控制单元中的单板机内有显示控制程序。在测厚控制单元中的单板机内有测厚控制程序。这些程序与公知的类同，在此不再详述。

Claims (7)

1、一种单片钢板冷轧工艺的自动控制系统，本发明的特征是采用PC机1做为上位机，运行控制系统主程序，完成通讯、管理、计算、输入和输出功能，通过接口与通讯控制器2相连接，通讯控制器是一单板机，主要完成各控制单元与上位机之间的通讯、循环监视和管理功能，通讯控制器2通过位总线3分别与测厚控制单元4、5、显示控制单元6、轧机控制单元7和压力检测控制单元8相连接。

2、如权利要求1所述的单片钢板冷轧工艺的自动控制系统，其特征是在轧机首、尾两端分别装有测厚控制单元4、5。

3、如权利要求1所述的单片钢板冷轧工艺的自动控制系统，其特征是测厚控制单元4、5的结构为在轧机的钢板运行轨道下方沿横向排列装有三个辐射源10，在钢板运行轨道上方的垂直对应于三个辐射源处装有三个探测器11，三个探测器分别与三个线性放大器13相连接，三个线性放大器13分别与三个单道谱仪14相连接，三个单道谱仪14分别通过光电耦合器后与用于测厚控制的单板机9相连接，在其中一个单道谱仪的输出端接一个电平转换器16，将单道谱仪输出的方波脉冲变换成直流电平信号，电平转换器16通过光电耦合器与用于测厚控制的单板机9相连接。

4、如权利要求3所述的单片钢板冷轧工艺的自动控制系统，其特征是辐射源10用镅-241γ射线源。

5、如权利要求1所述的单片钢板冷轧工艺的自动控制系统，其特征是显示控制单元6的结构为用于显示控制的单板机17通过数据线光电耦合器18，通过地址线光电耦合器19和地址译码器20后分别与显示屏上的七段发光二极管显示器相连接，显示屏划分为板厚显示区21、道次和板号显示区22、主传速度显示区23、压下量显示区24和压力显示区25。

6、如权利要求1所述的单片钢板冷轧工艺的自动控制系统，其特征是轧机控制单元7的结构为将轧机的左压下螺杆34与光电脉冲发生器29相连接，光电脉冲发生器29与输入光电耦合器27相连接，右压下螺杆35与光电脉冲发生器30相连接，光电脉冲发生器30与输入光电耦合器27相连接，主传电机51的主传动轴36与电磁脉冲发生器31相连接，电磁脉冲发生器31与输入光电耦合器27相连接，液压系统压力传感器37与电压/频率转换器32相连接，电压/频率转换器32与输入光电耦合器27相连接，轧机油箱38与油位检测器33相连接，油位检测器33与输入光电耦合器27相连接，输入光电耦合器27与用于控制轧机的单板机26相连接，用于控制轧机的单板机26还与输出光电耦合器28相连接，输出光电耦合器28与交流接触器39相连接，交流接触器39与轧机的强电控制电路40相连接，由强电控制电路40对主传电机51和传送带电机52进行控制，交流接触器39还与抽油泵49相连接，控制抽油泵的启/停，从而控制油箱38的油位，交流接触器39又与液压油泵50相连接，控制液压系统的压力，输出光电耦合器28还分别与两个环形分配器42、46相连接，两个环形分配器分别与两个步进电机43、47相连接，两个步进电机43、47分别与两个变阻箱44、48相连接，以调节主传电机51和传送带电机52的转速。

7、如权利要求1所述的单片钢板冷轧工艺的自动控制系统，其特征是压力检测单元8的结构为在轧机左压下螺杆60和右压下螺杆61上分别装有压力传感器58、59，压力传感器58、59分别与电压/频率转换器56、57相连接，电压/频率传感器56、57与输入光电耦合器55相连接，输入光电耦合器55与用于压力检测控制的单板机54相连接，用于压力检测控制的单板机54还与输出光电耦合器62相连接，输出光电耦合器62与超压保护装置和报警器63相连接。

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