CN109365541B - 一种高速棒材生产线高速上钢区域设备的全自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高速棒材生产线高速上钢区域设备的全自动控制方法，高速飞剪以工艺要求的超前轧件速度高速旋转，转辙器和转鼓处于等待位置。轧件从高速飞剪前精轧机出口移动，高速飞剪把轧件分断成设定的倍尺长度，同时转辙器动作配合飞剪剪切，剪切后，转辙器转到另一侧的等待位置。制动辊和转鼓有A线和B线两组设备，当高速飞剪剪切完成，飞剪后热金属检测器检测到钢尾信号后，制动辊夹持住钢尾，当高速飞剪后热金属检测器检测到钢尾信号时，制动辊打开。每次飞剪剪切完成后，A线和B线上的转鼓交替转动往冷床上送钢。本发明实现了高棒生产线高速上钢区域的全自动控制，通过合理控制高速上钢区域各个设备的动作，提高了生产线的轧制节奏。

Description

一种高速棒材生产线高速上钢区域设备的全自动控制方法

技术领域

本发明涉及一种高棒生产线高速上钢区全自动控制方法，属于高棒生产线自动控制领域。

背景技术

高速上钢区是高棒生产线中重要的设备区域之一，很大程度上决定高棒生产线的生产质量、节奏和产量。

高速上钢区的设备包括高速飞剪、转辙器、制动辊及转鼓。高速飞剪以工艺要求的超前轧件的速度高速旋转，转辙器和转鼓都处于等待位置。轧件从高速飞剪前的精轧机出口过来，由高速飞剪把轧件分断成人机界面(HMI)上预先设定的长度，转辙器的动作与高速飞剪剪切配合；制动辊和转鼓有A线和B线两组设备，当高速飞剪剪切完成飞剪后控制系统检测到钢尾信号后，制动辊夹持住钢尾，当另一个钢尾检测信号来时，制动辊打开，确保钢坯正常上冷床；每次飞剪剪切完成后，A线和B线上的转鼓交替转动往冷床上送钢。

高速上钢区域的控制是高棒生产线的关键技术之一，其高速飞剪精准剪切、转辙器及时动作及转鼓精准定位很大程度上决定成品上冷床的顺畅及节奏，该区域的控制精准度影响着后续生产线的工艺流程、成品质量及产量。

如何通过PLC系统合理地进行高速上钢区域的控制，根据生产要求控制高速上钢区轧制节奏，对于提升国内高棒生产线的自动控制水平、提高高速棒材生产线的产能，都具有重大意义。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提高高速上钢区域各个设备的运行稳定性、可靠性和停位精准性，获得理想的生产节奏，提出一种高速棒材生产线高速上钢区域的速度控制、位置控制及设备控制的全自动控制方法。

本发明高速棒材生产线高速上钢区域设备的全自动控制方法，高速上钢区的设备包括高速飞剪、转辙器、制动辊及转鼓四部分。其中，制动辊与转鼓包括A线和B线两组设备。

具体步骤如下；

步骤一：高速飞剪以工艺要求的超前轧件的速度高速旋转，转辙器和转鼓均处于等待位置。

步骤二：轧件从高速飞剪前的精轧机出口向高速飞剪处移送，由高速飞剪把轧件分断为人机监控界面上设定的倍尺长度。同时转辙器动作以配合飞剪剪切，飞剪剪切后，转辙器转到另一侧的等待位置。

步骤三：当高速飞剪剪切完成后，飞剪后方热金属检测器和转鼓前方热金属检测器分信号后，需要动作的制动辊打开；制动辊以超前轧件速度V_a运行，当高速飞剪完成剪切，轧件的尾部到达飞剪后方热金属检测器时，向制动辊发出信号，制动辊夹持轧件减速制动运行，减速运行速度V_b。当轧件尾部到达转鼓前方热金属检测器时，制动辊打开并加速运行至V_a。同时转鼓开始旋转；每次高速飞剪剪切完成后，A线和B线上的转鼓交替，周期性变速转动往冷床上送轧件。

本发明的优点在于：本发明高速棒材生产线高速上钢区域设备的全自动控制方法,实现了高棒生产线高速上钢区域的全自动控制，通过合理控制高速上钢区域各个设备的动作，提出了高速上钢区域有关设备的控制方法，保证了产品的精度和质量；提出了高速飞剪、转辙器及转鼓控制的方法，提高了生产线的轧制节奏。

附图说明

图1为本发明高速棒材生产线高速上钢区域设备的全自动控制方法中高速上钢区域各个设备布置示意图；

图2为本发明高速棒材生产线高速上钢区域设备的全自动控制方法中高速飞剪剪切方式示意图；

图3为本发明高速棒材生产线高速上钢区域设备的全自动控制方法中转辙器动作角度图；

图4为本发明高速棒材生产线高速上钢区域设备的全自动控制方法中高速飞剪、制动辊及转鼓位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明高速棒材生产线高速上钢区域设备的全自动控制方法，高速上钢区的设备包括高速飞剪、转辙器、制动辊及转鼓四部分，如图1所示；具体步骤如下：

步骤一：高速飞剪以工艺要求的超前轧件的速度高速旋转，转辙器和转鼓均处于等待位置。

步骤二：轧件从高速飞剪前的精轧机出口向高速飞剪处移送，由高速飞剪把轧件分断为人机监控界面(HMI)上设定的倍尺长度，同时转辙器动作以配合飞剪剪切，飞剪剪切后，转辙器转到另一侧的等待位置；

步骤二中，为了高速飞剪正常剪切，允许轧件进入的最小切角a₁，不允许轧件进入角度为a₁至-a₁之间所述首先，如图2所示，计算高速飞剪正常剪切时允许轧件进入的最小切角a₁；

a₁＝arcos(r_j-r_z/r_j)

其中，r_j为剪切半径；r_z为轧件半径；

同时，高速飞剪的剪刃采用变速运行方式，令剪刃的初始速度为V_r，节奏时间(每根过钢的间隙时间)内达到剪切速度V₁，且剪刃到达剪切位置。其中，V_r＝V_z*(1+δ)；V_z为轧件速度；δ为超前系数；V₁＝V_r+ΔV；ΔV为速度调整值。

设剪刃在任意位置时，高速飞剪前方热金属检测器检测点检测到轧件的时间为t₀，在t₀时刻，剪刃速度为V_r。

剪刃首刀剪切时间为：

t₁＝(L+L_i)/V_z

其中，L为工艺要求的倍尺长度；L_i为检测点到剪刃的距离；

在t₁-t₀时间内，剪刃速度调至V₁，且在保证轧件进入最小切角a₁外，计算出飞剪要旋转的圈数取整，就是飞剪要旋转的圈数。

后续剪切时，以切角位置开始计数，t₂＝t₃＝t₄......＝L/V_z；后续的剪切时间内，飞剪仍为变速运行。

尾尺剪切时，为保证节奏时间大于2s，尾尺长度为L_尾/V_z＞2s。

步骤二中，转辙器转动角度θ为：

θ＝(W+2S_D+D)/D_P-Q

其中，W为剪刃宽度；D为轧件直径；S_D为安全距离，保证轧件与剪刃不发生干涉的安全预留；D_P-Q为P点到Q点的距离，P点为转辙器转动中心，Q点为剪刃中心线与转辙器中心线的交点，如图3所示。上述转辙器转动角度一般情况下应保证θ＜4°。

设一个剪切周期内剪刃转数为N。当剪刃运行到N-1转且剪刃角度α＞-a₁时，转辙器开始启动，此时飞剪速度为V₁。设转辙器由M点(转辙器电机中心线与转辙器A线位置的交点)向N点(转辙器电机中心线与转辙器B线位置的交点)运行，在剪刃由A点(剪刃角度-α的位置)运行到B点前(剪刃角度α的位置)，转辙器应到达O点(转辙器电机中心线与转辙器中间位置的交点)。

转辙器运行轨迹从M点到N点近似为直线，匀速运行，速度为V_z：

V_z＝Dom/T_A-B

其中，Dom为OM之间的距离，

D_po为固定端P点到推杆运行中心O点的距离T_A-B剪刃从A点运行到B点所用时间T_A-B：

其中，D为剪刃回转直径，单位：m。

步骤三、当高速飞剪剪切完成后，飞剪后方热金属检测器(检测点1)和转鼓前方热金属检测器(检测点2)分别都检测到轧件的钢尾信号后，需要动作的制动辊打开，确保轧件正常上冷床，如图4所示；

所述制动辊与转鼓包括A线和B线两组设备；每次高速飞剪剪切完成后，A线和B线上的转鼓交替，周期性变速转动往冷床上送轧件。

上述制动辊以超前轧件速度V_a运行，当高速飞剪完成剪切，轧件的尾部到达检测点1时，向制动辊发出信号，制动辊夹持轧件减速制动运行，减速运行速度V_b；当轧件尾部到达检测点2，制动辊打开并加速运行至V_a；同时转鼓开始旋转。根据工艺要求，制动辊加速和减速时间要小于1秒。

上述转鼓分两线交替动作，每个动作周期内转鼓装置旋转90度，工艺要求转鼓从开始旋转到旋转到位要小于等于1.2秒。PLC系统给转鼓的传动装置通过Profibus-DP网发送转动命令，传动装置接到该命令后完成转鼓旋转90度后停止的控制。

本发明中当轧线上产生1#飞剪切尾信号或1#飞剪前热金属检测信号的下降沿到来后，还需进入倍尺优化阶段。此时，计算剩余钢长，并判断当前要剪切的轧件已通过高速飞剪的长度，如果超过工艺设定的倍尺长度的一半，则当前轧件不进行倍尺优化，按照工艺设定的倍尺长度剪切，从下一根轧件开始优化；否则，从当前轧件开始进行倍尺优化剪切。

上述剩余钢长的计算方式为：

取1#飞剪切尾信号或1#飞剪后热金属检测器的信号，计算剩余钢长∑L：

∑L＝L_总长-L₁-L₂-..-L_n

其中，L_总长为总钢长；L₁～L_n为第1～n根轧件倍尺长度。

上述具体优化剪切的方式为：

需在保证工艺允许上冷床的最小长度L_min前提下进行优化剪切：

1、若∑L-L_n-2-L_n-3>L_min，则按照设定倍尺进行剪切；其中，L_n-2为倒数第二根轧件倍尺长度；L_n-3为倒数第三根轧件倍尺长度。

2、若∑L-(L_n-2-l_d)-(L_n-3-l_d)>L_min，则倒数第二根和倒数第三根轧件倍尺长度各减去一个定尺长度进行剪切。否则，仍根据原设定的倍尺长度进行剪切；其中，l_d为定尺长度。

Claims (3)

1.一种高棒生产线高速上钢区全自动控制方法，高速上钢区的设备包括高速飞剪、转辙器、制动辊及转鼓四部分，其特征在于：所述制动辊与转鼓包括A线和B线两组设备；具体步骤如下；

步骤一：高速飞剪以工艺要求的超前轧件的速度高速旋转，转辙器和转鼓均处于等待位置；

步骤二：轧件从高速飞剪前的精轧机出口向高速飞剪处移送，由高速飞剪把轧件分断为人机监控界面上设定的倍尺长度，同时转辙器动作以配合飞剪剪切，飞剪剪切后，转辙器转到另一侧的等待位置；上述高速飞剪允许轧件进入的最小切角a₁，不允许轧件进入角度为a₁至-a₁之间；

a₁＝arcos(r_j-r_z/r_j)

其中，r_j为剪切半径；r_z为轧件半径；

高速飞剪的剪刃采用变速运行方式，令剪刃的初始速度为V_r，节奏时间内达到剪切速度V₁，且剪刃到达剪切位置；其中，V_r＝V_z*(1+δ)；V_z为轧件速度；δ为超前系数；V₁＝V_r+ΔV；ΔV为速度调整值；

步骤三：当高速飞剪剪切完成后，飞剪后方热金属检测器和转鼓前方热金属检测器分别都检测到轧机的钢尾信号后，需要动作的制动辊打开；制动辊以超前轧件速度V_a运行，当高速飞剪完成剪切，轧件的尾部到达飞剪后方热金属检测器时，向制动辊发出信号，制动辊夹持轧件减速制动运行，减速运行速度V_b；当轧件尾部到达转鼓前方热金属检测器时，制动辊打开并加速运行至V_a；同时转鼓开始旋转；每次高速飞剪剪切完成后，A线和B线上的转鼓交替，周期性变速转动往冷床上送轧件；

设剪刃在任意位置时，高速飞剪前方热金属检测器检测点检测到轧件的时间为t₀，在t₀时刻，剪刃速度为V_r；

则剪刃首刀剪切时间为t₀+t₁，其中t₁为：

t₁＝(L+L_i)/V_z

其中，L为工艺要求的倍尺长度；L_i为高速飞剪前方热金属检测器检测点到剪刃的距离；V_z为轧件速度；

在t₁时间内，剪刃速度调至节奏时间内达到的剪切速度V₁，且在保证轧件进入最小切角a₁外，计算出飞剪要旋转的圈数取整，就是飞剪要旋转的圈数；

后续剪切时，以切角位置开始计数，t₂＝t₃＝t₄......＝L/V_z；后续的剪切时间内，飞剪仍为变速运行；

尾尺剪切时，为保证节奏时间大于2s，尾尺长度为L_尾，L_尾/V_z＞2s；

上述转辙器转动角度θ为：

θ＝(W+2S_D+D)/D_P-Q

其中，W为剪刃宽度；D为轧件直径；S_D为安全距离，保证轧件与剪刃不发生干涉的安全预留；D_P-Q为P点到Q点的距离，P点为转辙器转动中心，Q点为剪刃中心线与转辙器中心线的交点；上述转辙器转动角度应保证θ＜4°；

设一个剪切周期内剪刃转数为N；当剪刃运行到N-1转且剪刃角度为-α，α＞a₁时，转辙器开始启动；a₁为高速飞剪允许轧件进入的最小切角；此时飞剪速度为V₁；设转辙器由转辙器电机中心线与转辙器A线位置的交点M向转辙器电机中心线与转辙器B线位置的交点N运行，在剪刃由剪刃角度-α的位置A点运行到剪刃角度α的位置B点前，转辙器应到达转辙器电机中心线与转辙器中间位置的交点O；

转辙器运行轨迹从M点到N点近似为直线，匀速运行，速度为V_z′：

V_z′＝Dom/T_A-B

其中，Dom为OM之间的距离，

D_po为P点到O点的距离，T_A-B为剪刃从A点运行到B点所用时间：

其中，D为剪刃回转直径，单位：m。

2.如权利要求1所述一种高棒生产线高速上钢区全自动控制方法，其特征在于：当轧线上产生1#飞剪切尾信号或1#飞剪前热金属检测信号的下降沿到来后，进入倍尺优化阶段；此时，计算剩余钢长，并判断当前要剪切的轧件已通过高速飞剪的长度，如果超过工艺设定的倍尺长度的一半，则当前轧件不进行倍尺优化，按照工艺设定的倍尺长度剪切，从下一根轧件开始优化；否则，从当前轧件开始进行倍尺优化剪切。

3.如权利要求2所述一种高棒生产线高速上钢区全自动控制方法，其特征在于：剩余钢长的计算方式为：剩余钢长∑L＝L_总长-L₁-L₂-……-L_n；其中，L_总长为总钢长；L₁～L_n为第1～n根轧件倍尺长度；

上述具体优化剪切的方式为：

需在保证工艺允许上冷床的最小长度L_min前提下进行优化剪切：

a、若∑L-L_n-2-L_n-3>L_min，则按照设定倍尺进行优化；其中，L_n-2为倒数第二根轧件倍尺长度；L_n-3为倒数第三根轧件倍尺长度；

b、若∑L-(L_n-2-l_d)-(L_n-3-l_d)>L_min，则倒数第二根和倒数第三根轧件倍尺长度各减去一个定尺长度进行剪切；否则，仍根据原设定的倍尺长度进行剪切；其中，l_d为定尺长度。

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