CN107520254A - 一种基于plc控制的无间隙轧制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于PLC控制的无间隙轧制系统及方法，包括原轧线控制柜、交换机、无间隙控制柜、轧制生产线，所述轧制生产线连接原轧线控制柜，所述原轧线控制柜连接交换机，所述交换机的输出端分别连接操作站和无间隙控制柜，其中，所述轧制生产线包括粗轧单元、飞剪单元、中轧单元、活套单元、精轧单元，所述粗轧单元、飞剪单元、中轧单元、活套单元、精轧单元依次连接，各包括多架轧机。本发明通过建立两段集联关系实现控制两根连续钢坯的不同的集联速度来实现无间隙进钢。

Description

一种基于PLC控制的无间隙轧制系统及方法

技术领域

本发明涉及轧制控制系统技术领域，特别涉及一种基于PLC控制的无间隙轧制系统及方法，应用于棒材、角钢、线材等连续轧制生产线。

背景技术

热轧钢生产线一般包括粗轧机组、中轧机组、精轧机组，传统工艺生产过程中连续的2根钢坯进入到粗轧机组首架轧机时，需保持最少2S的时间间隔，以保证生产顺利进行。在传统工艺控制下，连续的2根钢坯取消掉2S的时间间隔，无间隙进钢会导致以下的工艺事故：

(1)粗轧机组中的1#飞剪分段不清；由于钢坯间距离过近，会导致1#飞剪(飞剪的主要作用：横向剪切运动中的轧件，切头、切尾、定尺)无法分辨钢坯的头部或者尾部，无法进行切头、切尾操作，会导致成品不合格。

(2)会导致轧件钻入活套内部，出现追尾、堆钢等工艺事故：由于钢坯首尾相连进入轧机，会导致每两根钢坯在轧机中距离过近，当活套的起落套动作还没有完成，下一根钢坯就会跟进来，会出现钻套情况，出现工艺事故，如果频繁出现，会大大降低作业率，降低产量。

(3)传统工艺如果在轧制过程中，如果钢坯首尾相连进入轧机的话，为了防止不出现1#飞剪无法识别轧件的头、尾部；防止出现钻入活套内部，普遍采用的方式就是拉钢轧制，拉钢轧制会导致料型和产品质量得不到保证，负差不稳定，事故率高。

所以本发明研发了一种无间隙控制系统，独立于原轧线控制系统，同时又参与原轧线控制系统的控制当中。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出一种基于PLC控制的无间隙轧制系统及方法，通过建立两段集联关系实现控制两根连续钢坯的不同的集联速度来实现无间隙进钢。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于PLC控制的无间隙轧制系统，其特征在于，包括原轧线控制柜、交换机、无间隙控制柜、轧制生产线，所述轧制生产线连接原轧线控制柜，所述原轧线控制柜连接交换机，所述交换机的输出端分别连接操作站和无间隙控制柜，其中，所述轧制生产线包括粗轧单元、飞剪单元、中轧单元、活套单元、精轧单元，所述粗轧单元、飞剪单元、中轧单元、活套单元、精轧单元依次连接，各包括多架轧机。

进一步，所述轧制生产线还包括现场跟踪检测元件，所述现场跟踪检测元件分别安装在粗轧单元末架轧机和中轧单元末架轧机处，用于采集粗轧单元和中轧单元末架轧机处的速度、电流、转矩，计算连续两根钢坯的距离，判断是否满足飞剪剪切要求记忆能够响应活套的起落套时间。

进一步，所述现场跟踪元件为热检元件。

进一步，所述无间隙控制柜包括主控单元，所述主控单元采用西门子S7400系列PLC，保证通讯实时响应在ns级。

一种基于PLC控制的无间隙轧制控制方法，包括如下步骤：

步骤S1：原轧线控制柜分别为轧制生产线各轧制单元的轧机建立原集联关系，所述原集联关系为：V给定＝V设定×V联调量×V单调量×V上游轧机速度变化量，其中，

V上游轧机速度变化量＝V本轧机速度变化量×V活套调节量×n个活套；

其中，V设定是在轧制前已设定好，在轧制过程中V联调量、V单调量调整量很小，而且调整后，作为速度给定的给定值基本不变。n、V活套调节量是在轧制每根钢坯过程中随时变化的量，也是影响整条轧线速度变化的量，如果轧线同时存在两根钢坯，上游钢坯和下游钢坯，上游钢坯位于下游钢坯的后方，那么对没有通过活套单元的上游钢坯也会产生速度变化，而且变化量达到10％以上，但这样的速度调整，对下游钢坯的作用不是太大的，反而对轧制过程中的飞剪，以及工艺条件产生不利影响。如果能够对上述因素进行有效的控制，在原集联关系下，再对各架次轧机建立新的集联关系，就形成了无间隙轧制控制。

步骤S2：采集轧制生产线各架次轧机的相关数据，并将相关数据通过交换机实时发送至无间隙控制柜，所述相关数据包括速度、电流、转矩、活套起落套高度及时间、飞剪动作状态；

步骤S3：无间隙控制柜接收相关数据，并为各架次建立新集联关系，将新集联关系的数据发送至原轧线控制柜，对上游轧机进行速度调节，其中无间隙控制柜建立新集联关系及进行调节的步骤包括：

步骤S01：对电流信号进行处理分析，分别计算出钢坯进入和走出各架次轧机的时间；

步骤S02：对活套起落套高速及时间和各架次轧机的原集联关系进行计算，得出本轧机对应的上游轧机需要降速或提速的基本值；

步骤S03：将上游轧机需要提速或降速的基本值与连续两只钢坯进入及走出各架次轧机的时间点进行匹配，建立各架次轧机的新集联关系。

步骤S04：再次对各架次轧机的速度、电流、转矩进行采样，计算连续两根钢坯间的距离，将计算出的距离发送至新集联关系PID调节环作为前馈，修正新建立的集联关系；

步骤S05：现场跟踪检测元件检测粗轧单元末架轧机的电流、速度、转矩，计算末架轧机出口连续两根钢坯的距离，验证与无间隙控制柜计算出的飞剪剪切距离是否一致，如果不一致，设定符合现场工艺条件的修正参数；

步骤S06：在满足飞剪剪切的前提下，现场跟踪检测元件检测中轧单元末架轧机的电流、速度、转矩，计算出中轧单元末架轧机出口连续两根钢坯的距离，判断是否满足活套的动作要求，如果不满足，设定符合现场工艺条件的修正参数，所述修正参数包括中轧机机间距离、钢坯温度、轧辊辊径。

步骤S07：重复步骤S01至S06，持续缩短进钢时间，直至无间隙进钢。

进一步，所述步骤S05中的修正参数包括粗轧机机间距离、钢坯温度、轧辊辊径。

进一步，所述步骤S06中的修正参数包括中轧机机间距离、钢坯温度、轧辊辊径。

进一步，所述无间隙控制柜与原轧线控制柜之间通过PROFEINET进行通讯。

进一步，所述上游轧机位于本轧机进钢方向的进口侧。

进一步，所述步骤S03中建立新集联关系的时机为第一只钢坯钢尾部脱离轧机，第二只钢坯头部咬入时，便会重新建立新集联关系。

本发明的优点在于：1、保证飞剪的正常工作，无论切头、切尾。轧制稳定，不存在拉钢现象，保证剪切下来的头部长度在飞剪的精度范围以内，不会出现因拉钢导致飞剪切头或切尾忽长忽短的现象，能提高金属的收得率。

2、可以保证活套的正常起落套，正常工作，平衡张力。不会出现轧件因为距离太近从而钻入活套内部。导致出现堆钢现象。也能够解决轧件在活套工作中出现的甩尾现象。

3、轧制稳定，在钢坯首尾相连进入轧机轧制的过程中，不拉钢轧制，钢坯全长在恒定张力的作用下进行轧制，因此轧制的棒材直径精度高、直径变化波动减少，与传统轧制法相比，成材率可提高，负差稳定。后期可调整提升负差，负差为钢厂最直接明显的效益。

4、吨钢成本会降低，无间隙轧制技术在不改变轧钢厂的设备，不增加电机的功率，仅仅是通过无间隙控制柜来实现的前提下。轧线的产量提高，必然带来的是吨钢成本的降低。比如：吨钢的煤气成本、吨钢的电耗成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的基于PLC控制的无间隙轧制系统结构图。

其中：1、轧制生产线；2、原轧线控制柜；3、无间隙控制柜；4、交换机；5、操作站；6、粗轧单元；7、飞剪单元；8、中轧单元；9、活套单元；10、精轧单元。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，一种基于PLC控制的无间隙轧制系统，包括原轧线控制柜2、交换机4、无间隙控制柜3、轧制生产线1，所述轧制生产线1连接原轧线控制柜2，所述原轧线控制柜2连接交换机4，所述交换机4的输出端分别连接操作站5和无间隙控制柜3，其中，所述轧制生产线1包括粗轧单元6、飞剪单元7、中轧单元8、活套单元9、精轧单元10，所述粗轧单元6、飞剪单元7、中轧单元8、活套单元9、精轧单元10依次连接，各包括多架轧机。

进一步，所述轧制生产线1还包括现场跟踪检测元件，所述现场跟踪检测元件分别安装在粗轧单元6末架轧机和中轧单元8末架轧机处，用于采集粗轧单元6和中轧单元8末架轧机处的速度、电流、转矩，计算连续两根钢坯的距离，判断是否满足飞剪剪切要求记忆能够响应活套的起落套时间。

进一步，所述现场跟踪元件为热检元件。

进一步，所述无间隙控制柜3包括主控单元，所述主控单元采用西门子7-400系列PLC，保证通讯实时响应在ns级。

一种基于PLC控制的无间隙轧制控制方法，包括如下步骤：

步骤S1：原轧线控制柜2分别为轧制生产线1各轧制单元的轧机建立原集联关系，所述原集联关系为：V给定＝V设定×V联调量×V单调量×V上游轧机速度变化量，其中，

V上游轧机速度变化量＝V本轧机速度变化量×V活套调节量×n个活套；

步骤S2：采集轧制生产线1各架次轧机的相关数据，并将相关数据通过交换机4实时发送至无间隙控制柜3，所述相关数据包括速度、电流、转矩、活套起落套高度及时间、飞剪动作状态；

步骤S3：无间隙控制柜3接收相关数据，并为各架次建立新集联关系，将新集联关系的数据发送至原轧线控制柜2，对上游轧机进行速度调节，其中无间隙控制柜3建立新集联关系及进行调节的步骤包括：

步骤S01：对电流信号进行处理分析，分别计算出钢坯进入和走出各架次轧机的时间；

步骤S02：对活套起落套高速及时间和各架次轧机的原集联关系进行计算，得出本轧机对应的上游轧机需要降速或提速的基本值；

步骤S03：将上游轧机需要提速或降速的基本值与连续两只钢坯进入及走出各架次轧机的时间点进行匹配，建立各架次轧机的新集联关系。

步骤S04：再次对各架次轧机的速度、电流、转矩进行采样，计算连续两根钢坯间的距离，将计算出的距离发送至新集联关系PID调节环作为前馈，修正新建立的集联关系；

步骤S05：现场跟踪检测元件检测粗轧单元6末架轧机的电流、速度、转矩，计算末架轧机出口连续两根钢坯的距离，验证与无间隙控制柜3计算出的飞剪剪切距离是否一致，如果不一致，设定符合现场工艺条件的修正参数；

步骤S06：在满足飞剪剪切的前提下，现场跟踪检测元件检测中轧单元8末架轧机的电流、速度、转矩，计算出中轧单元8末架轧机出口连续两根钢坯的距离，判断是否满足活套的动作要求，如果不满足，设定符合现场工艺条件的修正参数，所述修正参数包括中轧机机间距离、钢坯温度、轧辊辊径。

步骤S07：重复步骤S01至S06，持续缩短进钢时间，直至无间隙进钢。

进一步，所述步骤S05中的修正参数包括粗轧机机间距离、钢坯温度、轧辊辊径。

进一步，所述步骤S06中的修正参数包括中轧机机间距离、钢坯温度、轧辊辊径。

进一步，所述无间隙控制柜3与原轧线控制柜2之间通过PROFEINET进行通讯。

进一步，所述上游轧机位于本轧机进钢方向的进口侧。

进一步，所述步骤S03中建立新集联关系的时机为第一只钢坯钢尾部脱离轧机，第二只钢坯头部咬入时，便会重新建立新集联关系。

本发明的无间隙轧制系统保证飞剪的正常工作，无论切头、切尾。轧制稳定，不存在拉钢现象，保证剪切下来的头部长度在飞剪的精度范围以内，不会出现因拉钢导致飞剪切头或切尾忽长忽短的现象，能提高金属的收得率；可以保证活套的正常起落套，正常工作，平衡张力。不会出现轧件因为距离太近从而钻入活套内部。导致出现堆钢现象。也能够解决轧件在活套工作中出现的甩尾现象；轧制稳定，在钢坯首尾相连进入轧机轧制的过程中，不拉钢轧制，钢坯全长在恒定张力的作用下进行轧制，因此轧制的棒材直径精度高、直径变化波动减少，与传统轧制法相比，成材率可提高，负差稳定。后期可调整提升负差，负差为钢厂最直接明显的效益；吨钢成本会降低，无间隙轧制技术在不改变轧钢厂的设备，不增加电机的功率，仅仅是通过无间隙控制柜来实现的前提下。轧线的产量提高，必然带来的是吨钢成本的降低。比如：吨钢的煤气成本、吨钢的电耗成本。

下面是使用本发明的无间隙控制系统前后的效果对比：

￠32螺纹钢试用数据表

名称	改造前数据	改造后达到预期指标
			成品速度m/s	7.5	7.5
小时产量t/h	112.5	125
			小时过钢支数	80	90
成材率％	102.68	102.78
			末架轧机成品出口时间间隔(S)	3.9	2.5
首架轧机咬钢时间间隔(S)	4.9	0
			吨钢电耗(kw)	52.80	51.80

改造后成材率对比统计表(％)

产品规格	Ф16	Ф18	Ф25	Ф32	Ф36	综合
							改造前	102.63	102.65	101.68	101.1	99.43	102.35
投用后改善值	0.15	0.15	0.1	0.1	1	0.15
							改造后	102.78	102.8	101.78	101.2	100.43	102.5

投用前后正常轧制电耗统计表(Kwh/t)

产品规格	Ф16	Ф18	Ф25	综合
					使用前	64.58	57.70	57.49	61.1
降低额	1.1	1.1	3.0	1.5
					使用后	63.48	56.60	54.49	59.60

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于PLC控制的无间隙轧制系统，其特征在于，包括原轧线控制柜、交换机、无间隙控制柜、轧制生产线，所述轧制生产线连接原轧线控制柜，所述原轧线控制柜连接交换机，所述交换机的输出端分别连接操作站和无间隙控制柜，其中，所述轧制生产线包括粗轧单元、飞剪单元、中轧单元、活套单元、精轧单元，所述粗轧单元、飞剪单元、中轧单元、活套单元、精轧单元依次连接，各包括多架轧机。

2.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的无间隙轧制系统，其特征在于，所述轧制生产线还包括现场跟踪检测元件，所述现场跟踪检测元件分别安装在粗轧单元末架轧机和中轧单元末架轧机处，用于采集粗轧单元和中轧单元末架轧机处的速度、电流、转矩，计算连续两根钢坯的距离。

3.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的无间隙轧制系统，其特征在于，所述现场跟踪元件为热检元件。

4.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的无间隙轧制系统，其特征在，所述无间隙控制柜包括主控单元，所述主控单元采用西门子S7400系列PLC。

5.一种基于PLC控制的无间隙轧制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：原轧线控制柜分别为轧制生产线各轧制单元的轧机建立原集联关系，所述原集联关系为：V给定＝V设定×V联调量×V单调量×V上游轧机速度变化量，其中，

V上游轧机速度变化量＝V本轧机速度变化量×V活套调节量×n个活套；

步骤S2：采集轧制生产线各架次轧机的相关数据，并将相关数据通过交换机实时发送至无间隙控制柜，所述相关数据包括速度、电流、转矩、活套起落套高度及时间、飞剪动作状态；

步骤S3：无间隙控制柜接收相关数据，并为各架次建立新集联关系，将新集联关系的数据发送至原轧线控制柜，对上游轧机进行速度调节，其中无间隙控制柜建立新集联关系及进行调节的步骤包括：

步骤S01：对电流信号进行处理分析，分别计算出钢坯进入和走出各架次轧机的时间；

步骤S02：对活套起落套高速及时间和各架次轧机的原集联关系进行计算，得出本轧机对应的上游轧机需要降速或提速的基本值；

步骤S03：将上游轧机需要提速或降速的基本值与连续两只钢坯进入及走出各架次轧机的时间点进行匹配，建立各架次轧机的新集联关系。

步骤S04：再次对各架次轧机的速度、电流、转矩进行采样，计算连续两根钢坯间的距离，将计算出的距离发送至新集联关系PID调节环作为前馈，修正新建立的集联关系；

步骤S05：现场跟踪检测元件检测粗轧单元末架轧机的电流、速度、转矩，计算末架轧机出口连续两根钢坯的距离，验证与无间隙控制柜计算出的飞剪剪切距离是否一致，如果不一致，设定符合现场工艺条件的修正参数；

步骤S06：在满足飞剪剪切的前提下，现场跟踪检测元件检测中轧单元末架轧机的电流、速度、转矩，计算出中轧单元末架轧机出口连续两根钢坯的距离，判断是否满足活套的动作要求，如果不满足，设定符合现场工艺条件的修正参数，所述修正参数包括中轧机机间距离、钢坯温度、轧辊辊径。

步骤S07：重复步骤S01至S06，持续缩短进钢时间，直至无间隙进钢。

6.根据权利要求5所述的一种基于PLC控制的无间隙轧制方法，其特征在于，所述步骤S05中的修正参数包括粗轧机机间距离、钢坯温度、轧辊辊径。

7.根据权利要求5所述的一种基于PLC控制的无间隙轧制方法，其特征在于，所述步骤S06中的修正参数包括中轧机机间距离、钢坯温度、轧辊辊径。

8.根据权利要求5所述的一种基于PLC控制的无间隙轧制方法，其特征在于，所述无间隙控制柜与原轧线控制柜之间通过PROFEINET进行通讯。

9.根据权利要求5所述的一种基于PLC控制的无间隙轧制方法，其特征在于，所述上游轧机位于本轧机进钢方向的进口侧。

10.根据权利要求5所述的一种基于PLC控制的无间隙轧制方法，其特征在于，所述步骤S03中建立新集联关系的时机为第一只钢坯钢尾部脱离轧机，第二只钢坯头部咬入时，便会重新建立新集联关系。