CN107505907A - 一种棒材轧线自动化控制系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种棒材轧线自动化控制系统，包括：主轧机传动单元及控制单元；其中，所述主轧机传动单元设置有至少一个传感器，所述控制单元设置有热锯PLC、输出模块、输入模块及调节模块，所述输入模块、热锯PLC、调节模块及输出模块通过DP导线依次相连，其中，所述传感器用于采集主轧机现场工作数据，所述热锯PLC根据预存的标准控制模型控制调节模块对采集数据进行处理运算。本申请提供一种棒材轧线自动化控制系统和方法，其通过在棒材轧线的轧制工艺中进入自动化控制系统，减少人工操作步骤，从而提高工作效率，提高钢材总产量。

Description

一种棒材轧线自动化控制系统和控制方法

技术领域

本发明涉及冶金工业生产的技术领域，具体涉及一种棒材轧线自动化控制系统和方法。

背景技术

众所周知，钢铁生产在国民经济中占有非常重要的地位，冶金工业的自动化程度是衡量国家工业水平的重要标志。在钢材的总产量里面，除一部分采用铸造、锻造等生产加工外，约95％以上均要经过不同种类的轧制环节。因此，提高棒材轧线中轧制工艺的生产效率是提高钢材总产量的关键，而目前的棒材轧线中轧制工艺仍采用人工对其进行操作，工作效率较低。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种棒材轧线自动化控制系统和方法，其通过在棒材轧线的轧制工艺中进入自动化控制系统，减少人工操作步骤，从而提高工作效率，提高钢材总产量。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种棒材轧线自动化控制系统，包括：主轧机传动单元及控制单元；其中，所述主轧机传动单元设置有至少一个传感器，所述控制单元设置有热锯PLC、输出模块、输入模块及调节模块，所述输入模块、热锯PLC、调节模块及输出模块通过DP导线依次相连，其中，所述传感器用于采集主轧机现场工作数据，所述热锯PLC根据预存的标准控制模型控制调节模块对采集数据进行处理运算。

优选的，所述传感器包括倾角传感器、旋转编码器、位置传感器、测距传感器、温度传感器或高压传感器中的一种或多种。

优选的，所述热锯PLC包括配电柜及CPU模块，所述配电柜数量为多个，每个配电柜内都设置有PLC和电源模块。

优选的，所述调节模块与所述多个PLC通过DP总线传输的级联方式。

优选的，所述调节模块包括活套调节器及微张力调节器。

优选的，所述自动化控制系统还包括监控单元，所述监控单元通过以太网口与所述控制单元互相连接，共享数据。

优选的，所述自动化控制系统还包括执行单元，所述控制单元及执行单元通过DP总线相连，执行单元的另一侧与主轧机通过DP总线相连，所述执行单元根据控制单元输出信号对主轧机进行相关操作。

一种采用上述控制系统对轧制进行智能控制的方法，包括以下步骤：

1)通过主轧机传动单元中的传感器采集主轧机的现场工作数据，并及时将所采集的数据传输至控制单元；

2)所述控制单元根据预存的标准控制模型对采集数据进行及处理运算，同时将传感器采集数据和调节运算结果输出至监控单元；

3)在所述监控单元上根据所述采集数据和调节运算结果作出是否进行调节操作的判定，当需要进行相关调节操作时生成操作确认信号，并反馈回控制单元；

4)所述控制单元在接收到操作确认信号时，启动控制单元内的调节模块进行调节；

5)调节过程完成后，所述控制单元输出信号至执行单元，使执行单元对主轧机完成相关操作动作。

本申请提供一种棒材轧线自动化控制系统，包括：主轧机传动单元及控制单元；其中，所述主轧机传动单元设置有至少一个传感器，所述控制单元设置有热锯PLC、输出模块、输入模块及调节模块，所述输入模块、热锯PLC、调节模块及输出模块通过DP导线依次相连，其中，所述传感器用于采集主轧机现场工作数据，所述热锯PLC根据预存的标准控制模型控制调节模块对采集数据进行处理运算。

随着连轧工艺的完善，人工操作无法做到在整个生产线上实现连续化，而自动化控制过程却使得连续化生产成为可能甚至成为现实，其不但使生产效率、产量得以提高，而且促使轧钢生产的规模不断扩大。自动化控制过程的引入，相对老式轧机对主轧机传动速度、角度等数据有了更高的需求，因此，本申请中提出主轧机传动单元设置有至少一个传感器，所述传感器包括倾角传感器、旋转编码器、位置传感器、测距传感器、温度传感器或高压传感器中的一种或多种，传感器用于采集主轧机传动单元的传动速度、温度、角度等数据，并将所采集数据传输至与主轧机通过DP总线相连的控制单元，并由控制单元对数据进行分析处理并发出调节信号。

其中，控制单元设置有热锯PLC、输出模块、输入模块及调节模块，所述热锯PLC包括配电柜及CPU模块，所述配电柜数量为多个，每个配电柜内都设置有PLC和电源模块，所述调节模块与所述多个PLC通过DP总线传输的级联方式，所述自动化控制系统还包括监控单元，所述监控单元通过以太网口与所述控制单元互相连接，共享数据；其中，主轧机传动单元中的传感器将测试数据通过输入模块传输至PLC模块中，PLC模块根据预存的标准控制模型控制调节模块对采集数据进行处理运算，将多个PLC所得数据传输至CPU中进行统一整合，并将传感器采集数据和调节运算结果通过输出模块输出至监控单元，由监控单元对其进行实时监控。监控单元根据所收到的采集数据和调节运算结果做出是否进行调节操作的判定，当需要进行相关调节操作时生成操作确认信号，并反馈回控制单元，由控制单元内调节模块进行调节数据的运算处理，调节过程完成后，控制单元发送信号至执行单元，由执行单元对主轧机执行相关操作，至此完成一次自动控制调节操作。

其中，本申请还提出所述调节模块包括活套调节器及微张力调节器，微张力控制及活套自动控制是棒材生产的关键工艺技术。在全连续、全无扭轧制的棒材自动化生产线中，由于轧件在粗中轧区截面积较大、温度不均匀、轧辊热膨胀和磨损以及压下调整等因素，会产生机架之间线速度不匹配，因此设立微张力调节器，保持金属秒流量相等，以保证高通过率。目的是使轧件在粗、中轧机区域按微小的张力进行轧制。其实现方法是根据下一机架咬钢前后所检测的张力大小偏差产生速度修正信号，调节机架速度以维持张力值不变，从而实现其前后机架间的负荷平衡，做到不堆钢、不拉钢，保证产品质量。

轧件在精轧区域轧制速度较快、截面较小，因此在精轧区域各机架之间均设置活套，用来检测和调整相邻机架间的速度关系从而实现无张力轧制。由于轧件本身温度和尺寸等因素变化，为了实时地检测活套的套量，本申请中提出在控制单元中引入活套调节器，其作用是根据检测的活套高度偏差产生速度修正信号，调整机架速度以维持活套高度在给定值上不变，从而实现其前后机架间正确的速度配合。

本发明取得的积极成果为：

在棒材轧线工艺中引入自动控制系统，该自动控制系统中包括主轧机、热锯PLC、活套调节器、微张力调节器、监控单元及执行单元，该系统的引入减少了棒材轧线工艺中的人工操作步骤，提高了工作效率，提高钢材总产量。

附图说明

图1为本申请所示一种棒材轧线自动化控制系统流程图

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

棒材作为小型材的重要组成部分，在我国的钢铁生产中占有着极为重要的位置。随着我国国民经济的蓬勃发展，对中小型建筑钢材需求量日益俱增，质量要求越来越高，在国家提倡节能降耗的大环境下，全国所有的工业企业尤其是钢铁企业都在寻求能够增产降耗的先进工艺流程。因此，在现有条件下采用先进的生产工艺，在保证产品质量的基础上提高产量、节能降耗，是我国钢铁事业急需解决的问题。

因此为满足工艺要求，本申请提出一种棒材轧线自动化控制系统，完全摆脱旧有的落后生产方式，极大提高了成品质量、效率以及产能。工业自动化在轧钢工艺中需要解决的问题是提升产品质量以及冶金设备的运转效率，以最优方案进行生产制造。此外，在人力难以胜任的复杂工作或难于接近的环境中完成全自动化操作过程，把人从繁复的高强度劳动里面解放出来。

棒材轧制自动化技术的提出，是由于轧钢生产技术的不断发展而导致，具体体现在以下几个方面：

1)轧制的连续化需求

随着连轧工艺的完善，人工操作无法做到在整个生产线上实现连续化，而计算机自动控制过程却使得连续化生产成为可能甚至成为现实，不但使生产效率、产量得以提高，而且促使轧钢生产的规模不断扩大。

2)轧制速度需求

轧制过程的连续化可以大大提高轧制速度和加工精度，与老式轧机的轧制速度相比可以满足待轧坯料在线跟踪控制提出的更高的要求，满足了快速反应及高灵敏的跟踪的要求。

3)提高有效轧制次数

计算机控制系统可以避免误轧或显著减少误轧次数、提高轧机的作业效率。减少因清除废品或检修维护设备而产生的大量时间损失乃至经济损失。

4)品种变化需求

由于市场的需要，计算机控制系统可以改善手动轧制需花费较长时间的弊端，满足了多品种变化的需要。

5)加热温度均匀控制的需求

轧制过程自动化可通过自动控制系统使钢坯的通条温度均匀，为建立最佳连轧速度关系创立了有利的前提。

6)轧件尺寸精度的需求

采用计算机控制系统可在连续的轧制过程中保证待轧坯料尺寸的一致性，从而提高了产成品的尺寸精度。

本申请提供的技术方案是一种棒材轧线自动化控制系统，包括：主轧机传动单元及控制单元；其中，所述主轧机传动单元设置有至少一个传感器，所述控制单元设置有热锯PLC、输出模块、输入模块及调节模块，所述输入模块、热锯PLC、调节模块及输出模块通过DP导线依次相连，其中，所述传感器用于采集主轧机现场工作数据，所述热锯PLC根据预存的标准控制模型控制调节模块对采集数据进行处理运算。其中，所述传感器包括倾角传感器、旋转编码器、位置传感器、测距传感器、温度传感器或高压传感器中的一种或多种；所述热锯PLC包括配电柜及CPU模块，所述配电柜数量为多个，每个配电柜内都设置有PLC和电源模块；所述调节模块与所述多个PLC通过DP总线传输的级联方式；所述调节模块包括活套调节器及微张力调节器；所述自动化控制系统还包括监控单元，所述监控单元通过以太网口与所述控制单元互相连接，共享数据；所述自动化控制系统还包括执行单元，所述控制单元及执行单元通过DP总线相连，执行单元的另一侧与主轧机通过DP总线相连，所述执行单元根据控制单元输出信号对主轧机进行相关操作。

一种采用上述控制系统对主轧机的传送速度进行智能控制的方法，包括以下步骤：

1)通过主轧机传动单元中的传感器采集主轧机的现场工作数据，并及时将所采集的数据传输至控制单元；

2)所述控制单元根据预存的标准控制模型对采集数据进行及处理运算，同时将传感器采集数据和调节运算结果输出至监控单元；

3)在所述监控单元上根据所述采集数据和调节运算结果作出是否进行调节操作的判定，当需要进行相关调节操作时生成操作确认信号，并反馈回控制单元；

4)所述控制单元在接收到操作确认信号时，启动控制单元内的调节模块进行调节；

5)调节过程完成后，所述控制单元输出信号至执行单元，使执行单元对主轧机完成相关操作动作。

本申请中提出主轧机传动单元设置有至少一个传感器，所述传感器包括倾角传感器、旋转编码器、位置传感器、测距传感器、温度传感器或高压传感器中的一种或多种，传感器用于采集主轧机传动单元的传动速度、温度、角度等数据，并将所采集数据传输至与主轧机通过DP总线相连的控制单元，并由控制单元对数据进行分析处理并发出调节信号。其中，控制单元设置有热锯PLC、输出模块、输入模块及调节模块，所述热锯PLC包括配电柜及CPU模块，所述配电柜数量为多个，每个配电柜内都设置有PLC和电源模块，所述调节模块与所述多个PLC通过DP总线传输的级联方式，所述自动化控制系统还包括监控单元，所述监控单元通过以太网口与所述控制单元互相连接，共享数据；其中，主轧机传动单元中的传感器将测试数据通过输入模块传输至PLC模块中，PLC模块根据预存的标准控制模型控制调节模块对采集数据进行处理运算，将多个PLC所得数据传输至CPU中进行统一整合，并将传感器采集数据和调节运算结果通过输出模块输出至监控单元，由监控单元对其进行实时监控。监控单元根据所收到的采集数据和调节运算结果做出是否进行调节操作的判定，当需要进行相关调节操作时生成操作确认信号，并反馈回控制单元，由控制单元内调节模块进行调节数据的运算处理，调节过程完成后，控制单元发送信号至执行单元，由执行单元对主轧机执行相关操作，至此完成一次自动控制调节操作。

其中，本申请还提出所述调节模块包括活套调节器及微张力调节器，微张力控制及活套自动控制是棒材生产的关键工艺技术。在全连续、全无扭轧制的棒材自动化生产线中，由于轧件在粗中轧区截面积较大、温度不均匀、轧辊热膨胀和磨损以及压下调整等因素，会产生机架之间线速度不匹配，因此设立微张力调节器，保持金属秒流量相等，以保证高通过率。目的是使轧件在粗、中轧机区域按微小的张力进行轧制。其实现方法是根据下一机架咬钢前后所检测的张力大小偏差产生速度修正信号，调节机架速度以维持张力值不变，从而实现其前后机架间的负荷平衡，做到不堆钢、不拉钢，保证产品质量。轧件在精轧区域轧制速度较快、截面较小，因此在精轧区域各机架之间均设置活套，用来检测和调整相邻机架间的速度关系从而实现无张力轧制。由于轧件本身温度和尺寸等因素变化，为了实时地检测活套的套量，本申请中提出在控制单元中引入活套调节器，其作用是根据检测的活套高度偏差产生速度修正信号，调整机架速度以维持活套高度在给定值上不变，从而实现其前后机架间正确的速度配合。

上述棒材轧线自动化控制系统对主轧机的传送速度进行智能控制的方法，其具体步骤如下：

1)通过主轧机传动单元中的传感器采集主轧机的现场工作数据，如：主轧机的传送速度、温度、角度等，并将所采集的数据传送至控制单元处理；

2)主轧机的传感器所采集的数据，通过控制单元内的输入模块传输至PLC模块，PLC模块根据预存的标准控制模型控制调节模块对采集数据进行处理运算，CPU将多个PLC数据进行统一整合，并将传感器采集数据和调节运算结果通过输出模块输出至监控单元处理；

3)在所述监控单元上根据所述采集数据和调节运算结果作出是否进行调节操作的判定，当需要进行相关调节操作时生成操作确认信号，并反馈回控制单元处理；

4)所述控制单元在接收到操作确认信号时，启动控制单元内的调节模块对其进行调节操作；

5)调节过程完成后，所述控制单元输出信号至执行单元，使执行单元对主轧机完成相关操作动作。

至此，完成一次自动调节控制操作。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种棒材轧线自动化控制系统，其特征在于，包括：主轧机传动单元及控制单元；其中，所述主轧机传动单元设置有至少一个传感器，所述控制单元设置有热锯PLC、输出模块、输入模块及调节模块，所述输入模块、热锯PLC、调节模块及输出模块通过DP导线依次相连，其中，所述传感器用于采集主轧机现场工作数据，所述热锯PLC根据预存的标准控制模型控制调节模块对采集数据进行处理运算。

2.根据权利要求1中所述一种棒材轧线自动化控制系统，其特征在于，所述传感器包括倾角传感器、旋转编码器、位置传感器、测距传感器、温度传感器或高压传感器中的一种或多种。

3.根据权利要求1中所述一种棒材轧线自动化控制系统，其特征在于，所述热锯PLC包括配电柜及CPU模块，所述配电柜数量为多个，每个配电柜内都设置有PLC和电源模块。

4.根据权利要求1或3中所述一种棒材轧线自动化控制系统，其特征在于，所述调节模块与所述多个PLC通过DP总线传输的级联方式。

5.根据权利要求1中所述一种棒材轧线自动化控制系统，其特征在于，所述调节模块包括活套调节器及微张力调节器。

6.根据权利要求1中所述一种棒材轧线自动化控制系统，其特征在于，所述自动化控制系统还包括监控单元，所述监控单元通过以太网口与所述控制单元互相连接，共享数据。

7.根据权利要求1中所述一种棒材轧线自动化控制系统，其特征在于，所述自动化控制系统还包括执行单元，所述控制单元及执行单元通过DP总线相连，执行单元的另一侧与主轧机通过DP总线相连，所述执行单元根据控制单元输出信号对主轧机进行相关操作。

8.一种采用权利要求1-3、5-7中任一项所述控制系统对轧制进行智能控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过主轧机传动单元中的传感器采集主轧机的现场工作数据，并及时将所采集的数据传输至控制单元；

2)所述控制单元根据预存的标准控制模型对采集数据进行处理运算，同时将传感器采集数据和调节运算结果输出至监控单元；

3)在所述监控单元上根据所述采集数据和调节运算结果作出是否进行调节操作的判定，当需要进行相关调节操作时生成操作确认信号，并反馈回控制单元；

4)所述控制单元在接收到操作确认信号时，启动控制单元内的调节模块进行调节；

5)调节过程完成后，所述控制单元输出信号至执行单元，使执行单元对主轧机完成相关操作动作。