CN114104961A - 一种电动液压式轧辊吊具自动控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动液压式轧辊吊具自动控制方法及装置，属于轧钢控制方法及装置技术领域。本发明的技术方案是：在吊具装置上设置PLC控制站实现吊具远程控制，PLC控制站通过串行网络与无人行车控制系统进行数据交换，接受无人行车控制系统控制指令和参数设定；PLC控制站进行液压控制单元启停控制、吊具夹臂开度控制、对中抓取位置控制以及防轴承座侧翻装置控制。本发明的有益效果是：通过对控制站与无人行车系统有效结合和对夹钳机械结构和自动化检测元件的有效布局，成功将无人行车系统应用于轧钢系统磨辊间行车控制领域，扩大了无人行车系统的应用领域，优化了磨辊间劳动力资源配置。

Description

一种电动液压式轧辊吊具自动控制方法及装置

技术领域

本发明涉及一种电动液压式轧辊吊具自动控制方法及装置，属于轧钢控制方法及装置技术领域。

背景技术

随着市场竞争日益激烈和人工费用不断提高，同时对先进技术和智能化、无人化需求也越来越高，在无人行车控制需求市场越来越大的环境下，过程内无人行车在热轧和冷战成品和原料库都得到了广泛的应用，在热轧磨辊间轧辊吊装以及拆、配辊工艺还是人工操作，而轧辊的吊装控制精度和安全保障需求更高，工人劳动强度大，且无法保障设备安全与控制精度要求。

发明内容

本发明目的是提供一种电动液压式轧辊吊具自动控制方法及装置，通过对控制站与无人行车系统有效结合和对夹钳机械结构和自动化检测元件的有效布局，成功将无人行车系统应用于轧钢系统磨辊间行车控制领域，扩大了无人行车系统的应用领域，很好的降低工人劳动强度，优化劳动力资源配置和安全保障工作，提高生产效率，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案是：一种电动液压式轧辊吊具自动控制方法，包含以下步骤：（1）在吊具装置上设置PLC控制站实现吊具远程控制，PLC控制站通过串行网络与无人行车控制系统进行数据交换，接受无人行车控制系统控制指令和参数设定；（2）PLC控制站进行液压控制单元启停控制、吊具夹臂开度控制、对中抓取位置控制以及防轴承座侧翻装置控制；（3）实现过程数据的采集与监控以及控制设备运行状态，反馈吊具装置的监测信息与运行状态，诊断和记录过程数据。

所述步骤（1）中，PLC控制站与无人行车控制系统通过安装于可随吊钩起升的422通讯电缆进行数据交换，发送吊具夹钳开度位置、液压控制单元运行信息、夹紧、对中、负载、地面感知、轴向相对位置和吊具与轴承座相对位置信息；接受并执行无人行车控制系统下达的夹臂打开、夹臂关闭及开度设定参数。

所述步骤（2）中，液压控制单元启停控制：为夹臂和防轴承座翻转装置提供动力，通过本地操作手柄或者网络实现本地和远程双重控制，通过压力检测开关进行液压马达运行状态和油路堵塞监测，用于保护液压控制单元；

吊具夹臂开度控制：由无人行车系统根据被吊辊的尺寸信息设定开度参数值，吊具系统根据设定值和位置检测元件实现闭环控制，并通过检测限位开关发送夹紧、负载和最大最小开度限位开关信号进行连锁保护设置；

对中抓取位置控制：通过距离检测元件来实现，当对射式激光测距仪检测到被吊辊上表面时，读取反射式激光测距仪轴向定位测距数值并及时反馈给无人行车系统，其根据数据信息进行修正抓取轴向位置设定值；

防轴承座侧翻装置控制：当无人行车系统进行取辊作业时，夹臂夹紧和负载信号到来时，伸出液压单元左右防轴承座侧翻装置，顶紧轧辊轴承座避免其发生侧向转动，当无人行车系统进行放辊作业时，轧辊被运送至指定位置并且夹紧信号消失时，收回液压单元左右防轴承座侧翻装置；左右防轴承座侧翻装置缩回位置由上限开关连锁，伸出位置由压力开关连锁实现，实现防轴承座侧翻装置安全运行。

一种电动液压式轧辊吊具自动控制装置，包含液压控制单元、PLC控制站、位置检测元件、距离检测元件、检测限位开关和压力检测开关，所述PLC控制站的输出端连接液压控制单元，位置检测元件、距离检测元件、检测限位开关和压力检测开关分别与PLC控制站的输入端连接；

PLC控制站包含中央处理器、位置检测模块、数字量输入模块、数字输出模块、模拟量输入模块和模拟量输出模块；中央处理器其是控制站指导中心，用于与行车系统进行数据交换、控制指令执行、信号采集与处理；位置检测模块是采集夹臂开口度的高速计数模块，与位置检测元件连接；数字量输入模块用于采集吊具装置的开关量信号，与检测限位开关连接；数字输出模块用于对吊具运行状态指示灯的控制和开关量控制；模拟量输入模块与距离检测元件相连接；模拟量输出模块与液压控制单元相连接；

液压控制单元包含液压油箱管路、液压马达、比例阀、比例放大器、截止阀、顶紧油缸和丝杠传递装置，液压油箱管路是液压控制单元可靠运行的保障；液压马达为液压控制单元动力输出和系统循环提供动力；比例阀和比例放大器与夹臂连接，通过对比例阀阀芯位置控制实现夹臂运行速度调节，通过两个比例放大器对比例阀控制信号放大，并且实现夹臂运行方向控制；截止阀用于改变系统油路动力输出方向；顶紧油缸有两个，设置在液压马达的左右两侧，与轴承座的位置相匹配，通过对顶紧油缸的有效控制，防止轧辊吊运过程中轴承座的侧翻；液压马达通过丝杠传递装置与夹臂连接，丝杠传递装置是夹臂开闭动作与速度传递的直接装置，其将液压马达的动力传递给夹臂；

位置检测元件包含绝对值编码器，绝对值编码器安装在液压马达电机上，用于夹臂开口度检测，与PLC控制站的位置检测模块连接；

距离检测元件包含对射式激光测距仪和反射式激光测距仪，安装在夹臂的下侧，对射式激光测距仪用于轧辊上下表面探测，反射式激光测距仪用于吊具在抓辊过程中对抓取位置检测，当对射式激光测距仪检测到被吊辊上表面时，读取反射式激光测距仪数值并及时反馈给无人行车系统，其根据数据信息进行修正抓取轴向位置设定值；

检测限位开关包含极限开关、地面感知光电开关、接近开关和行程开关，极限开关安装在夹臂的上侧，作为夹臂动作极限保护装置；地面感知光电开关安装在夹臂的底部，地面感知光电开关根据设备停放地面与夹臂下边沿相对距离，设置传感器感知距离，用于探知地面相对位置，保护设备和系统的稳定运行；接近开关包含限位检测接近开关、夹臂夹紧检测接近开关和负载检测接近开关，各有两个，分别设置在夹钳的上部外侧、下部内侧和底部内侧，用于夹臂在抱辊时的夹紧信号和夹臂最大最小位置检测；行程开关有两个，安装在顶紧油缸上，用于夹臂负载信号检测和顶紧油缸上限位位置联锁信号，进而控制顶紧油缸的缩回；

压力检测开关包含压力继电器，压力继电器有两个，安装在两个顶紧油缸回路上，实现顶紧油缸压紧的动作控制与保护。

还包含锁紧插销，所述锁紧插销有两个，设置在两个顶紧油缸的内侧。

本发明的有益效果是：通过对控制站与无人行车系统有效结合和对夹钳机械结构和自动化检测元件的有效布局，成功将无人行车系统应用于轧钢系统磨辊间行车控制领域，扩大了无人行车系统的应用领域，优化了磨辊间劳动力资源配置。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是图1的上部侧视图；

图3是本发明的夹臂结构图；

图中：液压马达1、顶紧油缸2、锁紧插销3、限位开关4、行程开关5、限位检测接近开关6、夹臂夹紧检测接近开关7、负载检测接近开关8、绝对值编码器9、对射式激光测距仪10、地面感知光电开关11、反射式激光测距仪12、夹臂13。

具体实施方式

为了使发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本发明中的实施案例，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案例，都属于本发明保护范围。

一种电动液压式轧辊吊具自动控制方法，包含以下步骤：（1）在吊具装置上设置PLC控制站实现吊具远程控制，PLC控制站通过串行网络与无人行车控制系统进行数据交换，接受无人行车控制系统控制指令和参数设定；（2）PLC控制站进行液压控制单元启停控制、吊具夹臂开度控制、对中抓取位置控制以及防轴承座侧翻装置控制；（3）实现过程数据的采集与监控以及控制设备运行状态，反馈吊具装置的监测信息与运行状态，诊断和记录过程数据。

所述步骤（1）中，PLC控制站与无人行车控制系统通过安装于可随吊钩起升的422通讯电缆进行数据交换，发送吊具夹钳开度位置、液压控制单元运行信息、夹紧、对中、负载、地面感知、轴向相对位置和吊具与轴承座相对位置信息；接受并执行无人行车控制系统下达的夹臂打开、夹臂关闭及开度设定参数。

所述步骤（2）中，液压控制单元启停控制：为夹臂和防轴承座翻转装置提供动力，通过本地操作手柄或者网络实现本地和远程双重控制，通过压力检测开关进行液压马达运行状态和油路堵塞监测，用于保护液压控制单元；

吊具夹臂开度控制：由无人行车系统根据被吊辊的尺寸信息设定开度参数值，吊具系统根据设定值和位置检测元件实现闭环控制，并通过检测限位开关发送夹紧、负载和最大最小开度限位开关信号进行连锁保护设置；

对中抓取位置控制：通过距离检测元件来实现，当对射式激光测距仪检测到被吊辊上表面时，读取反射式激光测距仪轴向定位测距数值并及时反馈给无人行车系统，其根据数据信息进行修正抓取轴向位置设定值；

防轴承座侧翻装置控制：当无人行车系统进行取辊作业时，夹臂夹紧和负载信号到来时，伸出液压单元左右防轴承座侧翻装置，顶紧轧辊轴承座避免其发生侧向转动，当无人行车系统进行放辊作业时，轧辊被运送至指定位置并且夹紧信号消失时，收回液压单元左右防轴承座侧翻装置；左右防轴承座侧翻装置缩回位置由上限开关连锁，伸出位置由压力开关连锁实现，实现防轴承座侧翻装置安全运行。

一种电动液压式轧辊吊具自动控制装置，包含液压控制单元、PLC控制站、位置检测元件、距离检测元件、检测限位开关和压力检测开关，所述PLC控制站的输出端连接液压控制单元，位置检测元件、距离检测元件、检测限位开关和压力检测开关分别与PLC控制站的输入端连接；

PLC控制站包含中央处理器、位置检测模块、数字量输入模块、数字输出模块、模拟量输入模块和模拟量输出模块；中央处理器其是控制站指导中心，用于与行车系统进行数据交换、控制指令执行、信号采集与处理；位置检测模块是采集夹臂开口度的高速计数模块，与位置检测元件连接；数字量输入模块用于采集吊具装置的开关量信号，与检测限位开关连接；数字输出模块用于对吊具运行状态指示灯的控制和开关量控制；模拟量输入模块与距离检测元件相连接；模拟量输出模块与液压控制单元相连接；

液压控制单元包含液压油箱管路、液压马达1、比例阀、比例放大器、截止阀、顶紧油缸2和丝杠传递装置，液压油箱管路是液压控制单元可靠运行的保障；液压马达为液压控制单元动力输出和系统循环提供动力；比例阀和比例放大器与夹臂13连接，通过对比例阀阀芯位置控制实现夹臂13运行速度调节，通过两个比例放大器对比例阀控制信号放大，并且实现夹臂13运行方向控制；截止阀用于改变系统油路动力输出方向；顶紧油缸3有两个，设置在液压马达2的左右两侧，与轴承座的位置相匹配，通过对顶紧油缸3的有效控制，防止轧辊吊运过程中轴承座的侧翻；液压马达2通过丝杠传递装置与夹臂13连接，丝杠传递装置是夹臂13开闭动作与速度传递的直接装置，其将液压马达1的动力传递给夹臂；

位置检测元件包含绝对值编码器9，绝对值编码器9安装在液压马达1电机上，用于夹臂13开口度检测，与PLC控制站的位置检测模块连接；

距离检测元件包含对射式激光测距仪10和反射式激光测距仪12，安装在夹臂13的下侧，对射式激光测距仪10用于轧辊上下表面探测，反射式激光测距仪12用于吊具在抓辊过程中对抓取位置检测，当对射式激光测距仪10检测到被吊辊上表面时，读取反射式激光测距仪12数值并及时反馈给无人行车系统，其根据数据信息进行修正抓取轴向位置设定值；

检测限位开关包含极限开关4、地面感知光电开关11、接近开关和行程开关5，极限开关4安装在夹臂03的上侧，作为夹臂13动作极限保护装置；地面感知光电开关11安装在夹臂13的底部，地面感知光电开关11根据设备停放地面与夹臂13下边沿相对距离，设置传感器感知距离，用于探知地面相对位置，保护设备和系统的稳定运行；接近开关包含限位检测接近开关6、夹臂夹紧检测接近开关7和负载检测接近开关8，各有两个，分别设置在夹钳的上部外侧、下部内侧和底部内侧，用于夹臂在抱辊时的夹紧信号和夹臂最大最小位置检测；行程开关5有两个，安装在顶紧油缸2上，用于夹臂负载信号检测和顶紧油缸上限位位置联锁信号，进而控制顶紧油缸2的缩回；

压力检测开关包含压力继电器，压力继电器有两个，安装在两个顶紧油缸2回路上，实现顶紧油缸2压紧的动作控制与保护。

还包含锁紧插销3，所述锁紧插销3有两个，设置在两个顶紧油缸的内侧。

在实际应用中，运用基于串行通讯技术和自动化检测控制手段实现PLC间网络数据交换，实现PLC控制系统与液压系统相结合的方案；合理设计检测元件的布置策略，实现电动液压式轧辊吊具在无人行车控制领域的应用。

吊具输出功能，应用安装于吊具顶部的液压控制单元为吊具开闭和防轴承座翻转油缸提供动力。

吊具运行控制：通过PLC控制站控制液压控制单元的启动、停止，通过PLC站设定的+10V/-10V直流电压信号控制液压控制单元比例阀放大器，进而控制比例阀来控制液压马达运行速度，液压马达拖动丝杠运转实现吊具夹臂开闭控制；根据吊具取辊或者放辊工作状态，通过PLC控制站控制防轴承座翻转油缸的换向电磁阀来控制油缸的伸缩与缩回；吊具夹臂开度控制，通过PLC控制站接收来自无人行车系统的设定值后，并结合实际开度反馈值实现闭环控制；夹臂运行速度根据位置偏差进行分段控制。

吊具运行检测：在吊具在执行抓取和放置轧辊时，由控制系统实时采集夹钳夹臂开度值，根据被吊装物尺寸信息执行设定值；同时实时检测夹臂位置信息和限位保护装置状态信息。

安全保护功能、运行警示：为了防止吊具在升降过程和夹臂动作过程中出现位置超调或者偏差过大；设定地面检测装置、距离轧辊轴承座及辊面的横向和纵向位置的实时检测；夹臂的运行状态设置对中指示灯、夹紧指示灯和负载状态指示灯。

液压控制单元作为整个装置动力单元，通过PLC控制站对液压马达1进行速度控制，进而实现夹臂13的开闭动作；夹臂13实时位置信息通过安装于液压马达1电机上的绝对值编码器9反馈给PLC控制站；PLC控制站根据位置信息对液压控制单元回路中的比例阀实施闭环控制，实现对夹臂13速度控制；在夹臂13执行开闭动作过程中系统会实时检测限位开关4状态，作为夹臂13动作极限保护装置；夹臂13的动作行程范围由行车系统根据被吊装物的尺寸信息确定，其行程范围一般不会超出极限范围。

在行车控制吊具到达设定位置后，夹臂13执行夹紧动作，当夹臂夹紧检测接近开关7给出反馈信号时，PLC控制站将信息反馈给行车系统，同时行车系统控制吊具提上系统运行；在行车系统提升开始时，当负载检测接近开关8反馈负载信息时，PLC控制站反馈相应的信息，并且控制防轴承座侧翻的顶紧油缸2伸出压紧轴承座；顶紧油缸2伸出位置实行闭环控制，油缸缩回位置由安装在顶紧油缸上的行程开关5开控制油路系统；顶紧油缸伸出过程中，为了判断顶紧油缸2的伸出装置确实压紧轴承座，为此对两个顶紧油缸回路的压力进行检测，安装两个压力继电器设置合适的压力值，进而实现顶紧油缸2压紧的动作控制。

锁紧插销3其在吊具提升系统升至系统设定高度后，自动根据机械导向插入插孔，进而保证吊具本身在行车运行时不会产生晃动；对射式激光测距仪10用于探测轧辊上表面和下表面，作为轧辊吊装设定位置和提升系统速度控制联锁信号；地面感知光电开关11根据设备停放地面与夹臂13下边沿相对距离，设置传感器感知距离，用于探知地面相对位置，保护设备和系统的稳定运行。

反射式激光测距仪12，在夹臂13检测到夹臂夹紧检测接近开关7的信号时，采集反射式激光测距仪12的检测数据，并将检测数据反馈给控制系统，用于修正系统矫正值。

本发明通过合理设置吊具机械结构构造和合理布置检测元件的安装位，保证了各个检测信号的稳定可靠，并且通过合理设置装置的安装位置，实现对轧辊的精准位置判断，保证了轧辊吊运过程的安全。采用过程控制系统与信息设备相结合的控制策略，推广了无人行车系统在行车控制领域的应用，极大的优化了人力资源配置，提高工业过程控制的自动化和信息化程度，获得更好的经济效益。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种电动液压式轧辊吊具自动控制方法，其特征在于包含以下步骤：（1）在吊具装置上设置PLC控制站实现吊具远程控制，PLC控制站通过串行网络与无人行车控制系统进行数据交换，接受无人行车控制系统控制指令和参数设定；（2）PLC控制站进行液压控制单元启停控制、吊具夹臂开度控制、对中抓取位置控制以及防轴承座侧翻装置控制；（3）实现过程数据的采集与监控以及控制设备运行状态，反馈吊具装置的监测信息与运行状态，诊断和记录过程数据。

2.根据权利要求1所述的一种电动液压式轧辊吊具自动控制方法，其特征在于：所述步骤（1）中，PLC控制站与无人行车控制系统通过安装于可随吊钩起升的422通讯电缆进行数据交换，发送吊具夹钳开度位置、液压控制单元运行信息、夹紧、对中、负载、地面感知、轴向相对位置和吊具与轴承座相对位置信息；接受并执行无人行车控制系统下达的夹臂打开、夹臂关闭及开度设定参数。

3.根据权利要求1所述的一种电动液压式轧辊吊具自动控制方法，其特征在于：所述步骤（2）中，液压控制单元启停控制：为夹臂和防轴承座翻转装置提供动力，通过本地操作手柄或者网络实现本地和远程双重控制，通过压力检测开关进行液压马达运行状态和油路堵塞监测，用于保护液压控制单元；

吊具夹臂开度控制：由无人行车系统根据被吊辊的尺寸信息设定开度参数值，吊具系统根据设定值和位置检测元件实现闭环控制，并通过检测限位开关发送夹紧、负载和最大最小开度限位开关信号进行连锁保护设置；

对中抓取位置控制：通过距离检测元件来实现，当对射式激光测距仪检测到被吊辊上表面时，读取反射式激光测距仪轴向定位测距数值并及时反馈给无人行车系统，其根据数据信息进行修正抓取轴向位置设定值；

防轴承座侧翻装置控制：当无人行车系统进行取辊作业时，夹臂夹紧和负载信号到来时，伸出液压单元左右防轴承座侧翻装置，顶紧轧辊轴承座避免其发生侧向转动，当无人行车系统进行放辊作业时，轧辊被运送至指定位置并且夹紧信号消失时，收回液压单元左右防轴承座侧翻装置；左右防轴承座侧翻装置缩回位置由上限开关连锁，伸出位置由压力开关连锁实现，实现防轴承座侧翻装置安全运行。

4.一种电动液压式轧辊吊具自动控制装置，其特征在于：包含液压控制单元、PLC控制站、位置检测元件、距离检测元件、检测限位开关和压力检测开关，所述PLC控制站的输出端连接液压控制单元，位置检测元件、距离检测元件、检测限位开关和压力检测开关分别与PLC控制站的输入端连接；

PLC控制站包含中央处理器、位置检测模块、数字量输入模块、数字输出模块、模拟量输入模块和模拟量输出模块；中央处理器其是控制站指导中心，用于与行车系统进行数据交换、控制指令执行、信号采集与处理；位置检测模块是采集夹臂开口度的高速计数模块，与位置检测元件连接；数字量输入模块用于采集吊具装置的开关量信号，与检测限位开关连接；数字输出模块用于对吊具运行状态指示灯的控制和开关量控制；模拟量输入模块与距离检测元件相连接；模拟量输出模块与液压控制单元相连接；

液压控制单元包含液压油箱管路、液压马达（1）、比例阀、比例放大器、截止阀、顶紧油缸（2）和丝杠传递装置，液压油箱管路是液压控制单元可靠运行的保障；液压马达为液压控制单元动力输出和系统循环提供动力；比例阀和比例放大器与夹臂（13）连接，通过对比例阀阀芯位置控制实现夹臂（13）运行速度调节，通过两个比例放大器对比例阀控制信号放大，并且实现夹臂（13）运行方向控制；截止阀用于改变系统油路动力输出方向；顶紧油缸（2）有两个，设置在液压马达（1）的左右两侧，与轴承座的位置相匹配，通过对顶紧油缸（2）的有效控制，防止轧辊吊运过程中轴承座的侧翻；液压马达（1）通过丝杠传递装置与夹臂（13）连接，丝杠传递装置是夹臂（13）开闭动作与速度传递的直接装置，其将液压马达（1）的动力传递给夹臂；

位置检测元件包含绝对值编码器（9），绝对值编码器（9）安装在液压马达（1）电机上，用于夹臂（13）开口度检测，与PLC控制站的位置检测模块连接；

距离检测元件包含对射式激光测距仪（10）和反射式激光测距仪（12），安装在夹臂（13）的下侧，对射式激光测距仪（10）用于轧辊上下表面探测，反射式激光测距仪（12）用于吊具在抓辊过程中对抓取位置检测，当对射式激光测距仪（10）检测到被吊辊上表面时，读取反射式激光测距仪（12）数值并及时反馈给无人行车系统，其根据数据信息进行修正抓取轴向位置设定值；

检测限位开关包含极限开关（4）、地面感知光电开关（11）、接近开关和行程开关（5），极限开关（4）安装在夹臂（13）的上侧，作为夹臂（13）动作极限保护装置；地面感知光电开关（11）安装在夹臂（13）的底部， 地面感知光电开关（11）根据设备停放地面与夹臂（13）下边沿相对距离，设置传感器感知距离，用于探知地面相对位置，保护设备和系统的稳定运行；接近开关包含限位检测接近开关（6）、夹臂夹紧检测接近开关（7）和负载检测接近开关（8），各有两个，分别设置在夹钳的上部外侧、下部内侧和底部内侧，用于夹臂在抱辊时的夹紧信号和夹臂最大最小位置检测；行程开关（5）有两个，安装在顶紧油缸（2）上，用于夹臂负载信号检测和顶紧油缸上限位位置联锁信号，进而控制顶紧油缸（2）的缩回；

压力检测开关包含压力继电器，压力继电器有两个，安装在两个顶紧油缸（2）回路上，实现顶紧油缸（2）压紧的动作控制与保护。

5.根据权利要求4所述的一种电动液压式轧辊吊具自动控制装置，其特征在于：还包含锁紧插销（3），所述锁紧插销（3）有两个，设置在两个顶紧油缸（2）的内侧。

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