CN113843288A - 一种棒线轧制过程负公差预测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种棒线轧制过程负公差预测方法及系统,包括一套轧线PLC、一套负公差PLC、一套用来运行负公差计算模型的Server服务器、一套用来调整生产参数的工控上位机、一套用于显示预测结果的车间大屏显示器、一套用于检测轧件尺寸的测径仪系统、一套用于获得打捆后成品重量的成品称重系统和一套用于计算轧件长度的长度测量系统;其各硬件设备之间采用Profinet网络,所有外部信息采集系统和输出系统也采用Profinet网络,执行TCP/IP协议,提高数据传输速率,缩短固有扫描周期;最后通过建立预测方法,得到棒线材的负公差预测结果,用来指导生产线的调整优化,减少了负公差调整的难度。
Description
技术领域
本发明涉及冶金自动化技术领域,具体为一种棒线轧制过程负公差预测方法及系统。
背景技术
冶金行业棒线材的负公差轧制采用十分广泛,负公差即国家标准对棒材的理论重量和实际重量允许的下限偏差。采用负公差轧制,是很多钢铁企业节约金属用量,提高成材率的有效手段,也能节约生产成本,为企业带来可观的经济效益。
在实际轧制过程中,仅靠检验人员用游标卡尺在轧制后进行热态取样测量的方法无法很好地控制负差率。因为棒线材是在高速状态下连续轧制,这种方法不可能做到对每根钢都进行测量,也无法进行实时动态监控,结果很容易造成负差超标或达不到规定值。在成品打捆以后进行称量计算,结果相对比较准确,但是在时效性上落后太多,前面已经生产出很多成品,如果此时检测出负公差不合格,将导致很多不合格品的浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种棒线轧制过程负公差预测方法及系统,具有完整性强、稳定性高、固有周期短、维护便利性强等优点,能自动测量棒线材的轧制负公差值,并给出调整轧机轧制参数的指导性数据,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种棒线轧制过程负公差预测方法,包括以下步骤:
S1:置办相应的配套系统,其包括:一套轧线PLC、一套负公差PLC、一套用来运行负公差计算模型的Server服务器、一套用来调整生产参数的工控上位机、一套用于显示预测结果的车间大屏显示器、一套用于检测轧件尺寸的测径仪系统、一套用于获得打捆后成品重量的成品称重系统和一套用于计算轧件长度的长度测量系统;
S2:通过对短应力线轧机轧制过程中弹性变形f∑的计算方法,获得轧机在工作过程中的弹跳变形数据;
S3:将轧机孔型实测值、轧机弹性变形以及轧件冷缩率因素综合考虑得到理论上轧件的成品尺寸;
S4:根据轧件尺寸、长度计算出的负公差预测数据结果;
S5:通过负公差预测数据和理论轧件尺寸的计算结果分析,得出轧机上线后对孔型的调整指导数据。
更进一步地,所述测径仪系统将测径仪布置在机器后方用于检测轧件的外轮廓尺寸,实时记录轧件的尺寸数据,并存入数据库中,用来计算轧件的预测数据。
更进一步地,所述成品称重系统在打捆完成后,称量整包成品的重量,用来校验整个预测系统的准确性,并得到修正系数值,作为预测系统自学习的数据源。
更进一步地,所述长度测量系统用于获得轧件长度数据计算模型数据,具体的通过在成品机架后设置热金属检测器,用来检测轧件的头尾信息,得到真实的轧件长度数据,实时存储到数据库中。
更进一步地,所述车间大屏显示器用于将预测的结果和模型输出数据实时性显示在车间关键点上,给操作人员和轧机调整人员参考,及时对负公差的波动做出响应。
更进一步地,S4中负公差预测数据结果计算方法如下:
S401:根据加工机器后安装的测径仪,测出圆坯料的外形尺寸数据D;
S402:通过在成品机架后设置热金属检测器检测半成品轧件长度L;
S403:根据公式:Wact=ρπ(D/2)2*L;计算出本支钢的重量Wact;
S404:用倍尺剪测长得到实际长度数据Lact;
S406:根据公式:S=(Dact-Dset)/Dset*100%;得到负公差数据S。
本发明提供另一种技术方案:一种棒线轧制过程负公差预测方法的系统,包括硬件设备:一套轧线PLC、一套负公差PLC、一套用来运行负公差计算模型的Server服务器、一套用来调整生产参数的工控上位机、一套用于显示预测结果的车间大屏显示器、一套用于检测轧件尺寸的测径仪系统、一套用于获得打捆后成品重量的成品称重系统和一套用于计算轧件长度的长度测量系统;所述工控上位机的一端与车间大屏显示器建立通信连接,工控上位机的另一端以及Server服务器分别与交换机建立通信连接,交换机的另一端分别与轧线PLC、负公差PLC建立数据端口连接;所述负公差PLC还分别与测径仪系统、成品称重系统、长度测量系统建立通信连接。
更进一步地,各硬件设备之间采用Profinet网络,其测径仪系统、成品称重系统、长度测量系统及所有外部信息采集系统和输出系统均采用Profinet网络,并执行TCP/IP协议。
更进一步地,所述负公差PLC用于接收测径仪系统、成品称重系统和长度测量系统的数据信号,并通过交换机将数据信号转换后发送至Server服务器进行数据计算。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明提供的一种棒线轧制过程负公差预测方法及系统,通过配置的轧线PLC和负公差PLC用来处理逻辑控制功能和关键信息采集,配置的Server服务器用来运行负公差计算模型,工控上位机用来显示负公差预测结果以及配合生产调整相应参数;其各硬件设备之间采用Profinet网络,所有外部信息采集系统和输出系统也采用Profinet网络,执行TCP/IP协议,提高数据传输速率,缩短固有扫描周期;最后通过建立预测方法,得到棒线材的负公差预测结果,用来指导生产线的调整优化,从而实现自动测量棒线材的轧制负公差值,并给出调整轧机轧制参数的指导性数据,减少了负公差调整的难度。
附图说明
图1为本发明的负公差预测系统原理图;
图2为本发明的轧机弹跳原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1,本发明实施例中提供一种棒线轧制过程负公差预测方法的系统,包括硬件设备:一套轧线PLC、一套负公差PLC、一套用来运行负公差计算模型的Server服务器、一套用来调整生产参数的工控上位机、一套用于显示预测结果的车间大屏显示器、一套用于检测轧件尺寸的测径仪系统、一套用于获得打捆后成品重量的成品称重系统和一套用于计算轧件长度的长度测量系统;工控上位机的一端与车间大屏显示器建立通信连接,工控上位机的另一端以及Server服务器分别与交换机建立通信连接,交换机的另一端分别与轧线PLC、负公差PLC建立数据端口连接;所述负公差PLC还分别与测径仪系统、成品称重系统、长度测量系统建立通信连接。
上述各硬件设备之间采用Profinet网络,其测径仪系统、成品称重系统、长度测量系统及所有外部信息采集系统和输出系统均采用Profinet网络,并执行TCP/IP协议;其中,负公差PLC用于接收测径仪系统、成品称重系统和长度测量系统的数据信号,并通过交换机将数据信号转换后发送至Server服务器进行数据计算。
基于上述棒线轧制过程负公差预测方法的系统,提供具体的棒线轧制过程负公差预测方法,包括以下步骤:
第一步:置办相应的配套系统,其包括:一套轧线PLC、一套负公差PLC、一套用来运行负公差计算模型的Server服务器、一套用来调整生产参数的工控上位机、一套用于显示预测结果的车间大屏显示器、一套用于检测轧件尺寸的测径仪系统、一套用于获得打捆后成品重量的成品称重系统和一套用于计算轧件长度的长度测量系统;
第二步:通过对短应力线轧机轧制过程中弹性变形f∑的计算方法,获得轧机在工作过程中的弹跳变形数据;
第三步:将轧机孔型实测值、轧机弹性变形以及轧件冷缩率因素综合考虑得到理论上轧件的成品尺寸;
第四步:根据轧件尺寸、长度计算出的负公差预测数据结果;
第五步:通过负公差预测数据和理论轧件尺寸的计算结果分析,得出轧机上线后对孔型的调整指导数据。
在上述实施例中,测径仪系统将测径仪布置在机器后方用于检测轧件的外轮廓尺寸,实时记录轧件的尺寸数据,并存入数据库中,用来计算轧件的预测数据;成品称重系统在打捆完成后,称量整包成品的重量,用来校验整个预测系统的准确性,并得到修正系数值,作为预测系统自学习的数据源;长度测量系统用于获得轧件长度数据计算模型数据,具体的通过在成品机架后设置热金属检测器,用来检测轧件的头尾信息,得到真实的轧件长度数据,实时存储到数据库中;车间大屏显示器用于将预测的结果和模型输出数据实时性显示在车间关键点上,给操作人员和轧机调整人员参考,及时对负公差的波动做出响应。
在上述步骤四中,负公差预测数据结果计算方法如下:
(1)、根据加工机器后安装的测径仪,测出圆坯料的外形尺寸数据D;
(2)、通过在成品机架后设置热金属检测器检测半成品轧件长度L;
(3)、根据公式:Wact=ρπ(D/2)2*L;计算出本支钢的重量Wact;
(4)、用倍尺剪测长得到实际长度数据Lact;
(6)、根据公式:S=(Dact-Dset)/Dset*100%;得到负公差数据S。
请参阅图2,为了进一步更好的解释说明上述方法,针对步骤二中,关于轧机弹跳部分的计算方法如下:
1)在轧机机架上线以后,现场调整人员需要对成品机架的孔型进行测量,得到实测的孔型数据Ddec;
2)轧机弹跳值计算:在轧制过程中,轧件属受轧辊作用产生塑性变形,短应力线轧机和轧辊受到轧件的反作用力而产生弹性变形,导致预先调整好的辊缝值发生变化,进而影响到了轧件的尺寸,轧机轧制时的辊缝和空载时的辊缝差值叫做辊缝弹跳量,因为同一规格的轧件轧制力变化不大,因此可以认为轧机弹跳量是个固定的数值;
短应力线轧机的弹性变形是轧机机座上各个承载部件的弹性变形之和,如下:
短应力线轧机弹性变形主要由以下部分组成:
i)轧辊的弯曲变形:f1=P*l1 3/(48E*(π*D4/32));
P--轧制力;l1--轧辊轴承支点间距;E--轧辊弹性模量;D--轧辊直径;经过计算得到f1=0.04mm;
ii)轧机立柱的拉伸变形:f2=0.4P*l2/(2*E*(π*D2/4));
l2--拉杆长度;经过计算得到f2=0.045mm;
iii)立柱上面螺母的压缩变形:f3=0.4P*l3/(E*π*(D1 2-d2));
l3--螺母啮合长度;D1--螺母外径;d--螺纹中径;经过计算得到f3=0.006mm;
iv)轴承座的弹性变形:f4=0.8*l4 3/(4*E*bh3);
l4--轴承座立柱间距;b--轴承座界面宽;h--轴承座截面高;经过计算得到f4=0.005mm;
v)轧辊轴承的弹性变形:f5=(0.0012/cosα)*1/lg 0.8(2.04/izcosα)0.9*P0.9;
α--滚子轴承的接触角;lg--管子轴承的有效接触长度;i--滚子轴承列数;z--滚子轴承数量;经过计算得到f5=0.04mm;
综上所述:弹性变形
f∑=f1+f2+f3+f4+f5=0.04+0.045+0.006+0.005+0.04=0.135mm。
为了进一步更好的解释说明上述方法,针对步骤三中,关于轧件冷缩率部分的计算方法如下:
螺纹钢热膨胀和冷缩率的计算:钢材的热胀冷缩率叫做钢材的线性膨胀系数;钢材的线性膨胀系数与钢材的成分有关系,一般碳素钢为10-13×(0.000001/℃),所以在一般常常取钢材的线涨系数为:1.2×10-5/℃。
根据上述结果,可以得到轧件的理论直径:
Dthe=(Ddec+0.135)*(1.2×10-5)mm;
根据Dact=Dthe;可以得出实测辊缝的目标值,直接用于指导辊缝调整。
综上所述:本发明提供的一种棒线轧制过程负公差预测方法及系统,通过配置的轧线PLC和负公差PLC用来处理逻辑控制功能和关键信息采集,配置的Server服务器用来运行负公差计算模型,工控上位机用来显示负公差预测结果以及配合生产调整相应参数;其各硬件设备之间采用Profinet网络,所有外部信息采集系统和输出系统也采用Profinet网络,执行TCP/IP协议,提高数据传输速率,缩短固有扫描周期;最后通过建立预测方法,得到棒线材的负公差预测结果,用来指导生产线的调整优化,从而实现自动测量棒线材的轧制负公差值,并给出调整轧机轧制参数的指导性数据,减少了负公差调整的难度。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种棒线轧制过程负公差预测方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:置办相应的配套系统,其包括:一套轧线PLC、一套负公差PLC、一套用来运行负公差计算模型的Server服务器、一套用来调整生产参数的工控上位机、一套用于显示预测结果的车间大屏显示器、一套用于检测轧件尺寸的测径仪系统、一套用于获得打捆后成品重量的成品称重系统和一套用于计算轧件长度的长度测量系统;
S2:通过对短应力线轧机轧制过程中弹性变形f∑的计算方法,获得轧机在工作过程中的弹跳变形数据;
S3:将轧机孔型实测值、轧机弹性变形以及轧件冷缩率因素综合考虑得到理论上轧件的成品尺寸;
S4:根据轧件尺寸、长度计算出的负公差预测数据结果;
S5:通过负公差预测数据和理论轧件尺寸的计算结果分析,得出轧机上线后对孔型的调整指导数据。
2.如权利要求1所述的一种棒线轧制过程负公差预测方法,其特征在于:所述测径仪系统将测径仪布置在机器后方用于检测轧件的外轮廓尺寸,实时记录轧件的尺寸数据,并存入数据库中,用来计算轧件的预测数据。
3.如权利要求1所述的一种棒线轧制过程负公差预测方法,其特征在于:所述成品称重系统在打捆完成后,称量整包成品的重量,用来校验整个预测系统的准确性,并得到修正系数值,作为预测系统自学习的数据源。
4.如权利要求1所述的一种棒线轧制过程负公差预测方法,其特征在于:所述长度测量系统用于获得轧件长度数据计算模型数据,具体的通过在成品机架后设置热金属检测器,用来检测轧件的头尾信息,得到真实的轧件长度数据,实时存储到数据库中。
5.如权利要求1所述的一种棒线轧制过程负公差预测方法,其特征在于:所述车间大屏显示器用于将预测的结果和模型输出数据实时性显示在车间关键点上,给操作人员和轧机调整人员参考,及时对负公差的波动做出响应。
7.一种如权利要求1所述的棒线轧制过程负公差预测方法的系统,其特征在于,包括硬件设备:一套轧线PLC、一套负公差PLC、一套用来运行负公差计算模型的Server服务器、一套用来调整生产参数的工控上位机、一套用于显示预测结果的车间大屏显示器、一套用于检测轧件尺寸的测径仪系统、一套用于获得打捆后成品重量的成品称重系统和一套用于计算轧件长度的长度测量系统;所述工控上位机的一端与车间大屏显示器建立通信连接,工控上位机的另一端以及Server服务器分别与交换机建立通信连接,交换机的另一端分别与轧线PLC、负公差PLC建立数据端口连接;所述负公差PLC还分别与测径仪系统、成品称重系统、长度测量系统建立通信连接。
8.如权利要求7所述的一种棒线轧制过程负公差预测方法的系统,其特征在于,各硬件设备之间采用Profinet网络,其测径仪系统、成品称重系统、长度测量系统及所有外部信息采集系统和输出系统均采用Profinet网络,并执行TCP/IP协议。
9.如权利要求7所述的一种棒线轧制过程负公差预测方法的系统,其特征在于,所述负公差PLC用于接收测径仪系统、成品称重系统和长度测量系统的数据信号,并通过交换机将数据信号转换后发送至Server服务器进行数据计算。
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