CN105695705B - 一种用于在线固溶的钢板轧后快速冷却基础自动化系统 - Google Patents

Abstract

一种用于在线固溶的钢板轧后快速冷却基础自动化系统，属冶金技术领域。其所述的基础自动化系统包括有快速冷却水处理系统和液压系统的基础自动化系统，可以进行相关钢种的在线固溶处理；所述的基础自动化系统通过设计合理的水处理系统和液压系统的基础自动化系统，实现冷却过程的全自动精确控制。该冷却系统投资少，冷却装置紧凑节能，冷却速率高，可进行控制冷却的钢板的厚度规格范围大，自动控制精度高，冷却后板形良好。

Description

一种用于在线固溶的钢板轧后快速冷却基础自动化系统

技术领域

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种钢板轧后的在线固溶处理。

背景技术

固溶热处理是指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。主要是改善钢和合金的塑性和韧性，为沉淀硬化处理作好准备等。可以使合金中各种相充分溶解，强化固溶体，并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工或成型。适用于多种特殊钢，尤其是高锰钢和奥氏体不锈钢。对于过饱和度低的合金，通常选择较快的冷却速度；对于过饱和度高的合金，通常选择较慢的冷却速度。

钢板的传统固溶热处理是采用与轧机分开的热处理设备进行离线热处理，需要再加热后进行快速冷却。这种生产工艺不仅增加了设备投资，而且工序繁多，生产周期长，导致钢材成本增加，满足不了大批量的快节奏生产，极大地制约了经济效益的提高。

而在线固溶处理是利用钢材热轧后的余热，控制钢材轧制后的冷却速度，使温度变化过程更接近离线热处理的温降过程，达到相同或相近的钢材组织和性能，其冷却过程一般也称为钢板在线控制冷却或直接淬火。其特点如下:

(1)由于钢板经精轧机轧制后直接进入在线热处理设备，省去了常规工艺所需的钢板重新加热过程，可以节省大量能源。

(2)由于省去了重新加热工序故减少了热处理工艺时间，相应提高了热处理设备能力，同时由于热处理设备为在线布置，也减少了钢板传输时间。

(3)由于省去钢板冷却后重新加热过程,故减少了合金元素引起的硬化现象。

(4)保留了控制轧制过程中细小的再结晶晶粒和大量变形位错，较离线热处理晶粒更为细小均匀，力学性能更为优异。

钢板在线控制冷却及淬火是上世纪80年代以来发展迅速的一项冷却技术。它是通过在线控制相变组织，细化组织以及其他强化机理相结合，降低合金含量，提高材料的强韧性及焊接性能，从而实现减量化制造、节约有限资源和节能减排的目标。但是现有的中厚板轧后在线冷却系统一般由高压喷射冷段段和常压层流冷却段组成，一般喷射冷却段较短，无需复杂的跟踪控制系统，对于本文采用的全喷射冷却的在线固溶冷却系统，必须要有完备的逻辑控制、工艺过程的精确控制和跟踪通讯的可靠运行。

专利申请CN102409158A中，公开了一种中厚板辊式淬火机自动控制系统，由PLC及界面系统、过程控制系统和跟踪通讯系统三部分组成，主要是解决辊式淬火机控制复杂和控制精度不高的难题，实现了辊式淬火机自动化、一键式操作。属于热处理自动控制技术领域，与本文涉及的在线固溶轧后冷却系统关系不大。

专利申请CN101603120A中，公开了一种淬火机水冷过程控制方法，通过在硬件上增加DP-DP耦合器，跟踪钢板位置，控制淬火机水冷过程，以缓解钢板低速淬火时低压段供水不足问题。属于热处理控制技术领域，与本文涉及的在线固溶轧后冷却系统关系不大。

上述专利技术对于解决离线热处理淬火的基础自动化控制问题有很好的效果，但是在线轧后冷却的基础自动化控制系统相对于离线热处理淬火要复杂得多，设计一套完善的水处理系统和液压系统的基础自动化控制系统是能否实现在线轧后冷却全自动精确控制的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于在线固溶的钢板轧后快速冷却基础自动化系统，其通过设计合理的水处理系统和液压系统的基础自动化系统，实现冷却过程的全自动精确控制。该冷却系统投资少，冷却装置紧凑节能，冷却速率高，可进行控制冷却的钢板的厚度规格范围大，自动控制精度高，冷却后板形良好，不仅可用于钢板的在线固溶处理，而且对于需要轧后快速冷却的工艺、甚至离线淬火工艺都可以应用。

本发明的技术方案是：提供一种用于在线固溶的钢板轧后快速冷却基础自动化系统，其特征是：

所述的基础自动化系统包括有快速冷却水处理系统和液压系统的基础自动化系统，可以进行相关钢种的在线固溶处理；

所述的基础自动化系统通过设计合理的水处理系统和液压系统的基础自动化系统，实现冷却过程的全自动精确控制。该冷却系统投资少，冷却装置紧凑节能，冷却速率高，可进行控制冷却的钢板的厚度规格范围大，自动控制精度高，冷却后板形良好。

其所述的基础自动化系统通过其硬件配置，来实现公共功能、快冷本体功能、给水控制功能、液压站控制功能和画面显示功能。

其所述的公共功能包括数据接口、材料跟踪、模拟冷却、速度控制、紧急打开功能。

其所述的快冷本体功能包括平台升降功能。

其所述的给水控制功能包括水箱液位监控和流量控制功能。

其所述的液压站控制功能包括操作模式选择、现场操作模式以及远程操作模式。

与现有技术比较，本发明的优点是：

本发明的技术方案，通过设计合理的水处理系统和液压系统的基础自动化系统，实现冷却过程的全自动精确控制。该冷却系统投资少，冷却装置紧凑节能，冷却速率高，可进行控制冷却的钢板的厚度规格范围大，自动控制精度高，冷却后板形良好，不仅可用于钢板的在线固溶处理，而且对于需要轧后快速冷却的工艺、甚至离线淬火工艺都可以应用。

附图说明

图1是本发明的系统网络图；

图2是本发明控制装置与轧线L1通讯连接图；

图3是本发明控制装置与矫直机L1通讯连接图；

图4是本发明控制装置与冷床剪切线L1通讯连接图；

图5是本发明控制装置与浊水循环系统L1通讯连接图；

图6是本发明摆钢控制示意图；

图7是本发明APC速度控制曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

本技术方案的硬件配置：

5.1.1 PLC

采用1套PLC控制器来控制轧后快冷本体装置、新增液压站、中低压给水泵和水箱、集管水流量调节、与轧线和热矫直机通讯、与过程机和人际操作界面通讯等。

远程站：设置3个远程站，电气室远程站(MCC设备的启停和运转信号)，液压站远程站(包括快冷装置现场操作箱的信号)；水系统远程站(水箱、集管流量调节信号等)。

5.1.2 操作盘箱

在快冷本体操作台上设置一个“紧急打开”按钮，通过升降液压缸快速回缩紧急打开快冷平台，保护上喷头。

在快冷本体旁边设置一个现场操作台(含数码管)，设置电动升降按钮、紧急打开按钮、上压辊点动按钮，操作升降电机和液压缸、上压辊等设备。数码管显示电动辊缝。

冷却水系统区域设置一个现场操作箱，操作中低压水泵。

在液压站远程站柜门上带操作按钮，主要是泵的启停、故障显示和油箱加热冷却手动操作。

5.1.3 网络

从快冷系统电气室敷设一根光缆到快冷本体操作室与轧线和剪切线设置在快冷本体操作室的L2系统网络交换机连接，通过轧线和剪切线设置在快冷本体操作室的L2系统网络交换机与轧线和剪切线的L2计算机系统通信。

剪切线L2系统设置在快冷本体操作室的L2交换机是通过光缆直接与机房的L2系统连接，而轧线设置在快冷本体操作室的L2交换机是通过双绞线与L1系统连接，机房的轧线L2系统也是通过双绞线与L1系统连接，通过L1系统的光缆连接实现操作室与机房L2系统的连接。

参见图1。

5.2 公共功能

5.2.1 数据接口

5.2.1.1 与快冷L2通讯

1.预设定电文

内容包括板坯PDI数据、快冷投入与否等信息，抽钢完毕时刻下发，激励L1泵站启动运行。

2.再计算电文

内容包括冷却的辊道速度设定，热矫直机前或冷却停止时刻下发，激励L1的辊道速度控制。

3.钢板吊销电文

L2画面吊销钢板信息的时候发生给L1，删除钢板映像。

4.材料跟踪电文

L1将材料的头尾位置及其他跟踪信息定周期发送给过程机，激励模型计算。

5.模式和手动干预等实绩电文

L1将轧线、矫直机和快冷设备的模式和手动干预等信息定周期反馈给过程机。

6.快冷实绩电文

L1将钢板在快冷区的头部位置、速度、各个测温点的温度值、各组喷箱的水流量等实际值定周期反馈给过程机，供模型自学习。

5.2.1.2 与轧线L1通讯

由于轧机系统的profibus通讯链路终端在步进炉电气室，在快冷系统PLC中增加一条与步进炉系统机柜(柜号+0EP)的profibus-dp网络通讯，通过西门子DP-DP耦合器连接。由于距离比较远，其中增加proibus中继器将通讯信号放大。参见图2。

数据收集

增加一个程序块，将轧机发送给快冷系统的数据和耦合器的输出Q地址关联，将需要从快冷系统读取的数据I和程序变量关联。

5.2.1.3 与矫直机L1通讯

增加一条快冷系统到热矫直机的profibus网络，通过西门子DP-DP耦合器连接。参见图3。

数据收集

增加一个程序块，将热矫直机发送给快冷系统的数据和耦合器的输出Q地址关联，将需要从快冷系统读取的数据I和程序变量关联。

5.2.1.4 与冷床剪切线L1通讯

增加一条快冷系统到剪切线机柜的profibus网络，通过西门子DP-DP耦合器连接到剪切线。由于距离比较远，其中增加profibus中继器将通讯信号放大。参见图4。

数据收集

增加一个程序块，将冷床发送给快冷系统的数据和耦合器的输出Q地址关联，将需要从快冷系统读取的数据I和程序变量关联。

5.2.1.5 与浊水循环系统L1通讯

增加一条快冷系统到原辊底炉淬火机网络机柜的profibus网络，通过西门子DP-DP耦合器连接到浊水系统的子站上。由于距离比较远，其中增加proibus中继器将通讯信号放大。参见图5。

数据收集

增加一个程序块，将水泵发送给快冷系统的数据和耦合器的输出Q地址关联，将需要从快冷系统读取的数据I和程序变量关联。

5.2.2 材料跟踪

根据轧线送来的辊道实际速度或设定速度进行积分，加上物料检测器的定点修正，给出钢板的头部和尾部位置，以及辊道等设备的占用信息，激励模型计算和设备动作。

5.2.2.1 跟踪范围

机后快冷L1 PLC的直接跟踪范围从热矫直机出口的高温计或热金属检测器开始到快冷区出口的高温计或热金属检测器。

可以间接通过轧线PLC和矫直机PLC通讯得到从除鳞箱到矫直机出口之间的材料位置信息，供快冷模型激励计算使用。

5.2.2.2 跟踪建立

过程机在粗轧末道次轧制之后，实物板坯到达矫直机出口高温计或热检之前，下达设定电文，将板坯的基本信息下达给一级机的材料跟踪功能。当板坯到达矫直机出口高温计或热检位置，高温计或热检将产生占用信号，材料跟踪功能建立，实现对该板坯的跟踪，同时生成板坯映像。

在快冷区域仅对一块钢板进行跟踪。

5.2.2.3 映像删除

映像删除有以下几种模式：

表1 映像删除方式列表

5.2.2.4 跟踪修正

板坯在跟踪过程中受到外界因素的影响，导致板坯实际位置与映像不符，这时候需要对板坯进行跟踪修正。修正有自动和手动两种方式。

在自动方式下，板坯跟踪修正信号主要有两个，一个是高温计或热检信号，一是快冷区内的材料检测传感器(水压式)信号。这两个信号用来修正板坯的头尾位置，同时也修正带材的长度数据。为避免因错误信号的产生而导致误修正，在带钢跟踪修正中采用“窗口”技术。当映像在窗口区域以内时，带钢修正有效；映像在窗口区域以外时，带钢跟踪修正数据无效。

在手动方式下，操作工可以通过HMI画面修正，但这种方式并不是标准的修正方式。

操作员点击画面中区域(快冷入口或快冷出口)的“修正”按钮，弹出对话框中确认后，物料映像自动修正到该区域下的有效热检下。物料长度根据有效热检范围确定。该功能不能跨区域修正，且一个区域内只允许一个物料。

5.2.3 模拟冷却

为了方便调试和新产品研发，设置模拟冷却功能，启动该功能后，要实现下列功能：

1.从抽钢到快冷出口高温计之间的跟踪信号的模拟，以激励模型和设备动作；

2.模拟钢板的头部位置，移动速度，实际温度等过程数据。

3.水泵泵站、液压站按照真实生产的过程正常运转。

4.根据过程机的设定，对喷箱水流量进行调节，并跟踪模拟信号打开和关闭。

可以单独模拟，也可以跟轧线和矫直机一起模拟。

5.2.4 速度控制

5.2.4.1 速度交接

快冷区辊道和上压辊的速度模式与快冷区的冷却模式相一致，分成连续式、连续摆动式、摆动式和空过式。

根据矫直机投入与否，快冷与矫直机或轧线形成速度上的主从关系，分成几种情况：

1.快冷投入，矫直机投入

矫直机抛钢前矫直机为主，快冷区辊道跟随矫直机速度；钢板进入快冷区之后快冷区速度为主，矫直机和冷床辊道为从；

2.快冷投入，矫直机空过

快冷为主，矫直机为从；钢板进入快冷区之前，轧线为主，快冷区辊道跟随轧线的传输速度接钢；钢板进入快冷区后快冷区速度为主，矫直机、轧线和冷床辊道为从。

3.快冷不投入

按照原来的速度模式进行生产运行，辊缝打开到最大高度，下喷头使用最小保护流量(冷却)。

4.快冷紧急打开或空过

在快冷投入情况下，如果钢板头部翘曲报警，则紧急打开辊缝，仍然按照快冷为主进行控制，只是速度改成固定速度一次通过快冷区域。

5.2.4.2 摆动

摆动策略：物料头部到达快冷区第三个材料检测器(水压式)，辊道以某个速度(L1设定)反转,反转持续TD时间，辊道正向以某个速度(L1设定)前进至摆钢点，循环摆动。参见图6。

5.2.5 紧急打开功能

5.2.5.1 自动打开

根据快冷入口的板形检测机构反馈的报警信号，自动打开升降液压缸，同时快冷区域进入空过状态，上压辊停转，三通阀切到旁通状态，将钢板输送到冷床。

5.2.5.2 手动打开

操作工根据情况，可以通过操作台上的“紧急打开”按钮，手动打开升降液压缸，程序自动将快冷区转成空过状态，上压辊停转，三通阀切到旁通状态，下辊道听从操作工的手动操作。

5.2.5.3 硬件回路

快冷本体操作台上的“紧急打开”按钮信号同时进PLC和继电器硬件回路，汇总后送液压阀，以保证系统可靠性和快速响应等要求。

5.3 快冷本体功能

5.3.1 平台升降功能

控制模式分自动模式、手动模式和标定模式

全自动模式下，根据过程机的设定，在钢板进入快冷区域之前电动辊缝调节到位。触发定位的跟踪信号是粗轧机末道次抛钢信号或者是粗轧机出口热检占用信号。

半自动模式，操作工在操作台的HMI画面上输入目标辊缝，按下定位按钮，则自动定位到输入的目标辊缝；

手动点动方式，HMI画面上或现场操作箱上提供点动按钮，手动升降快冷平台。

标定模式：在该模式下，升降液压缸缩回，操作工在画面上输入现场实测的辊缝，按下标定按钮，则将该数值强制成当前实际辊缝。

为防止机械丝杆卡死，电动升降自动定位的连锁条件是升降液压缸已经处于伸出(充油)状态。

5.3.1.1 电动辊缝控制

1.自动定位

自动辊缝位置控制，根据设定与反馈得到的偏差值进行速度计算，从而以平滑的速度使机构动作到设定位置，简称APC。

APC速度输出曲线如图7所示。当偏差较大时，速度以恒定加速度加速到速度限幅最大值，之后以恒定速度运行，到达减速点后，速度以平滑曲线减速，直至到达位置设定点。

2.手动点动

在机旁操作台上，设置有电动辊缝“点动上升”和“点动下降”带灯按钮，手动操作提升电机以固定速度上升或下降。

在中央操作室的HMI画面上可以远程点动操作提升电机以固定速度上升或下降。

5.3.1.2 升降液压缸控制

升降液压缸是电磁换向阀控制，只能全行程伸出或缩回。

模式有自动模式和手动模式。

5.3.1.3 辊缝调节方向和顺序

为消除齿轮间隙，采取一个方向(下降方向)的定位方式，过程如下：

1.接受过程机辊缝设定值，跟当前的实际辊缝比较，判断方向，

如果关闭方向，则先升降液压缸充油，伸出活塞(行程为固定值)，然后启动电动辊缝调节，目标辊缝为过程机设定值与液压行程的差值；

如果打开方向，则在该设定值基础上增加一个固定值作为定位第一步的目标辊缝，直接启动电动辊缝调节；

2.到达第一步的目标辊缝后将升降缸伸出；

3.升降缸伸出到位后，将过程机设定值与液压缸固定行程的差值作为第二步的目标辊缝，向下再定位一个固定值即为目标辊缝。

4.目标辊缝定位到之后，给出定位完毕可以进钢连锁信号给前面的矫直机或轧机。

5.3.1.4 电动辊缝的保护和标定

升降机上下限位传感器是电动辊缝的机械极限，一旦该限位动作，则立即发停车指令并报警。

电动辊缝标定后，程序自动根据位移传感器计算出软件的略小于机械限位范围的保护位置，并在自动定位过程中实时监控，一旦到达软件保护限位，则立即停车并报警。

人工点动提升电机到合适位置并缩回升降液压缸后测量上压辊辊面到下辊道辊面的距离，将该测量值输入操作画面上，按下“标定”按钮，则程序自动将测量值作为当前辊缝实际值。

5.4 给水控制功能

5.4.1 水箱液位监控

水箱设液位计和液位开关检测实际液位，对水箱的补水和用水进行监控，当液位过高时候，则将补水阀关闭并报警；当液位过低的时候，则关闭供水泵并报警。

水箱的补水阀动作与三通柱塞阀的动作相连动，当柱塞阀打开出水到喷箱的时候，水箱的补水阀同时打开，以补充用水；当柱塞阀旁路回水箱补水时，根据水箱液位决定是否补水。

5.4.2 流量控制功能

5.4.2.1 水泵

水泵有远控/近控模式，远控模式下有自动/手动方式；

自动时，根据材料跟踪和过程机的设定，启动供水泵，并调节流量；

手动时，可自行打开任一供水泵；

过热保护功能。一旦过热报警，两台供水泵不可动作；

供水泵有打开及关闭超时报警；

近控时，由现场开关按钮控制阀门开闭。

5.4.2.2 喷箱流量

快冷喷箱分成中压管路及低压管路两段，配有上集管(上喷头)与下集管(下喷头)，中压M组，低压N组。

每两个喷箱的中部和两侧边部各由一组流量调节阀、流量计和三通柱塞阀控制，上喷箱有M+N组，下喷箱有M+N组流量调节阀和检测仪表。

在自动方式下，根据过程机的流量设定，每个喷箱的中部和边部水量根据流量计的检测反馈进行PID闭环调节，三通柱塞阀在钢板到达快冷区之前处于旁通位置，待流量调节稳定后钢板进入快冷区，则三通柱塞阀切换到喷水位置，将冷却水送到喷箱。

调节阀的标定

在手动模式下，对每一组调节阀描绘出“供水水压-阀门开度-水流量”对应表，以及响应时间，为自动流量调节的时候快速调节到位提供基准。

5.4.3 辊道冷却控制功能

辊道冷却保留不变，在原系统内控制，相关的接口连锁信号快冷区PLC提供。

5.4.4 钢板吹扫控制功能

根据材料跟踪信号自动触发或手动打开。

5.5 液压站控制功能

5.5.1 概述

快冷液压系统包括液压泵、循环泵、加热器和冷却水阀等；主要供升降油缸使用。

5.5.3 操作模式

5.5.3.1 现场操作模式

现场操作模式要求操作员通过现场操作箱执行单体设备的控制，此模式仅有必要的内部连锁，且在操作箱上为操作员提供一些传感器的显示。现场设置操作箱分别对液压泵、循环泵和加热器进行现场操作。

5.5.3.2 远程操作模式

远程操作模式要求操作员通过HMI操作员站执行设备的单体操作或对整体的顺序控制操作。

远程操作模式：手动操作模式是为操作员提供的远程手动操作方式，要求操作员通过远程站HMI执行单体设备的控制，此模式具备全部的内部连锁。

5.5.3.3 功能描述

1.液压泵

液压泵可以在主操室的HMI操作，也可以在现场操作盘手动操作。

HMI远程手动操作：

液压泵由操作台上的“泵选择开关”进行选择成为“主泵”后可以完成半自动操作。

半自动操作的液压泵启动和停止由操作台上“启动”和“停止”按钮控制。

在初始操作，液压泵在无负荷条件下启动。在泵启动一定时间后，这些泵带负载自动操作。

现场手动操作：

在机旁的现场操作盘上，提供一个“现场”和“操作室”的切换开关。

手动操作利用现场操作盘上的切换开关“启动”和“停止”来进行。

当进行“现场”到“操作室”，“操作室”到“现场”切换时：

“现场”→“操作室”：所有泵停止

“操作室”→“现场”：泵继续运行

启动主要连锁：

-MCC准备好

-无停泵信号

-无油箱温度高报警

-循环泵运行中

-出口电磁阀得电

2.循环泵

液压系统循环泵启动作为主泵启动的连锁条件之一。循环泵的启动可以在主操室的HMI远程手动操作，也可以在现场操作盘手动操作。

HMI远程手动操作：

在机旁的现场操作盘上，提供一个“现场”和“操作室”的切换开关。当远程操作箱上切换开关打到操作室，则由HMI手动启动、停止循环泵。

现场手动操作：

利用现场操作盘上的切换开关“启动”和“停止”来进行。

循环过滤器的报警

液压系统过滤泵能在现场或控制台上操作，提供了一个压差检测开关，用于检测过滤器是否脏，检测信号在HMI上显示。

启动主要连锁：

-MCC准备好

-无停泵信号

-无油箱液位低报警

3.加热器

液压系统加热器用于调节油箱内部液压油温度。当温度低于设定温度时，手动启动加热器。当温度回升后，手动关闭加热器。加热器的启动可以在主操室的HMI远程手动操作，也可以在现场操作盘手动操作。

在机旁的现场操作盘上，提供一个“现场”和“操作室”的切换开关。

当操作箱上切换开关打到操作室，则由HMI手动启动、停止加热器。

利用现场操作盘上的切换开关“启动”和“停止”来进行。

启动主要连锁：

-无油箱温度高报警

-循环泵运行中

4.冷却

自动模式下，当油箱温度高报警信号出现后，则自动打开冷却水阀进行热交换器对油进行冷却。

手动模式下，可以在现场打开或关闭冷却水阀。

5.6 画面功能

5.6.1 画面功能

1.主画面

显示快冷主要设备状态，阀门流量，钢板映像等。

2.提升电机和液压缸点动操作和标定画面。

3.供水泵站操作和状态画面。

4.液压站操作和状态画面。

5.趋势图，包括：水流量、温度等。

6.报警，分成高报警和低报警。

实施例：

实施例

本发明的用于在线固溶的轧后冷却系统的一个具体实施例的主要参数如下(在线固溶的快速冷却本体操作室为7CS)：

8.1 硬件配置

8.1.1 PLC

采用1套西门子S7 414-2DP控制器来控制轧后快冷本体装置、新增液压站、中低压给水泵和水箱、集管水流量调节、与轧线和热矫直机通讯、与过程机和人际操作界面通讯等。

8.1.2 操作盘箱

在7CS操作台上设置一个“紧急打开”按钮，通过升降液压缸快速回缩紧急打开快冷平台，保护上喷头。

8.1.3 网络

从快冷系统电气室敷设一根光缆到7CS操作室与轧线和剪切线设置在7CS操作室的L2系统网络交换机连接，通过轧线和剪切线设置在7CS操作室的L2系统网络交换机与轧线和剪切线的L2计算机系统通信。

剪切线L2系统设置在7CS操作室的L2交换机是通过光缆直接与机房的L2系统连接，而轧线设置在7CS操作室的L2交换机是通过双绞线与L1系统连接，机房的轧线L2系统也是通过双绞线与L1系统连接，通过L1系统的光缆连接实现操作室与机房L2系统的连接。

参见图1。

8.2 公共功能

8.2.1 数据接口

8.2.1.1 与轧线L1通讯

由于原轧机系统的profibus通讯链路终端在步进炉4#电气室，在快冷系统PLC中增加一条与步进炉系统机柜(柜号+0EP)的profibus-dp网络通讯，通过西门子DP-DP耦合器连接。由于距离比较远，其中增加proibus中继器将通讯信号放大。参见图2。

硬件组态

轧线系统为ABB 800Xa系统，在PS14上增加一个DP/DP Coupler连接器，和快冷系统通讯，以组态为IO的方式。

数据收集

增加一个程序块，将轧机发送给快冷系统的数据和耦合器的输出Q地址关联，将需要从快冷系统读取的数据I和程序变量关联。

轧机发送到快冷系统变量

序号	数据名称	数据类型
			1.	钢板头部位置	Float
2.	钢板尾部位置	Float
			3.	钢板跟踪信息：热检信号	Bit

4.	钢板号	Char[12]
			5.	矫直机出口辊道1实际速度	Float
6.	矫直机出口辊道2实际速度	Float
			7.	矫直机出口辊道3实际速度	Float
8.	矫直机出口辊道4实际速度	Float
			9.	矫直机入口高温计1	Float
10.	矫直机入口高温计2	Float
			11.	矫直机出口高温计1	Float
12.	矫直机出口高温计2	Float

快冷系统变量发送到轧机

序号	数据名称	数据类型
			1.	快冷模式	Int
2.	快冷区状态	Int
			3.	快冷区钢板通过速度	Float

8.2.1.2 与矫直机L1通讯

增加一条快冷系统到热矫直机的profibus网络，通过西门子DP-DP耦合器连接。Profibus网络线接入到7CS操作室内，+E41DB02柜中模块为03HL1AA0.M0.1—A805的耦合器为终端，可将快冷系统到矫直机的profibus-dp线接入该模块矫直机侧。原模块终端改为非终端。参见图3。

硬件组态

在热矫直机19号槽通讯卡链路上增加一个DP/DP Coupler连接器，和快冷系统通讯，以组态为IO的方式。

数据收集

增加一个程序块，将热矫直机发送给快冷系统的数据和耦合器的输出Q地址关联，将需要从快冷系统读取的数据I和程序变量关联。

热矫直机发送到快冷系统变量

序号	数据名称	数据类型
			1.	钢板头部位置	Float
2.	钢板尾部位置	Float
			3.	钢板跟踪信息：热检信号	Bit32
4.	钢板号	Char[12]
			5.	矫直机出口辊道1实际速度	Float
6.	矫直机出口辊道2实际速度	Float
			7.	矫直机出口辊道3实际速度	Float
8.	矫直机出口辊道4实际速度	Float
			9.	矫直机空过	Bit32
10.	矫直机入口高温计1	Float
			11.	矫直机入口高温计2	Float
12.	矫直机出口高温计1	Float
			13.	矫直机出口高温计2	Float
14.	快冷区出口高温计1	Float
			15.	快冷区出口高温计2	Float

快冷系统变量发送到热矫直机

序号	数据名称	数据类型
			1.	快冷模式	Int
2.	快冷区状态	Int
			3.	快冷区钢板通过速度	Float

8.2.1.3 与冷床剪切线L1通讯

增加一条快冷系统到剪切线机柜(在现场靠近26#门)的profibus网络，通过西门子DP-DP耦合器连接到剪切线ET-200子站上。由于距离比较远，其中增加proibus中继器将通讯信号放大。参见图4。

硬件组态

冷床为西门子S7-400系统，在BCD程序中的硬件组态上，profibus DP 2上增加一个DP/DP Coupler连接器，和快冷系统通讯，以组态为IO的方式。

数据收集

增加一个程序块，将冷床发送给快冷系统的数据和耦合器的输出Q地址关联，将需要从快冷系统读取的数据I和程序变量关联。

冷床发送到快冷系统变量

序号	数据名称	数据类型
			1	冷床入口速度	Float
2	冷床允许送钢板	Int

快冷系统变量发送到冷床

序号	数据名称	数据类型
			1.	快冷模式	Int
2.	快冷区钢板通过速度	Float

8.2.1.4 与浊水循环系统L1通讯

增加一条快冷系统到原辊底炉淬火机网络机柜(7#电气室)的profibus网络，通过西门子DP-DP耦合器连接到浊水系统的子站上。由于距离比较远，其中增加proibus中继器将通讯信号放大。参见图5。

硬件组态

浊水循环系统为西门子S7-300系统，在水泵程序中的硬件组态上，profibus上增加一个DP/DP Coupler连接器，和快冷系统通讯，以组态为IO的方式。

数据收集

增加一个程序块，将水泵发送给快冷系统的数据和耦合器的输出Q地址关联，将需要从快冷系统读取的数据I和程序变量关联。

浊水循环发送到快冷系统变量

序号	数据名称	数据类型
			1	正常运行中	Int
2	故障停泵	Int

快冷系统变量发送到浊水循环系统

序号	数据名称	数据类型
			1	用水状态中	Int

8.2.3 速度控制

8.2.3.1 摆动

摆动策略：物料头部到达快冷区第三个材料检测器(水压式)，辊道以-0.5m/s(L1设定)反转,反转持续TD时间，辊道正向以0.5m/s(L1设定)前进至摆钢点，循环摆动。参见图6。

8.3 快冷本体功能

8.3.1 辊缝调节方向和顺序

为消除齿轮间隙，采取一个方向(下降方向)的定位方式，过程如下：

1.接受过程机辊缝设定值，跟当前的实际辊缝比较，判断方向，

如果关闭方向，则先升降液压缸充油，伸出活塞(行程为固定值)，然后启动电动辊缝调节，目标辊缝为过程机设定值与液压行程的差值；

如果打开方向，则在该设定值基础上增加10mm作为定位第一步的目标辊缝，直接启动电动辊缝调节；

2.到达第一步的目标辊缝后将升降缸伸出；

3.升降缸伸出到位后，将过程机设定值与液压缸固定行程的差值作为第二步的目标辊缝，向下再定位10mm即为目标辊缝。

4.目标辊缝定位到之后，给出定位完毕可以进钢连锁信号给前面的矫直机或轧机。

8.4 给水控制功能

8.4.1 喷箱设计

快冷喷箱分成中压管路及低压管路两段，配有上集管(上喷头)与下集管(下喷头)，中压2组，低压14组。

每两个喷箱的中部和两侧边部各由一组流量调节阀、流量计和三通柱塞阀控制，上喷箱有16组，下喷箱有16组流量调节阀和检测仪表。

8.5 液压站控制功能

8.5.1 概述

快冷液压系统包括2台液压泵，1台循环泵，1台加热器，一台冷却水阀等；主要供升降油缸使用。

8.5.2 操作模式

8.5.2.1 现场操作模式

现场操作模式要求操作员通过现场操作箱执行单体设备的控制，此模式仅有必要的内部连锁，且在操作箱上为操作员提供一些传感器的显示。现场共设置1台操作箱分别对液压泵、循环泵和加热器进行现场操作。

8.5.2.2 远程操作模式

远程操作模式要求操作员通过HMI操作员站执行设备的单体操作或对整体的顺序控制操作。

远程操作模式：手动操作模式是为操作员提供的远程手动操作方式，要求操作员通过远程站HMI执行单体设备的控制，此模式具备全部的内部连锁。

本发明的技术方案，通过设计合理的水处理系统和液压系统的基础自动化系统，实现冷却过程的全自动精确控制。该冷却系统投资少，冷却装置紧凑节能，冷却速率高，可进行控制冷却的钢板的厚度规格范围大，自动控制精度高，冷却后板形良好，不仅可用于钢板的在线固溶处理，而且对于需要轧后快速冷却的工艺、甚至离线淬火工艺都可以应用。

Claims (6)

1.一种用于在线固溶的钢板轧后快速冷却基础自动化系统，其特征是：

所述的基础自动化系统包括有快速冷却水处理系统和液压系统的基础自动化系统，可以进行相关钢种的在线固溶处理；

所述的钢板轧后快速冷却基础自动化系统，采用1套PLC控制器来控制轧后快冷本体装置、新增液压站、中低压给水泵和水箱、集管水流量调节、与轧线和热矫直机通讯、与过程机和人际操作界面通讯；

所述的钢板轧后快速冷却基础自动化系统，设置有电气室远程站、液压站远程站和水系统远程站3个远程站；其中，电气室远程站用于MCC设备的启停和运转信号，液压站远程站用于快冷装置现场操作箱的信号，水系统远程站用于水箱、集管流量调节信号；

所述的钢板轧后快速冷却基础自动化系统，从快冷系统电气室敷设一根光缆到快冷本体操作室与轧线和剪切线设置在快冷本体操作室的L2系统网络交换机连接，通过轧线和剪切线设置在快冷本体操作室的L2系统网络交换机与轧线和剪切线的L2计算机系统通信；剪切线L2系统设置在快冷本体操作室的L2交换机是通过光缆直接与机房的L2系统连接，而轧线设置在快冷本体操作室的L2交换机是通过双绞线与L1系统连接，机房的轧线L2系统也是通过双绞线与L1系统连接，通过L1系统的光缆连接实现操作室与机房L2系统的连接；

所述的钢板轧后快速冷却基础自动化系统与快冷L2之间的通讯至少包括预设定电文、再计算电文、钢板吊销电文、材料跟踪电文、模式和手动干预实绩电文以及快冷实绩电文；

所述的钢板轧后快速冷却基础自动化系统与轧线L1之间的通讯模式包括在快冷系统PLC中增加一条与步进炉系统机柜的profibus-dp网络通讯，通过西门子DP-DP耦合器连接；同时增加一个程序块，将轧机发送给快冷系统的数据和耦合器的输出Q地址关联，将需要从快冷系统读取的数据I和程序变量关联；

所述的钢板轧后快速冷却基础自动化系统与矫直机L1之间通讯模块增加一条快冷系统到热矫直机的profibus网络，通过西门子DP-DP耦合器连接；同时增加一个程序块，将热矫直机发送给快冷系统的数据和耦合器的输出Q地址关联，将需要从快冷系统读取的数据I和程序变量关联；

所述的钢板轧后快速冷却基础自动化系统与冷床剪切线L1之间的通讯模块增加一条快冷系统到剪切线机柜的profibus网络，通过西门子DP-DP耦合器连接到剪切线；同时增加一个程序块，将冷床发送给快冷系统的数据和耦合器的输出Q地址关联，将需要从快冷系统读取的数据I和程序变量关联；

所述的钢板轧后快速冷却基础自动化系统与浊水循环系统L1之间通讯模块增加一条快冷系统到原辊底炉淬火机网络机柜的profibus网络，通过西门子DP-DP耦合器连接到浊水系统的子站上；同时增加一个程序块，将水泵发送给快冷系统的数据和耦合器的输出Q地址关联，将需要从快冷系统读取的数据I和程序变量关联；

所述的钢板轧后快速冷却基础自动化系统在自动方式下，板坯跟踪修正信号有两个，一个是高温计或热检信号，一是快冷区内的材料检测传感器信号；这两个信号用来修正板坯的头尾位置，同时也修正带材的长度数据；为避免因错误信号的产生而导致误修正，在带钢跟踪修正中采用“窗口”技术，当映像在窗口区域以内时，带钢修正有效；映像在窗口区域以外时，带钢跟踪修正数据无效；

所述的基础自动化系统通过设计合理的水处理系统和液压系统的基础自动化系统，实现冷却过程的全自动精确控制，该冷却系统投资少，冷却装置紧凑节能，冷却速率高，可进行控制冷却的钢板的厚度规格范围大，自动控制精度高，冷却后板形良好。

2.按照权利要求1所述的用于在线固溶的钢板轧后快速冷却基础自动化系统，其特征是所述的基础自动化系统通过其硬件配置，来实现公共功能、快冷本体功能、给水控制功能、液压站控制功能和画面显示功能。

3.按照权利要求2所述的用于在线固溶的钢板轧后快速冷却基础自动化系统，其特征是所述的公共功能包括数据接口、材料跟踪、模拟冷却、速度控制、紧急打开功能。

4.按照权利要求2所述的用于在线固溶的钢板轧后快速冷却基础自动化系统，其特征是所述的快冷本体功能包括平台升降功能。

5.按照权利要求2所述的用于在线固溶的钢板轧后快速冷却基础自动化系统，其特征是所述的给水控制功能包括水箱液位监控和流量控制功能。

6.按照权利要求2所述的用于在线固溶的钢板轧后快速冷却基础自动化系统，其特征是所述的液压站控制功能包括操作模式选择、现场操作模式以及远程操作模式。