CN106311749A - 高速线材轧线故障处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高速线材轧线故障处理方法，其在当轧线出现故障时，PLC控制器发出飞剪动作命令给飞剪系统，启动飞剪，启动飞剪的同时开始计时，当计时达到时间T时，PLC控制器发出卡断剪动作命令给卡断剪系统，启动卡断剪，飞剪将轧件剪断后，之后的连续轧件通过转辙器导管进入碎断剪进行碎断剪切。其减少轧线故障时间，尽快恢复生产，且不会造成堆钢，不会影响设备的寿命。

Description

高速线材轧线故障处理方法

技术领域

本发明涉及高速线材生产领域，具体涉及一种高速线材轧线故障处理方法。

背景技术

随着科学的不断发展，社会不断的进步，目前，国内的一些大型钢厂过大生产，不断进取，进行新建、改造、搬迁，轧钢技术不断提高。自动化控制精度提高，产能不断增大，设备故障率大大降低，生产效率不断提升。目前国内各大钢厂的轧钢系统的自动控制系统均采用PLC或DCS作为主控系统，配合电气传动、机械装置等各大系统，完成从原料到成品的工作。为不断提高产量，提高有效生产率，迫切需要解决一些实质的问题，如在生产过程中，不得不出现故障时，如何投入最少的劳动力、物力等进行故障处理，减少故障处理时间，尽快恢复生产等。

在出现故障时，尤其是当精轧机或后段出现故障时，为保护设备安全，需要动作3号飞剪，将轧件进行剪断，让后来的轧件进入碎断剪中。在轧线出现故障时，PLC同时向3号飞剪和卡断剪发出动作命令，卡断剪是一个电磁阀驱动气缸动作，3#飞剪则是电机旋转动作，卡断剪的动作时间较短，3#飞剪从动作到完成需要一定时间(一般为几十毫秒)，由于此时红钢线速度较大(大于10m/s)，由此会造成在启动飞剪故障剪切时，由于卡断剪先接触到高温轧件，高速行驶的轧件由于大惯性，使高温轧件自身发生弯曲形变，导致轧件偏离飞剪剪切位，当飞剪行至剪切位置时，不能剪切到轧件或者有效剪断轧件而造成飞剪处大量堆钢。高温废钢在剪刃上，不但增加了处理难度，使得故障时间大大加长，而且若不及时处理，高温红钢将对3#飞剪机械设备有所损害，影响设备的寿命。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高速线材轧线故障处理方法，其减少轧线故障时间，尽快恢复生产，且不会造成堆钢，不会影响设备的寿命。

本发明的目的是这样实现的：一种高速线材轧线故障处理方法，包括如下步骤：

S1)在PLC内预先设定电机额定转速N₀、减速机的减速比i、飞剪剪切直径d，将飞剪加速行程所对应的角度设定为p和飞剪匀速行程所对应的角度设定为p₁；计算出飞剪剪切的最大线速度v_max，π为圆周率，根据最大线速度v_max和最大加速度a_max的关系有如下公式得出电机驱动的是减速机，飞剪剪刃是安装在减速机转盘上，驱动飞剪剪刃。

S2)当飞剪前热金属检测仪HMD检测到轧件时，PLC以当前轧件速度v₀为计算基数，计算飞剪总行程所要用的时间t，从而计算故障启动飞剪切废后延时启动卡断剪的时间T，T＝t+t₀，计算步骤为：

S21)设定飞剪以v为剪切速度，v＝kv₀，v₀为轧件线速度，k为超前系数，为人工干预量，剪切速度v介于v₀和v_max之间，即v₀≤v≤v_max；

为了使得在故障剪切时，能够让剪刃早一点达到匀速阶段，能提高剪切效率，让飞剪在较短的时间内达到剪切速度，以最大加速度计算，取a＝a_max，这样既化简了计算难度，又可以得到较高加速度，更能满足飞剪的剪切，因此取飞剪的最大加速度a_max为飞剪加速行程的飞剪的加速度a，即a＝a_max，根据公式v²＝2a_maxp₂可得出，飞剪加速行程所对应的角度的实际值p₂为根据公式v＝a_maxt₁可得出飞剪剪刃加速运动所要用的时间t₁为

S22)根据步骤S21)得到的飞剪加速行程所对应的角度的实际值p₂，计算出飞剪匀速行程所对应的角度的实际值为(p+p₁-p₂)，根据飞剪剪刃匀速运动时对应的速度时间关系，可得出飞剪剪刃匀速运动所要用的时间t₂，

S23)根据步骤S21)得到的飞剪剪刃加速运动的时间t₁以及步骤S22)得到的飞剪剪刃匀速运动的时间t₂计算出飞剪总行程所要用的时间t＝t₁+t₂，整理可得

S3)将PLC内的定时器的定时时间设置为T＝t+t₀，t₀为人为修正时间。t₀只是一个附加时间，实际应用中一般为20～50毫秒，因轧件速度较快，附加时间过大，卡断剪就相比飞剪越晚动作，则故障时进入精轧机组的轧件就越多，对精轧机组不利。

S4)PLC实时监测轧线故障，当轧线出现故障时，判断是否需要飞剪做出故障剪切，若是，则PLC控制器发出飞剪动作命令给飞剪系统，启动飞剪，启动飞剪的同时开始计时，当计时达到时间T时，PLC控制器发出卡断剪动作命令给卡断剪系统，启动卡断剪，飞剪将轧件剪断后，之后的连续轧件通过转辙器导管进入碎断剪进行碎断剪切。

超前系数k需满足：1.0≤k≤1.5，且根据k计算出来的飞剪剪切速度v应满足v₀≤v≤v_max。

若所设的v低于v₀，PLC自动将飞剪速度设置成v₀，即此时v＝v₀；若所设的v高于v_max，PLC自动将飞剪速度设置成v_max，即此时v＝v_max。

计算加速度a是根据飞剪前机架轧机线速度v计算出来的，一旦飞剪启动，飞剪的剪切速度便固定，因而加速度也固定，该加速度a与最大加速度a_max有一定的对应关系：通过公式：v²＝2ap和v_max ²＝2a_maxp可得出：

v为飞剪的剪切速度，v₀为轧件线速度，二者的关系为v＝kv₀，k为超前系数，在正常轧制时，该参数k为定值，不会发生变化，需要人为干预才能变化k；即是说v不能低于轧件的线速度，若所设的的v低于v₀，PLC自动将飞剪速度设置成v₀，即此时v＝v₀。实际上v₀和v_max都是作为飞剪剪切速度的限幅速度，v₀为剪切的最低速度，v_max为飞剪剪切的最高速度，剪切速度v是介于这两个速度之间的，即

轧件线速度v0的速度值由轧机编码器采集电机转速而得，通过直流调速装置以PROFIBUS-DP的通讯方式传送给PLC控制器。

在正常轧制时，飞剪按照正常的功能对轧件进行切头，飞剪未切头时，转辙器导管处于飞剪与精轧机连接处，即过钢位，当飞剪切头后，轧件顺利进入精轧机组后，转辙器动作，将导管指向碎断剪剪槽，即碎断位，若未启动飞剪故障剪切，则转辙器在飞剪上游机架抛钢后转回过钢位，待轧件全部轧出，等待下一次轧件进入转辙器，重复上述过程。启动飞剪故障剪切时，转辙器不会发生动作；转辙器动作在自动模式下，正常位置是在过钢位，当轧件顺利进入精轧机组后转辙器才动作，移动至碎断位，当上游机架抛钢后，飞剪前热金属检测仪HMD12检测到无红钢信号(即轧件尾部离开HMD12)时，转辙器自动转向过钢位。

飞剪系统由直流电机、飞剪机械旋转机构、齿轮减速系统、自动控制系统以及其他辅助系统(如光电编码器、冷却装置等)组成。飞剪的由直流电机动作而动作。飞剪剪刃动作轨迹为圆弧形。

卡断剪系统由卡断剪机械系统、气缸、电磁阀、冷却装置和自动控制系统等构成，卡断剪的动作轨迹为直线行程。

本发明的有益效果为：本发明通过对飞剪与卡断剪的配合精度的优化，当出现堆钢触发飞剪自动或手动切废时，飞剪启动后延时时间T启动卡断剪，此时飞剪剪后轧件顺利经转辙器导管进入碎断剪，并未在飞剪处造成堆钢；且卡断剪动作后，进入精轧机组的轧件明显减少，有效的保护了设备。在本发明的方法投入期间，产线出现故障切废时，由卡断剪和飞剪配合不好而剪造成堆钢的次数为零。同时节约了2—3名操作工人，减少了故障处理时间。为型线厂达产达效做出了有力保障。

本发明是基于线材轧线实际现状而提出的，当轧线出现故障启动飞剪切废功能后，轧件能够顺利进入碎断剪切系统，减少故障处理点，减少故障处理的人员安排，减少全线整体的故障处理时间，使系统能够尽快恢复生产，从根本上降低了成本，提高了经济效益，保证了全线的可开动率。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明的高速线材轧线故障处理方法的流程图。

具体实施方式

参见图1，本实施例公开了一种高速线材轧线故障处理方法，包括如下步骤：

S1)在PLC内预先设定电机额定转速N₀、减速机的减速比i、飞剪剪切直径d，将飞剪加速行程所对应的角度设定为p和飞剪匀速行程所对应的角度设定为p₁。在实际生产应用中，电机额定转速N₀(单位r/min)，飞剪剪切直径d(单位m)，减速机的减速比i，设定的飞剪加速角度p和匀速角度p₁，角度单位为(度)，轧件线速度v₀(单位m/s)均为已知量。v_max为飞剪在最大加速度a_max(即电机的额定转速N₀)时，对应的飞剪剪刃最大线速度。

设飞剪剪刃的初始位置为p₀(单位度)，飞剪加速角度为p(单位度)，匀速的行程为p₁(单位度)，飞剪的最大加速度为a_max，电机的额定转速为N₀，减速比为i，d为飞剪剪切直径，通过圆周运动规律，有如下公式：

飞剪剪刃最大剪切线速度v_max如式

π为圆周率。

对应有最大线速度和最大加速度的关系有如式

得出

S2)当飞剪前热金属检测仪HMD检测到轧件时，PLC以当前轧件速度v₀计算飞剪总行程所要用的时间t，从而计算故障启动飞剪切废后延时启动卡断剪的时间T，T＝t+t₀，计算步骤为：

S21)设定飞剪以v为剪切速度，v＝kv₀，v₀为轧件线速度，k为超前系数，剪切速度v介于v₀和v_max之间，即v₀≤v≤v_max。超前系数k满足：1.0≤k≤1.5。

为了使得在故障剪切时，能够让剪刃早一点达到匀速阶段，能提高剪切效率，让飞剪在较短的时间内达到剪切速度，以最大加速度计算，取a＝a_max，这样既化简了计算难度，又可以得到较高加速度，更能满足飞剪的剪切，因此取飞剪的最大加速度a_max为飞剪的加速度a，即a＝a_max，根据公式v²＝2a_maxp₂可得出，飞剪加速行程所对应的角度的实际值p₂为根据公式v＝a_maxt₁可得出飞剪剪刃加速运动所要用的时间t₁为

S22)根据步骤S21)得到的飞剪加速行程所对应的角度的实际值p₂，计算出飞剪匀速行程所对应的角度的实际值为(p+p₁-p₂)，根据飞剪剪刃匀速运动时对应的速度时间关系，可得出飞剪剪刃匀速运动所要用的时间t₂，

S23)根据步骤S21)得到的飞剪剪刃加速运动的时间t₁以及步骤S22)得到的飞剪剪刃匀速运动的时间t₂计算出飞剪总行程所要用的时间t＝t₁+t₂，整理可得

S3)将PLC内的定时器的定时时间设置为T＝t+t₀，t₀为人为修正时间；

S4)PLC实时监测轧线故障，当轧线出现故障时，判断是否需要飞剪做出故障剪切，若是，则PLC控制器发出飞剪动作命令给飞剪系统，启动飞剪，启动飞剪的同时开始计时，当计时达到时间T时，PLC控制器发出卡断剪动作命令给卡断剪系统，启动卡断剪，飞剪将轧件剪断后，之后的连续轧件通过转辙器导管进入碎断剪进行碎断剪切。

计算加速度a是根据飞剪前机架轧机线速度v计算出来的，一旦飞剪启动，飞剪的剪切速度便固定，因而加速度也固定，该加速度a与最大加速度a_max有一定的对应关系：通过公式：v²＝2ap和v_max ²＝2a_maxp可得出：v_max可以通过额定电机额定转速N₀、设备减速比i等参数计算出来，π为圆周率，根据最大线速度v_max和最大加速度a_max的关系有如下公式得出

v为飞剪的剪切速度，v₀为轧件线速度，二者的关系为v＝kv₀，k为超前系数，在正常轧制时，该参数k为定值，不会发生变化，需要人为干预才能变化k；即是说v不能低于轧件的线速度，若所设的的v低于v₀，PLC自动将飞剪速度设置成v₀，即此时v＝v₀。实际上v₀和v_max都是作为飞剪剪切速度的限幅速度，v₀为剪切的最低速度，v_max为飞剪剪切的最高速度，剪切速度v是介于这两个速度之间的，即

取最大加速度为当时的加速度，即a＝a_max，这样既化简了计算难度，又可以得到较高加速度，满足飞剪的剪切。在剪切时，当采用的加速度为飞剪的最大加速度时，即a＝a_max，飞剪剪刃速度从0加速到v结束时，剪刃所走过的行程设为p₂，根据式v²＝2a_maxp₂可得出，飞剪以v为剪切速度时，加速所走过的行程实际为

飞剪以v为剪切速度进行轧件剪切时，其实际加速的行程和实际匀速的行程则需要修正：飞剪从零加速，再到加速结束，最后匀速剪切完成，共同走过的行程为(p+p₁)，而当飞剪以最大加速度加速结束后，实际匀速的行程应为(p+p₁-p₂)，即为修正后的匀速行程，修正后的加速行程则为

由式子v＝a t₁＝a_maxt₁和可得出加速的时间则有加速和匀速的时间t＝t₁+t₂，整理可得

采用上述公式t是在轧件从飞剪上游机架轧出，飞剪前热金属检测仪HMD12检测到信号时计算的，即每一支轧件的轧制都要计算一次t，即当热金属检测仪HMD12从无信号到有信号，即是轧件头部进入HMD12区域，可以判断一支新轧件，PLC则通过此信号的触发，计算出时间t，以便故障剪切时启动飞剪需延时启动卡断剪的时间。当计算完t后再加上一个人为修正时间t₀，预设值PLC的定时器中，即PLC定时器的预设值T＝t+t₀，当系统或人为触发飞剪碎断信号其需要动作卡段剪时，再启动飞剪剪切时，同时启动定时器，当定时器计时只T时，则启动卡断剪动作，完成对轧件的碎断，使轧件顺利通过转辙器导管进入到碎断剪中，减少故障和故障处理时间。

在正常轧制时，飞剪按照正常的功能对轧件进行切头，飞剪未切头时，转辙器导管处于飞剪与精轧机连接处，即过钢位，当飞剪切头后，轧件顺利进入精轧机组后，转辙器动作，将导管指向碎断剪剪槽，即碎断位，若未启动飞剪故障剪切，则转辙器在飞剪上游机架抛钢后转回过钢位，待轧件全部轧出，等待下一次轧件进入转辙器，重复上述过程。启动飞剪故障剪切时，转辙器不会发生动作；转辙器动作在自动模式下，正常位置是在过钢位，当轧件顺利进入精轧机组后转辙器才动作，移动至碎断位，当上游机架抛钢后，飞剪前热金属检测仪HMD12检测到无红钢信号(即轧件尾部离开HMD12)时，转辙器自动转向过钢位。

本发明解决飞剪与卡断剪的动作配合问题，即要保证3号飞剪和卡断剪的同步，不堆钢，进而保证设备尤其是精轧机组的安全。所谓的飞剪与卡断剪“同步”，指动作的同步而非时间的同步，是指飞剪与卡断剪在动作后，飞剪和卡断剪的剪刃几乎同时接触到轧件。而两设备的行程不一样，则需要行程长的设备先动作，行程短的设备后动作，最终达到两剪刃几乎同时接触轧件，完成轧件剪切，轧件顺利通过导管进入到碎断剪中。因卡断剪动作在飞剪动作之后延时启动的，实际上飞剪在故障剪切时，通过人工修正时间t₀后，飞剪剪刃应比卡断剪先接触到轧件，这是实际应用中能够接受的。

飞剪的剪切行程长，卡断剪行程短，因此PLC发出飞剪动作命令后，经过时间T后发出卡断剪动作命令。卡断剪动作行程相比飞剪动作行程极短，可设当飞剪剪刃接触轧件时，飞剪剪刃与轧件的夹角为0°，此时发出卡断剪动作命令，近似卡断剪剪刃与飞剪剪刃同时接触轧件。

在轧制过程中，飞剪前机架的轧辊线速度等于轧件的出口速度v，该速度值由轧机编码器采集电机转速而得，通过直流调速装置以PROFIBUS-DP的通讯方式传送给PLC，PLC根据相关参数如减速比等进行速度换算而得来。

本发明是基于线材轧线实际现状而提出的，当轧线出现故障启动3号飞剪切废功能后，轧件能够顺利进入碎断剪切系统。在本发明的方法投入期间，产线出现故障切废时，由卡断剪和飞剪配合不好而剪造成堆钢的次数为零。同时节约了2—3名操作工人，减少了故障处理时间，为型线厂达产达效做出了有力保障。

本发明不仅仅局限于上述实施例，在不背离本发明技术方案原则精神的情况下进行些许改动的技术方案，应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高速线材轧线故障处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)在PLC内预先设定电机额定转速N₀、减速机的减速比i、飞剪剪切直径d，将飞剪加速行程所对应的角度设定为p和飞剪匀速行程所对应的角度设定为p₁；计算出飞剪剪切的最大线速度v_max，π为圆周率，根据最大线速度v_max和最大加速度a_max的关系有如下公式得出

S2)当飞剪前热金属检测仪检测到轧件时，PLC以当前轧件速度v₀为计算基数，计算飞剪总行程所要用的时间t，步骤为：

S21)设定飞剪以v为剪切速度，v＝kv₀，v₀为轧件线速度，k为超前系数，为人工干预量，剪切速度v介于v₀和v_max之间，即v₀≤v≤v_max；

取飞剪的最大加速度a_max为飞剪的加速度a，即a＝a_max，根据公式v²＝2a_maxp₂可得出，飞剪加速行程所对应的角度的实际值p₂为根据公式v＝a_maxt₁可得出飞剪剪刃加速运动所要用的时间t₁为

S22)根据步骤S21)得到的飞剪加速行程所对应的角度的实际值p₂，计算出飞剪匀速行程所对应的角度的实际值为(p+p₁-p₂)，根据飞剪剪刃匀速运动时对应的速度时间关系，可得出飞剪剪刃匀速运动所要用的时间t₂，

S23)根据步骤S21)得到的飞剪剪刃加速运动的时间t₁以及步骤S22)得到的飞剪剪刃匀速运动的时间t₂计算出飞剪总行程所要用的时间t＝t₁+t₂，整理可得

S3)将PLC内的定时器的定时时间设置为T＝t+t₀，t₀为人为修正时间；

S4)PLC实时监测轧线故障，当轧线出现故障时，判断是否需要飞剪做出故障剪切，若是，则PLC控制器发出飞剪动作命令给飞剪系统，启动飞剪，启动飞剪的同时开始计时，当计时达到时间T时，PLC控制器发出卡断剪动作命令给卡断剪系统，启动卡断剪，飞剪将轧件剪断后，之后的连续轧件通过转辙器导管进入碎断剪进行碎断剪切。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：超前系数k需满足：1.0≤k≤1.5，且根据k计算出来的飞剪剪切速度v满足v₀≤v≤v_max。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：轧件线速度v₀的速度值由轧机编码器采集电机转速而得，通过直流调速装置以PROFIBUS-DP的通讯方式传送给PLC控制器。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在正常轧制时，飞剪按照正常的功能对轧件进行切头，飞剪未切头时，转辙器导管处于飞剪与精轧机连接处，即过钢位，当飞剪切头后，轧件顺利进入精轧机组后，转辙器动作，将导管指向碎断剪剪槽，即碎断位，若未启动飞剪故障剪切，则转辙器在飞剪上游机架抛钢后转回过钢位，待轧件全部轧出，等待下一次轧件进入转辙器，重复上述过程。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：若所设的v低于v₀，PLC自动将飞剪速度设置成v₀，即此时v＝v₀；若所设的v高于v_max，PLC自动将飞剪速度设置成v_max，即此时v＝v_max。