CN114653758B - 一种在线测量轧件线差的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在线测量轧件线差的方法，通过传感器对现场热金属检测采集信号后，将信号反馈给PLC系统，经过自动化程序计算出轧件的线差，并提供实时反馈，实现自动计算的功能。本发明还提供一种在线测量轧件线差的PLC控制系统，包括机传动单元、控制单元和监控单元，实现在线测量轧件线差、显示生产实况和保存生产记录。本发明对轧件成品通过主轧机传动单元中的一个装置的速度进行区间测算，使速度采集更为精确，解决了轧钢生产过程中成品线差反馈滞后的问题，以保证生产的稳定。

Description

一种在线测量轧件线差的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种测量轧件线差的方法和系统，特别是涉及一种在线测量轧件线差的方法和控制系统。

背景技术

在轧件轧制生产过程中，切分轧制所产生的线差，通过冷床操作工观察线差长度，再反馈至轧线主操作台，再由主操作台进行调整，这期间带有明显的滞后性。通过跟踪生产实践发现，线差产生的主要原因是各轧机纵筋大小或外形尺寸的差别。虽成品出口速度一致，但由于尺寸偏大的轧机宽展大，前滑值也大，造成实际线速度不相同。现有技术中切分轧制，两个通道只有一台热检，这样出现线差后可能只剪切较长的通道，较短的通道可能剪切不到造成堆钢。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种在线测量轧件线差的方法和系统，用于解决现有技术中成品线差反馈滞后和切分不均的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种在线测量轧件线差的方法和系统，通过增加传感器采集信号，将采用的速度参数由理论速度改为实际速度。所测线差能实时反馈到屏幕显示上便于操作人员监控和及时调整，使多切分的线差尽可能小，以保证生产的稳定。

于本发明的一实施例中，一种在线测量轧件线差的方法，其步骤如下：

S1：第一传感器检测到轧件到达时，向控制单元发送信号，所述控制单元记录所述信号到达时间为t1，所述第一传感器设置在主轧机传动单元的第一装置和第二装置之间的切分通道的一侧；

S2：第二传感器检测到所述轧件时，向所述控制单元发送信号，所述控制单元记录所述信号到达时间为t2，第三传感器检测到所述轧件的到达时间t3，并向所述控制单元发送信号；其中，所述第二传感器和所述第三传感器位于与所述切分通道垂直的一条直线上，所述第一传感器与所述第二传感器位于所述切分通道同一侧，所述第二传感器和所述第三传感器分别设置在所述第一装置和所述第二装置之间的所述切分通道的两侧；

S3：所述控制单元计算线差，所述线差为不同所述切分通道上的所述轧件的长度差；

S4：所述控制单元向监控单元发送所述线差数据，所述监控单元收到所述线差数据后，显示和储存所述线差数据。

于本发明的一实施例中，所述控制单元计算线差的步骤如下：

S31：计算所述轧件的速度；

所述第一传感器与所述第二传感器的距离为L，所述第一传感器和所述第二传感器检测到信号的时间差为△t＝t2-t1，可计算出所述轧件的速度v＝L/△t；

S32：计算所述线差；

所述第二传感器和所述第三传感器测到所述信号的时间差为T＝|t3-t2|，可得所述线差长度L1＝v*T。

于本发明的一实施例中，所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器为扫描式热金属检测器。

于本发明的一实施例中，所述轧件为高温金属件，所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器检测到作为热源的所述轧件的时间作为所述轧件的到达时间。

于本发明的一实施例中，所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器到所述第二装置中心线的距离为3.5米-4米。

于本发明的一实施例中，一种采用所述在线测量轧件线差方法的系统，包括主轧机传动单元、控制单元和监控单元；

所述主轧机传动单元上设置有第一传感器、第二传感器和第三传感器；

所述控制单元包括中央处理器、PLC控制器、调节模块、输入模块和输出模块；

当所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器检测到轧件时，通知所述控制单元，所述控制单元基于所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器检测到所述轧件的时间，计算出线差；

所述控制单元向所述监控单元输出数据，用于显示生产实况和保存生产记录。

于本发明的一实施例中，所述控制单元包括处理器，所述中央处理器记录所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器检测到所述轧件的到达时间，根据所述到达时间计算出所述轧件的速度并计算出所述线差。

于本发明的一实施例中，其特征在于所述调节模块包括活套调节器和微张力调节器，用于调节轧机速度。

如上所述，本发明的一种自动测量轧件线差的方法和系统，具有以下有益效果：通过安装传感器采集热检信号，对成品通过装置的速度进行区间测算，使速度参数采集更为精确，然后把现场采集的热检信号反馈给PLC系统，经过自动化程序的计算来计算出轧件的线差，实现自动计算的功能，并实时反馈到屏幕显示，便于操作工能及时监控、调整线差，保证轧件的性能稳定性和防止发生轧件追尾事故等。

附图说明

图1显示为本发明的一种在线测量轧件线差的方法的结构示意图。

图2显示为本发明的在线双切分线差检测中的结构示意图。

图3显示为本发明的在线测量轧件线差的方法在工艺流程中的位置关系图示意图。

图4显示为本发明在工艺流程中的水箱位置关系示意图。

图5显示为本发明的一种在线测量轧件线差的系统的示意图。

图6显示为本发明的监控单元屏幕显示的线差实时测量结果。

元件标号说明显示为本发明的：

第一传感器1；第二传感器2；第三传感器3。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

请参阅图1至图6，须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参阅图1至图4，本发明提供一种在线测量轧件线差的方法，通过在主轧机传动单元的第一装置和第二装置之间增加传感器，来调整装置对轧件速度参数采集方式。因为轧件到达时刻的早晚和水箱压力设定、轧件温度、传感器灵敏度有关，因此，要对这几方面进行设置和调整以确保检测信号的准确性。

首先，进行传感器安装需要现场测量实际数据，先安装支架，经检查能够合格地进行后安装上线，然后测试传感器信号稳定性，测量检测的距离，即传感器到装置中心线的距离，经过测试找到合适的传感器安装位置使传感器灵敏度适中。

其次，因为传感器信号检测灵敏度高低会影响检测到的轧件到达的早晚，从而影响检测信号的稳定性。以下以热金属检测(以下简称热检)为例，轧件经过控冷水箱时，水箱压力的高低对轧件头部温度有影响，进而影响检测信号的早晚，同时也会导致信号检测不稳定。因此还需调整水箱压力。热检前的穿水冷却步骤设有控冷水箱，水箱压力的高低，也影响热检信号的稳定性。水箱压力根据轧件温度调整，如轧机温度高于工艺要求，就调整水箱阀门加大流量，使轧件降温。温度高的时候增加水箱压力使其温度降低，温度低时说明水箱冷却能力过度，需减小阀门开度以减小水流量，当设定压力和实际压力不同时，通过调整压力差来调整水箱调节阀，形成闭环控制。另外，如果因为热轧钢筋过热，影响信号检测，还可通过增加冷却水管来提高热检信号检测的稳定性。

点式热检的检测不稳定，因为轧件位置是上下波动的，如果波动幅度过大将导致热检信号丢失。扫描式热检的好处就是它是在一定角度范围内扫描式检测，这样轧件上下波动较大时，也不会影响热检信号检测，提高信号稳定性。因此本发明可使用扫描式热金属检测器，也可以是其它合适的传感/检测装置。

安装好热金属检测器后还要针对不同的轧件温度调整热检范围。如果温度高，热金属检测器可能会提早检测到温度信号，温度低则热金属检测器可能检测到信号的时间滞后。例如热金属检测器设置的档位共分9档，通常将其设置在中间的第5档，如果设置轧件温度为900°，但是实际出来的温度高于设定温度达到920°，就要调整热金属检测器灵敏度，使其降低一档至4档以降低热检灵敏度，就不会提早检测到温度信号。因此热金属检测器需要调整到合适的灵敏度才能准确的检测到信号。

最后还要考虑分规格测试的情况。分规格测试是指轧制不同规格的轧件时，轧件速度及工艺参数会发生改变，包括飞剪切头长度不一致。因此每种轧制规格的不同工艺参数，包括水箱压力设定和钢坯温度变化等情况，都可决定热检信号的稳定性。需要根据不同规格的轧件，动态调整热检灵敏度以满足生产需求。

下面请参阅图1，其中，第一传感器设置在主轧机传动单元的第一装置和第二装置之间的切分通道的一侧，第二传感器和第三传感器分别设置在第一装置和第二装置之间的切分通道的两侧，第二传感器和第三传感器位于与切分通道垂直的一条直线上，第一传感器与第二传感器位于切分通道同一侧，其距离为L。

本发明提供一种在线测量轧件线差的方法，其步骤如下：

S1：第一传感器检测轧件的到达时间t1、并向控制单元发送信号，第一传感器设置在主轧机传动单元的第一装置和第二装置之间的切分通道的一侧。

S2：第二传感器检测轧件的到达时间t2、并向控制单元发送信号，第三传感器检测到轧件的到达时间t3、并向控制单元发送信号。其中，第二传感器和第三传感器位于与切分通道垂直的一条直线上，第一传感器与第二传感器位于切分通道同一侧，第二传感器和第三传感器分别设置在第一装置和第二装置之间的所述切分通道的两侧。

S3：控制单元计算线差，线差为不同切分通道上的所述轧件的长度差。

S4：控制单元向监控单元发送线差数据，监控单元收到线差数据后，显示和储存线差数据。

控制单元计算线差的步骤具体包括：

S31：计算轧件的速度；

第一传感器与第二传感器的距离为L，第一传感器和第二传感器检测到信号的时间差为△t＝t2-t1，可计算出轧件的速度v＝L/△t；

S32：计算线差；

第二传感器和第三传感器测到信号的时间差为T＝|t3-t2|，可得线差长度L1＝v*T。

接下来参阅图2来进行具体说明。图2显示了本发明提供的一种在线测量双切分线差的一个具体实施例，该实施例中，主轧机传动单元包括粗轧机组、中轧机组、预精轨机组、3#飞剪、精轧机组和冷床等。预精轨机组(对应上述第一装置)处对轧件切分，切分后的轧件传送至3#飞剪处，在3#飞剪(对应上述第二装置)前增加热检，来调整3#飞剪对轧件速度的采集方式。首先测量并安装热金属检测器(对应上述第一、第二和第三传感器)，热金属检测器HMD3-2、HMD3-3到3#飞剪中心线的距离，大约为3.5-4米左右。热检安装位置位于3#飞剪前3.5-4米处，HMD3-2和HMD3-3的位置在切分通道的纵向方向并位于一条直线上，分别检测两个切分通道。热金属检测器HMD3-1及HMD3-2位于切分通道一侧，两者之间的距离为L。对成品通过3#飞剪的速度进行区间测算，使速度参数采集更为精确。两线差长度可通过在线测量两切分通道线差关系，来指导轧钢工艺并及时调整，进行实时修正，避免出现两线差差距过大的情况。

如图3所示，当轧件在3#飞剪前经过控冷水箱时，水箱压力的高低对轧件头部温度有影响，进而影响检测信号的早晚，同时也会导致信号检测不稳定。因此还需调整水箱压力。正常情况下设置2#水箱和3#水箱，如果因为热轧钢筋过热影响信号检测，或者检测特种钢种时，还可通过增加4#水箱、5#水箱、6#水箱和7#水箱来提高热检信号检测的稳定性。

除此之外，在改善中不断发现问题解决问题。调试过程中有3#飞剪剪切异常造成乱床的现象，对3#飞剪前热检信号检测发现其出现紊乱，考虑为温度过高导致。因为轧件位置是上下波动的，如果波动幅度过大将导致热检信号丢失。将普通热检改为德尔塔品牌热检，该问题得到解决。通过逐步改善优化，乱床问题得到解决，同时倍尺差距大问题明显得到解决。

接下来请参阅图4，热金属检测器HMD3-1及HMD3-2位于同一侧，热金属检测器HMD3-2及HMD3-3分别检测两个通道，上面的通道设为北通道，下面的通道为南通道，通过轧件达到的早晚时间差，再根据轧件速度，计算出轧件线差。具体方法为对线差进行区间测算：热金属检测器HMD3-1及HMD3-2之间的距离为L，两个热检信号时间差为t2-t1＝△t，可计算出轧件速度v＝L/△t；计算热金属检测器HMD3-2及HMD3-3之间时间差为t3-t2＝T，最后得到双切分线差的线差长度L1＝v*T。

在T1时刻，热金属检测器HMD3-1检测到较长的轧件到达；在T2时刻，HMD3-2检测到较长的轧件到达；在T3时刻，HMD3-3检测到较短的轧件到达。根据热金属检测器HMD3-1、HMD3-2和HMD3-3检测到的信号和如前所述的计算方法，可以计算出双切分的线差。

如果较长的轧件在HMD3-3一侧检测的切分通道上，则两热检信号时间差为t3-t1＝△t，计算方式与上述方法相同。

如图5所示，本发明通过检测装置HMD3-1、HMD3-2和HMD3-3的信号检测，再将轧件的速度通过PLC程序计算出，能实时的计算出两根钢材的线差，便于操作工能及时的观察和监控线差，保证钢材的性能稳定性和防止发生堆钢事故。

通过新组装一套飞剪专用PLC S7-400控制系统，编写控制程序来达到上述功能。通过现场热检信号反馈给PLC，经过自动化程序的计算来计算出钢材的线差，实时反馈到显示屏上，实现自动计算的功能。

本发明的在线测量轧件线差的系统，包括轧机传动单元，控制单元和监控单元，用于在线测量轧件线差。主轧机传动单元设置有传感器，即热金属检测器HMD3-1、HMD3-2和HMD3-3。控制单元包括中央处理器、PLC控制器、调节模块、输入模块和输出模块。当南、北两个通道上的传感器HMD3-1、HMD3-2和HMD3-3检测到信号时，通知控制单元，控制单元基于HMD3-1、HMD3-2和HMD3-3这3个传感器检测到轧件的到达时间，计算出线差。然后根据线差数据，调整PLC控制器参数，再通过执行单元，调整轧机传动单元的工作参数，缩小线差至生产要求的范围内。同时，控制单元向监控单元输出数据，用于显示生产实况和保存生产记录。控制单元包括处理器，用于记录传感器HMD3-1、HMD3-2和HMD3-3的信号到达时间，并根据信号到达时间计算出轧机传送速度从而计算出线差。

调节模块包括活套调节器和微张力调节器，用于调节轧机速度，从而使轧制的产品截面符合生产的要求。

图6为PLC系统的屏幕画面上显示的线差实时测量的数据，红色画圆圈的范围，显示正数代表北侧通道内轧件长，显示负数代表南侧通道内轧件长。因此图中显示说明北侧通道内轧件比南侧通道轧件长53.3mm。

综上所述，本发明一种自动测量轧件线差的方法和系统，通过在主轧机传动单元的第一装置和第二装置之间设置第一传感器、第二传感器和第三传感器来检测轧件是否到达，三传感器与控制模块相连，并在侦测到轧件到达时，将相应的检测信号传送给控制模块。控制模块与监控模块相连，并负责计算线差和向其传送线差数据。实现了实时在线检测线差以减小线差、提高剪切精度，保证生产稳定。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种在线测量轧件线差的方法，其步骤如下：

S1：第一传感器检测到轧件到达时，向控制单元发送信号，所述控制单元记录所述信号到达时间为t1，所述第一传感器设置在主轧机传动单元的第一装置和第二装置之间的切分通道的一侧；

S2：第二传感器检测到所述轧件时，向所述控制单元发送信号，所述控制单元记录所述信号到达时间为t2，第三传感器检测到所述轧件的到达时间t3，并向所述控制单元发送信号；其中，所述第二传感器和所述第三传感器位于与所述切分通道垂直的一条直线上，所述第一传感器与所述第二传感器位于所述切分通道同一侧，所述第二传感器和所述第三传感器分别设置在所述第一装置和所述第二装置之间的所述切分通道的两侧；

S3：所述控制单元计算线差，所述线差为不同所述切分通道上的所述轧件的长度差；

S4：所述控制单元向监控单元发送所述线差，所述监控单元收到所述线差后，显示和储存所述线差；

其中，所述控制单元计算线差的步骤如下：

S31：计算所述轧件的速度；

所述第一传感器与所述第二传感器的距离为L，所述第一传感器和所述第二传感器检测到信号的时间差为△t＝t2-t1，可计算出所述轧件的速度v＝L/△t；

S32：计算所述线差；

所述第二传感器和所述第三传感器测到所述信号的时间差为T＝|t3-t2|，可得所述线差长度L1＝v*T。

2.根据权利要求1所述的在线测量轧件线差的方法，其特征在于：所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器为扫描式热金属检测器。

3.根据权利要求2所述的在线测量轧件线差的方法，其特征在于：所述轧件为高温金属件，所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器检测到作为热源的所述轧件的时间作为所述轧件的到达时间。

4.根据权利要求1所述的在线测量轧件线差的方法，其特征在于：所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器到所述第二装置中心线的距离为3.5米-4米。

5.一种采用权利要求1-4中任一项的所述在线测量轧件线差方法的系统，包括主轧机传动单元、控制单元和监控单元；

所述主轧机传动单元上设置有第一传感器、第二传感器和第三传感器；

所述控制单元包括中央处理器、PLC控制器、调节模块、输入模块和输出模块；

当所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器检测到轧件时，通知所述控制单元，所述控制单元基于所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器检测到所述轧件的时间，计算出线差；

所述控制单元向所述监控单元输出数据，用于显示生产实况和保存生产记录。

6.根据权利要求5所述的在线测量轧件线差的系统，其特征在于：所述中央处理器记录所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器检测到所述轧件的到达时间，根据所述到达时间计算出所述轧件的速度，并计算出所述线差。

7.根据权利要求5所述的在线测量轧件线差的系统，其特征在于：所述调节模块包括活套调节器和微张力调节器，用于调节轧机速度。

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