CN114535320A - 一种单机架轧机上下卷过程的监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明采用的技术方案是：一种单机架轧机上下卷过程的监测装置，单机架轧机上下卷过程的监测装置包括分布于单机架轧机的工作侧和传动侧的测距仪，所述测距仪分别用于测量钢卷和钢卷小车箱体的工作侧端面至单机架轧机的工作侧的距离以及钢卷和钢卷小车箱体的传动侧端面至单机架轧机的传动侧的距离；单机架轧机上下卷过程的监测装置根据测距仪的测距结果判断钢卷是否处于对中状态以及是否存在翻卷风险。本发明可有效预防翻卷以及确保上卷过程对中精度。

Description

一种单机架轧机上下卷过程的监测装置

技术领域

本发明属于单机架轧机检测装置及相关电气控制技术领域，具体涉及一种单机架轧机上下卷过程的监测装置。

背景技术

钢铁材料高端化需求迫切，具体在硅钢及不锈钢领域，产品变薄成为趋势。在高端薄规格硅钢及不锈钢冷轧工序，单机架二十辊轧机是主流机型。

高端硅钢产品随着硅含量增多，常温下脆性增加，可轧性变差，为了应对这种情况，近年来宝钢、首钢等头部企业在轧前增加准备机组对带钢进行加热提高可轧性，降低轧机断带率，并在头尾焊接一定长度的普碳钢作为轧机工序引带，同时在轧机工序取消掉开卷机和矫直机，所有钢卷从卷取机上卷轧制，提高硅钢成材率。

由于工艺张力需到35吨，卷取机负载大，其结构均为固定式，不能与CPC配合实现实时横移对中的功能，加之二十辊轧机工作辊辊径小，对带钢跑偏很敏感，故对上卷对中要求极高，而目前大部分是人工根据卷筒标尺对中，操作繁琐耗时较长，且人机交互多有安全隐患。在自动化方面的应用大多采用光槛配合卷取机横移编码器实现钢卷的板宽测量及自动上卷对中，但由于热轧工序的特点导致带钢头尾板宽比中部板宽多30mm，且有一定量的镰刀弯，个别情况下前工序卷取或吊运过程中导致外圈跑偏，均会导致板宽测量不准，以及上卷对中精度差，进而影响轧制过程中板形控制，严重时导致断带事故频发。

由于高硅品种材料特性，断带碎片多，且散落在钢卷小车区域，横移编码器、升降编码器及其线路的故障率高。编码器检测误差和钢卷中部宽度测量不准，均可能导致自动上卷和卸卷过程中发生翻卷事故。另外在上下卷钢卷小车的横移过程中依靠钢卷外圈与钢卷小车托辊的摩擦力，实现钢卷同步横移。个别情况由于托辊或带钢表面粗糙度降低，两者会发生相对位移，严重时钢卷从钢卷小车上倾翻。

如上种种不利情形，导致单机架轧机上下卷自动化方面的应用极不稳定，容错性差。现场操作工转而寻求相对稳妥的人工操作，但人工操作并不能杜绝责任心、注意力和操作水平不足而导致的翻卷事故发生。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种单机架轧机上下卷过程的监测装置，有效预防翻卷以及确保上卷过程对中精度。

本发明采用的技术方案是：一种单机架轧机上下卷过程的监测装置，单机架轧机上下卷过程的监测装置包括分布于单机架轧机的工作侧和传动侧的测距仪，所述测距仪分别用于测量钢卷和钢卷小车箱体的工作侧端面至单机架轧机的工作侧的距离以及钢卷和钢卷小车箱体的传动侧端面至单机架轧机的传动侧的距离；单机架轧机上下卷过程的监测装置根据测距仪的测距结果判断钢卷是否处于对中状态以及是否存在翻卷风险。

上述技术方案中，所述测距仪包括第一激光测距仪、第二激光测距仪和控制器；第一激光测距仪设置于单机架轧机的工作侧上部，用于测量钢卷工作侧端面至第一激光测距仪安装点的距离；第二激光测距仪设置于单机架轧机的传动侧上部，用于测量钢卷传动侧端面至第二激光测距仪安装点的距离；第一激光测距仪和第二激光测距仪安装于同一水平面；控制器用于实时接收第一激光测距仪、第二激光测距仪的测距结果；控制器中根据第一激光测距仪或者第二激光测距仪的测距结果判断钢卷是否处于对中状态以及是否存在翻卷风险。

上述技术方案中，所述测距仪还包括第三激光测距仪和第四激光测距仪；第三激光测距仪设置于单机架轧机的工作侧下部，用于测量钢卷小车箱体工作侧端面至第三激光测距仪安装点的距离；第四激测距仪设置于单机架轧机的传动侧下部，用于测量钢卷小车箱体传动侧端面至第四激光测距仪安装点的距离；第三激光测距仪和第三激光测距仪安装于同一水平面；控制器用于实时接收第三激光测距仪和第四激光测距仪的测距结果；控制器根据第三激光测距仪和第四激光测距仪的测距结果判断钢卷是否存在翻卷风险。

上述技术方案中，控制器存储第一激光测距仪与轧制中心线的间距的测量值；控制器将第一激光测距仪与轧制中心线的间距与二分之一的钢卷中部宽度的差值作为第一设定值；当控制器判定第一激光测距仪的测距结果等于第一设定值时，判定钢卷处于对中状态。

上述技术方案中，控制器还存储有第二激光测距仪与轧制中心线的间距的测量值；控制器将第二激光测距仪与轧制中心线的间距与二分之一的钢卷中部宽度的差值作为第二设定值；当控制器判定第二激光测距仪的测距结果等于第二设定值时，判定钢卷处于对中状态。

上述技术方案中，控制器还存储有死区设定值；当控制器判定第一激光测距仪的测距结果等于第一设定值与死区设定值之和或差，且第二激光测距仪的测距结果等于第二设定值与死区设定值之和或差，判定钢卷处于对中状态。

上述技术方案中，控制器根据第一激光测距仪与第二激光测距仪的间距、第一激光测距仪和第二激光测距仪的测距结果计算钢卷中部宽度。

上述技术方案中，控制器根据第一激光测距仪的测距结果、钢卷中部宽度以及第一激光测距仪与第二激光测距仪的间距计算记得到钢卷中心线的第一位置值；控制器根据第二激光测距仪的测距结果、钢卷中部宽度以及第一激光测距仪与第二激光测距仪的间距计算记得到钢卷中心线的第二位置值；控制器根据第三激光测距仪的测距结果、钢卷小车箱体宽度以及第一激光测距仪与第二激光测距仪的间距计算记得到钢卷中心线的第三位置值；控制器根据第四激光测距仪的测距结果、钢卷小车箱体宽度以及第一激光测距仪与第二激光测距仪的间距计算记得到钢卷中心线的第四位置值；控制器判定第一位置值、第二位置值、第三位置值和第四位置值之间的两两误差绝对值超过误差设定值时，控制器判定钢卷存在翻卷风险。

上述技术方案中，控制器判定钢卷存在翻卷风险后，驱动钢卷箱体小车小车停止横移并触发报警。

上述技术方案中，控制器根据第三激光测距仪与第四激光测距仪的间距、第三激光测距仪和第四激光测距仪的测距结果计算钢卷箱体小车宽度。

本发明的有益效果是：通过合理布置两组激光测距仪，一组测量钢卷中部宽度，并实时测量钢卷横移距离，另一组实时测量钢卷小车横移距离。在上下卷横移过程中实时对比钢卷小车与钢卷的横移距离，利用激光测距仪远程测量的特点，激光测距仪检测距离远且安装位置可以远离工况恶劣区域，既可避开工况恶劣的钢卷小车区域，提高自动化稳定性和实用性，防止翻卷事故发生。在上卷横移过程中实时对比钢卷与机组中心线的位置，由于激光测距仪可测量钢卷中部，避开了外圈与内圈导致的板宽不准，提高系统的容错错，确保板宽测量精度，实现上卷对中高精度。钢卷上下卷过程中，实时监控钢卷中心线与钢卷小车箱体中心线的偏差，杜绝了上下卷过程中的翻卷事故。另外通过激光测距仪测量钢卷中部得出的板宽更趋于真实有效，规避了因外卷散卷、内外圈卷取不良、板宽头尾超差等因素导致的误差，提高了上卷对中精度，降低了断带率，同时提高了轧机产能，确保了轧机满负荷稳定生产。

附图说明

图1是单机架轧机卷取机上卷开始时示意图；

图2是单机架轧机卷取机上卷过程中示意图；

图3是单机架轧机卷取机上卷对中到位示意图；

图4是单机架轧机卷取机卸卷开始示意图；

图5是单机架轧机卷取机卸卷过程中示意图；

图6是单机架轧机卷取机卸卷到位时示意图；

图7是钢卷、钢卷小车箱体、轧制中心线、激光测距仪相对位置示意图；

其中，1为钢卷，2为卷取机卷筒，3为第一激光测距仪，4 为第二激光测距仪，5为第三激光测距仪，6为第四激光测距仪，7为钢卷小车托辊，8为钢卷小车箱体，9为一号鞍座位，10为二号鞍座位，11为轧制中心线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图所示，本发明提供了一种单机架轧机上下卷过程的监测装置，单机架轧机上下卷过程的监测装置包括分布于单机架轧机的工作侧和传动侧的测距仪，所述测距仪分别用于测量钢卷和钢卷小车箱体的工作侧端面至单机架轧机的工作侧的距离以及钢卷和钢卷小车箱体的传动侧端面至单机架轧机的传动侧的距离；单机架轧机上下卷过程的监测装置根据测距仪的测距结果判断钢卷是否处于对中状态以及是否存在翻卷风险。

所述测距仪设置于卷取机区域内，其中工作侧安装两套，即第三激光测距仪5位于工作侧下部，用于测量第四激光测距仪安装点至钢卷小车箱体8工作侧端面的距离A；第一激光测距仪3 位于工作侧上部，用于测量第一激光测距仪安装点至钢卷1工作侧端面的距离B。传动侧安装两套，第四激光测距仪6位于传动侧下部，用于测量第四激光测距仪安装点至钢卷小车箱体8工作侧端面的距离C，第二激光测距仪4位于传动侧上部，用于测量第二激光测距仪安装点至钢卷1工作侧端面的距离D。用于测量钢卷端面的第一激光测距仪3和第二激光测距仪4处于同一水平面，用于测量钢卷小车箱体端面的第三激光测距仪5和第四激光测距仪6处于同一水平面。

钢卷小车箱体宽度为E，钢卷中部宽度为F。通过测量可知，用第一激光测距仪3和第二激光测距仪4的安装间距为G，第一激光测距仪3和第二激光测距仪4分别距轧制中心线的间安装距为G1和G2，第三激光测距仪5和第四激光测距仪6的安装间距为H。由于传动侧与工作侧均为垂直结构，所以G＝H。第一激光测距仪3与钢卷1中心线的间距为I，第二激光测距仪4与钢卷1 中心线位置的间距为J，第三激光测距仪5与钢卷1中心线位置的间距为K，第四激光测距仪6与钢卷1中心线的间距为L，因而有如下关系：

A+E+C＝H；

B+F+D＝G；

G1+G2＝G。

从钢卷两侧的两套激光测距仪安装间距和激光测距仪读数B 和D，可知钢卷中部宽度为F＝G-B-D。

第一激光测距仪距钢卷中心线位置为I＝B+F/2，第一位置值 I’＝I；

第二激光测距仪距钢卷中心线位置为J＝D+F/2，第二位置值 J’＝G-J；

第三激光测距仪距钢卷中心线位置为K＝A+E/2，第三位置值 K’＝K；

第四激光测距仪距钢卷中心线位置为L＝C+E/2，第四位置值 L’＝H-K

在钢卷上卷对中时，即钢装中线与轧制中心线重合时，此时第一激光测距仪读数为B1，第二激光测距仪读数为D1，存在如下关系：

B1＝G1-F/2；

D1＝G2-F/2。

代入F＝G-B-D，

B1＝G1-(G-B-D)/2；

D1＝G2-(G-B-D)/2。

所述控制器的控制逻辑如下：

钢卷1从一号鞍座9处高度对中完成，上卷顺控开始，触发横移自动步后，控制器的程序通过第一激光测距仪和第二激光测距仪的安装间距G以及第一激光测距仪和第二激光测距仪的读数 B和D，得到钢卷中部宽度为F。当控制器判定得到第一激光测距仪读数为B1时，或第二激光测距仪读数为D1时，判定钢卷处于对中状态。

另外在上卷横移过程中为了防止翻卷，实时监控钢卷1中心线与钢卷小车箱体8中心线处于一定偏差内，即I’、J’、K’、 L’四个实时值之间两两误差绝对值小于误差设定值M，当实际值超过M时，小车停止横移并触发报警，采用四个实时值可以规避单一激光测距仪故障导致自动步出问题，避免不可控事件发生。

同样为了提高程序可靠性，避免单一激光测距仪偶然误差，本发明增加第三种模式认定钢卷处于对中位置，即第一激光测距仪读数为B1，且第二激光测距仪读数为D1时，另外考虑钢卷小车横移定位精度的因素，加入死区设定值N,即第一激光测距仪读数为B1±N，且第二激光测距仪读数为D1±N时，认定钢卷处于对中位置，小车停止横移，上卷顺控完成。死区设定值N根据具体的检测精度设定，确保程序运行稳定。

轧制完成钢卷卸卷顺控启动后，钢卷小车箱体8顶起钢卷1 到位后，开始从卷取机区域向工作侧一号鞍座位9横移，在卸卷横移过程中为了防止翻卷，实时监控钢卷中心线与钢卷小车箱体中心线处于一定偏差内，即I’、J’、K’、L’四个实时值之间两两误差绝对值小于M，当实际值超过M时，小车停止横移并触发报警，采用四个实时值可以规避单一激光测距仪故障导致自动步出问题，避免不可控事件发生。

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

某单机架二十辊轧机，其来料钢卷中部宽度为980-1085mm，外径范围为1000-1900mm，未配备开卷机，偶数道次生产，所以入口卷取机为上卷侧和卸卷侧，为实现高自动对中精度及上下卷过程中防翻卷功能，在入口卷取机侧安装四套激光测距仪。

取死区设定值N为5mm，实际钢卷对中精度可达到±5mm，满足轧机轧制板形要求。

取钢卷与钢卷小车箱体中心线偏差值M为±50mm，上下卷过程稳定，可以杜绝翻卷事件发生。

实施例2：

某单机架二十辊轧机，其来料钢卷中部宽度为980-1085mm，外径范围为1000-1900mm，未配备开卷机，奇数道次生产，所以入口卷取机为上卷侧，出口卷取机为卸卷侧，为实现高自动对中精度及上下卷过程中防翻卷功能，在入口卷取机侧安装四套激光测距仪，用于上卷防翻卷及对中功能，在出口卷取机侧安装四套激光测距仪，用于卸卷防翻卷功能。

取死区设定值N为5mm，实际钢卷对中精度可达到±5mm，满足轧机轧制板形要求。

取钢卷与钢卷小车箱体中心线偏差值M为±50mm，上下卷过程稳定，可以杜绝翻卷事件发生。

综上所述，由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是：

钢卷上下卷过程中，实时监控钢卷中心线与钢卷小车箱体中心线的偏差，杜绝了上下卷过程中的翻卷事故。另外通过激光测距仪测量钢卷中部得出的板宽更趋于真实有效，规避了因外卷散卷、内外圈卷取不良、板宽头尾超差等因素导致的误差，提高了上卷对中精度，降低了断带率，同时提高了轧机产能，确保了轧机满负荷稳定生产。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种单机架轧机上下卷过程的监测装置，其特征在于：单机架轧机上下卷过程的监测装置包括分布于单机架轧机的工作侧和传动侧的测距仪，所述测距仪分别用于测量钢卷和钢卷小车箱体的工作侧端面至单机架轧机的工作侧的距离以及钢卷和钢卷小车箱体的传动侧端面至单机架轧机的传动侧的距离；单机架轧机上下卷过程的监测装置根据测距仪的测距结果判断钢卷是否处于对中状态以及是否存在翻卷风险。

2.根据权利要求1所述的一种单机架轧机上下卷过程的监测装置，其特征在于：所述测距仪包括第一激光测距仪、第二激光测距仪和控制器；第一激光测距仪设置于单机架轧机的工作侧上部，用于测量钢卷工作侧端面至第一激光测距仪安装点的距离；第二激光测距仪设置于单机架轧机的传动侧上部，用于测量钢卷传动侧端面至第二激光测距仪安装点的距离；第一激光测距仪和第二激光测距仪安装于同一水平面；控制器用于实时接收第一激光测距仪、第二激光测距仪的测距结果；控制器中根据第一激光测距仪或者第二激光测距仪的测距结果判断钢卷是否处于对中状态以及是否存在翻卷风险。

3.根据权利要求2所述的一种单机架轧机上下卷过程的监测装置，其特征在于：所述测距仪还包括第三激光测距仪和第四激光测距仪；第三激光测距仪设置于单机架轧机的工作侧下部，用于测量钢卷小车箱体工作侧端面至第三激光测距仪安装点的距离；第四激测距仪设置于单机架轧机的传动侧下部，用于测量钢卷小车箱体传动侧端面至第四激光测距仪安装点的距离；第三激光测距仪和第三激光测距仪安装于同一水平面；控制器用于实时接收第三激光测距仪和第四激光测距仪的测距结果；控制器根据第三激光测距仪和第四激光测距仪的测距结果判断钢卷是否存在翻卷风险。

4.根据权利要求2所述的一种单机架轧机上下卷过程的监测装置，其特征在于：控制器存储第一激光测距仪与轧制中心线的间距的测量值；控制器将第一激光测距仪与轧制中心线的间距与二分之一的钢卷中部宽度的差值作为第一设定值；当控制器判定第一激光测距仪的测距结果等于第一设定值时，判定钢卷处于对中状态。

5.根据权利要求4所述的一种单机架轧机上下卷过程的监测装置，其特征在于：控制器还存储有第二激光测距仪与轧制中心线的间距的测量值；控制器将第二激光测距仪与轧制中心线的间距与二分之一的钢卷中部宽度的差值作为第二设定值；当控制器判定第二激光测距仪的测距结果等于第二设定值时，判定钢卷处于对中状态。

6.根据权利要求5所述的一种单机架轧机上下卷过程的监测装置，其特征在于：控制器还存储有死区设定值；当控制器判定第一激光测距仪的测距结果等于第一设定值与死区设定值之和或差，且第二激光测距仪的测距结果等于第二设定值与死区设定值之和或差，判定钢卷处于对中状态。

7.根据权利要求4-5任一项所述的一种单机架轧机上下卷过程的监测装置，其特征在于：控制器根据第一激光测距仪与第二激光测距仪的间距、第一激光测距仪和第二激光测距仪的测距结果计算钢卷中部宽度。

8.根据权利要求7所述的一种单机架轧机上下卷过程的监测装置，其特征在于：控制器根据第一激光测距仪的测距结果、钢卷中部宽度以及第一激光测距仪与第二激光测距仪的间距计算记得到钢卷中心线的第一位置值；控制器根据第二激光测距仪的测距结果、钢卷中部宽度以及第一激光测距仪与第二激光测距仪的间距计算记得到钢卷中心线的第二位置值；控制器根据第三激光测距仪的测距结果、钢卷小车箱体宽度以及第一激光测距仪与第二激光测距仪的间距计算记得到钢卷中心线的第三位置值；控制器根据第四激光测距仪的测距结果、钢卷小车箱体宽度以及第一激光测距仪与第二激光测距仪的间距计算记得到钢卷中心线的第四位置值；控制器判定第一位置值、第二位置值、第三位置值和第四位置值之间的两两误差绝对值超过误差设定值时，控制器判定钢卷存在翻卷风险。

9.根据权利要求8所述的一种单机架轧机上下卷过程的监测装置，其特征在于：控制器判定钢卷存在翻卷风险后，驱动钢卷箱体小车小车停止横移并触发报警。

10.根据权利要求8所述的一种单机架轧机上下卷过程的监测装置，其特征在于：控制器根据第三激光测距仪与第四激光测距仪的间距、第三激光测距仪和第四激光测距仪的测距结果计算钢卷箱体小车宽度。

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