CN109261716A - 一种冷轧带肋钢筋轧制工艺 - Google Patents

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Abstract

一种冷轧带肋钢筋轧制工艺，轧制工艺在冷轧生产线上进行，减径轧机前后方向配置两道，第二道减径轧机带有减径驱动电机作为驱动动力装置，成型轧机带有成型驱动电机作为驱动动力装置，成型轧机轧制设定速度为V2，第二道减径轧机轧制速度为V1，生产线运行时V1、V2行满足公式：V1=K*V2+Mn；其中：Mn为PLC控制系统中的PID控制器的输出调节速度；K为轧制速度系数，原材料的直径为D,φ1为原材料的直径减去第一道轧机的减径量，棒材成品直径为φ2mm，则：。本工艺能够及时精确的调整成型轧机与减径轧机之间的速度匹配性。

Description

一种冷轧带肋钢筋轧制工艺
技术领域
本发明涉及钢筋线材冷轧技术，特别涉及一种冷轧带肋钢筋轧制工艺，属于钢筋加工技术领域。
背景技术
在冷轧带肋钢筋的生产中，对于较小规格的产品为了提高生产线的速度，通常会配置两台减径轧机和一台成型轧机，线材通过两台减径轧机分步减径，这种方式可以提高生产速度和产品质量，具体可参照如申请人在中国专利申请号2014100021101中所述的技术方案，该专利的轧制方案简单、易于控制，但该方案中，两台减径轧机均为不带动力的被动轧机，线材在轧机间上的传动全部依赖成型轧机的驱动力通过轧辊对线材产生的拉动作用，这种情况下容易对线材产生拉力，在轧制时形成张力，对线材轧制质量具有负面影响；如果在第二道减径轧机上配置变频电机驱动，就需要保证其与成型轧机轧辊间通过棒材的体积秒流量相等，实现无张力轧制，保证设备的稳定运行，需要控制系统及时精准的调整匹配第二道减径轧机和成型轧机的轧制速度，同时需要在两台带驱动的轧机间设置活套一台，活套由通过压缩空气带动气缸调节其升降高度，活套上安装有检测高度的拉线传感器，该传感器将活套高度信号转换为标准4-20mA电流信号，并输入PLC控制系统。在传统的速度控制中，成型轧机轧与减径轧的速度为线性比例关系，减径轧机速度小于成型轧机速度，这样虽然保证了系统的快速响应，但精度差，有时会发生堆钢或断钢等情况；还有一种根据活套高度来控制两道轧机的速度，当活套高度低于中间位置后，提高减径轧机的速度；而活套高度高于中间位置时，降低减径轧的速度，从而保证两台轧机的同步运行，这种控制精度高，但系统响应慢，在生产线启动时，时常会发生断钢现象，这两种方式均会造成生产过程中断、不稳定，特别是随着线材冷轧速度的提高，如申请人自主开发的冷轧生产线的速度轧制大规格的产品目前可达1000m/min以上，上述两种控制方法均不能满足速度日益加快的冷轧生产线的要求。。
发明内容
本发明的目的在于克服目前的冷轧带肋钢筋轧制中存在的上述问题，提供一种冷轧带肋钢筋轧制工艺。
为实现本发明的目的，采用了下述的技术方案：一种冷轧带肋钢筋轧制工艺，所述的轧制工艺在冷轧生产线上进行，所述的冷轧生产线包括减径轧机和成型轧机，所述的减径轧机前后方向配置两道，第二道减径轧机后配置有活套，活套上配置有高度传感器，高度传感器的信号传输至PLC控制系统，活套后的冷轧生产线上配置有成型轧机，所述的第一道减径轧机为不带动力的被动轧机，第二道减径轧机带有减径驱动电机作为驱动动力装置，成型轧机带有成型驱动电机作为驱动动力装置，上述的减径驱动电机及成型驱动电机均连接至PLC控制系统，设成型轧机轧制设定速度为V2，第二道减径轧机轧制速度为V1，生产线运行时V1、V2行满足公式：
V1=K*V2+Mn；其中：Mn为PLC控制系统中的PID控制器的输出调节速度；K为轧制速度系数，该系数<1，与棒材直径的形变数据相关，设原材料的直径为D ,φ1为原材料的直径减去第一道轧机的减径量，经过成型轧机后棒材成品直径为φ2mm，则：
；
Mn通过以下方法得到：
Mn = MPn+ MIn + MDn；
其中MPn是PLC控制系统PID控制器在某个采样时间回路输出的比例项的数值，MIn为某个采样时间回路输出积分项的数值，MDn为采样时间回路输出微分项的数值；上述各项的计算公式如下：
MPn = Kc *（SP—PV）
MIn = Kc * Ts / TI *（SP - PV）+MX
MDn = Kc * Td / Ts* (PVn-1 – PV)
其中为Kc比例系数，根据PLC型号可以得到Kc，Ts为采样时间， TI为积分时间， Td为微分时间， MX为采样时刻n-1时的积分项数值，PVn-1为采样时间n-1时过程变量的数值；PV为活套的实时高度的标准值，由活套拉线传感器发出的标准4~20mA电流信号送到PLC模拟量输入模块经过AD转换后的数字量得到；SP为活套的设定高度的标准值，通过标准化得到。
进一步的；所述的PLC控制系统采用西门子S7300系列PLC， CPU317，采样时间Ts=100ms，比例系数KC=0.7~0.8，积分时间TI=1.0~1.5，微分时间Td=0，采样时间单位为ms；积分时间、微分时间的单位均为分钟， Mn的输出范围为0~100.0米/分。
进一步的；所述的冷轧生产线活套与成型轧机之间还设置有扭转导卫工序，所述的第一道减径轧机、第二道减径轧机及成型轧机均为水平布置。
进一步的；所述扭转导卫工序前后设置两道，每道扭转导卫工序将钢筋扭转45度。
本发明的积极有益技术效果在于：本工艺能够及时精确的调整成型轧机与减径轧机之间的速度匹配性，实现无张力轧制，而且在生产中不会产生堆钢或断钢现象，保证了告诉冷轧生产的连续性和稳定性，采用本轧制工艺中的减径轧机和成型轧机的速度控制方式经过使用效果极好。
附图说明
图1是本发明的轧制设备布置示意图。
具体实施方式
为了更充分的解释本发明的实施，提供本发明的实施实例，这些实施实例仅仅是对本发明的阐述，不限制本发明的范围。
结合附图对本发明进一步详细的解释，附图中各标记为：1：第一道减径轧机；2：第二道减径轧机；3：活套；4：第一道扭转导卫；5：第二道扭转导卫；6：成型轧机。
如附图所示，一种冷轧带肋钢筋轧制工艺，所述的轧制工艺在冷轧生产线上进行，所述的冷轧生产线包括减径轧机和成型轧机6，所述的减径轧机前后方向配置两道，1所示为第一道减径轧机，第二道减径轧机2后配置有活套3，活套上配置有高度传感器，高度传感器的信号传输至PLC控制系统，活套后的冷轧生产线上配置有成型轧机，所述的冷轧生产线活套与成型轧机之间还设置有扭转导卫工序，所述扭转导卫工序前后设置两道，两道扭转导卫工序如4、5所示，每道扭转导卫工序将钢筋扭转45度，所述的第一道减径轧机、第二道减径轧机及成型轧机均为水平布置，两道减径轧机各完成减径总量的50%；所述的第一道减径轧机1为不带动力的被动轧机，第二道减径轧机带有减径驱动电机作为驱动动力装置，成型轧机带有成型驱动电机作为驱动动力装置，上述的减径驱动电机及成型驱动电机均连接至PLC控制系统，设成型轧机轧制设定速度为V2，第二道减径轧机轧制速度为V1，生产线运行时V1、V2行满足公式：
V1=K*V2+Mn；其中：Mn为PLC控制系统中的PID控制器的输出调节速度；K为轧制速度系数，该系数<1，与棒材直径的形变数据相关，设原材料的直径为D ,φ1为原材料的直径D减去第一道减径轧机的减径量，如原材料直径为10mm，轧制后的成品φ2为7mm；两道减径轧机各减径50%，则φ1=8.5mm；经过成型轧机后棒材成品直径为φ2mm，则：
；
Mn通过以下方法得到：
Mn = MPn+ MIn + MDn；
其中MPn是PLC控制系统PID控制器在某个采样时间回路输出的比例项的数值，MIn为某个采样时间回路输出积分项的数值，MDn为采样时间回路输出微分项的数值；上述各项的计算公式如下：
MPn = Kc *（SP—PV）
MIn = Kc * Ts / TI *（SP - PV）+MX
MDn = Kc * Td / Ts* (PVn-1 – PV)
其中为Kc比例系数，根据PLC型号可以得到Kc，Ts为采样时间， TI为积分时间， Td为微分时间， MX为采样时刻n-1时的积分项数值，PVn-1为采样时间n-1时过程变量的数值；PV为活套的实时高度的标准值，由活套拉线传感器发出的标准4~20mA电流信号送到PLC模拟量输入模块经过AD转换后的数字量得到；SP为活套的设定高度的标准值，通过标准化得到；所述的PLC控制系统采用西门子S7300系列PLC， CPU317，采样时间Ts=100ms，比例系数KC=0.7~0.8，积分时间TI=1.0~1.5，微分时间Td=0，采样时间单位为ms；积分时间、微分时间的单位均为分钟， Mn的输出范围为0~100.0米/分。
本工艺中；对于Mn的计算需要活套的实时高度和活套的目标高度对应的数字量通过PID闭环计算获得，活套的实时高度和活套的目标高度需要进行标准化到0.0~100.0%之间的数值。其中活套的实时高度的标准值由活套拉线传感器发出的标准4~20mA电流信号送到PLC模拟量输入模块经过AD转换后的数字量得到，4~20MA 对应转换后的原始数值RAW：0~27648，因此有PV=RAW*100/27648；SP为活套的设定高度的标准值，通过标准化得到，而活套的设定高度为计算机设定的活套高度目标值，生产线中实际所用的活套总高度为500mm，一般以活套中间高度250mm为活套高度目标值，SP=活套的设定值*100/活套的总高度，所以SP=250*100/500=50，控制系统采用的控制系统有西门子S7300系列PLC，型号为CPU317，根据西门子PLC计算公式如下：
Mn = MPn + MIn + MDn；
其中MPn是PID控制器在某个采样时间回路输出的比例项的数值，MIn为某个采样时间回路输出积分项的数值，MDn为采样时间回路输出微分项的数值；上述各项的计算公式如下：
MPn = Kc *（SP—PV）
MIn = Kc * Ts / TI *（SP - PV）+MX
MDn = Kc * Td / Ts* (PVn-1 – PV)
在生产中，例如当生产规格为7mm的产品时，原料规格为10mm，轧机速度系数K=7/8.5=0.823，经验值取值为0.820；当系统以100米/分速度启动，成型轧机由零速开始按设定的加速时间开始运行，由于轧机速度系数K的存在，第二道减径轧机的的速度按系数跟随成型轧机速度，其加速时间和减速时间均比成型轧机要短，保证了系统相应的及时性，当成型轧机速度为100米/分时，第二道减径轧机的速度为100*0.820=82米，而在启动时，活套会被棒材下压，高度降低，此时活套的实际值高度会变为190mm左右，设定的活套高度目标值为250mm，控制算法通过PID闭环调节输出调节速度，Mn=10.5米/分，V1=K*V2+ Mn =82+10.5=92.5米/分。两者叠加后去增加第二道减径轧机速度，使活套处于中间平衡位置。
在系统运行过程中，有时会因为原材料直径变化的原因，活套会出现超调现象，此时控制系统会根据当前活套的高度，进行PID调节，例如当活套高度到达310mm时， PID闭环调节输出Mn=5.2米/分，V1=K*V2+ Mn=82+5.2=87.2米/分，去减小第二道减径轧机的设定速度，从而使活套的高度到达中间位置。经过实践验证，系统反应快，控制精度高，满足了生产工艺的需要。
在详细说明本发明的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围，且本发明亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。

Claims (4)

1.一种冷轧带肋钢筋轧制工艺，所述的轧制工艺在冷轧生产线上进行，所述的冷轧生产线包括减径轧机和成型轧机，所述的减径轧机前后方向配置两道，第二道减径轧机后配置有活套，活套上配置有高度传感器，高度传感器的信号传输至PLC控制系统，活套后的冷轧生产线上配置有成型轧机，其特征在于：所述的第一道减径轧机为不带动力的被动轧机，第二道减径轧机带有减径驱动电机作为驱动动力装置，成型轧机带有成型驱动电机作为驱动动力装置，上述的减径驱动电机及成型驱动电机均连接至PLC控制系统，设成型轧机轧制设定速度为V2，第二道减径轧机轧制速度为V1，生产线运行时V1、V2行满足公式：
V1=K*V2+Mn；其中：Mn为PLC控制系统中的PID控制器的输出调节速度；K为轧制速度系数，该系数<1，与棒材直径的形变数据相关，设原材料的直径为D ,φ1为原材料的直径D减去第一道减径轧机的减径量，经过成型轧机后棒材成品直径为φ2mm，则：
；
Mn通过以下方法得到：
Mn = MPn+ MIn + MDn；
其中MPn是PLC控制系统PID控制器在某个采样时间回路输出的比例项的数值，MIn为某个采样时间回路输出积分项的数值，MDn为采样时间回路输出微分项的数值；上述各项的计算公式如下：
MPn = Kc *（SP—PV）
MIn = Kc * Ts / TI *（SP - PV）+MX
MDn = Kc * Td / Ts* (PVn-1 – PV)
其中为Kc比例系数，根据PLC型号可以得到Kc，Ts为采样时间， TI为积分时间， Td为微分时间， MX为采样时刻n-1时的积分项数值，PVn-1为采样时间n-1时过程变量的数值；PV为活套的实时高度的标准值，由活套拉线传感器发出的标准4~20mA电流信号送到PLC模拟量输入模块经过AD转换后的数字量得到；SP为活套的设定高度的标准值，通过标准化得到。
2.根据权利要求1所述的一种冷轧带肋钢筋轧制工艺，其特征在于：所述的PLC控制系统采用西门子S7300系列PLC， CPU317，采样时间Ts=100ms，比例系数KC=0.7~0.8，积分时间TI=1.0~1.5，微分时间Td=0，采样时间单位为ms；积分时间、微分时间的单位均为分钟， Mn的输出范围为0~100.0米/分。
3.根据权利要求1所述的一种冷轧带肋钢筋轧制工艺，其特征在于：所述的冷轧生产线活套与成型轧机之间还设置有扭转导卫工序，所述的第一道减径轧机、第二道减径轧机及成型轧机均为水平布置，两道减径轧机各完成减径总量的50%。
4.根据权利要求1所述的一种冷轧带肋钢筋轧制工艺，其特征在于：所述扭转导卫工序前后设置两道，每道扭转导卫工序将钢筋扭转45度。
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