CN114906659B - 一种基于无极调节的压辊控制装置与方法 - Google Patents
一种基于无极调节的压辊控制装置与方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请提供了一种基于无极调节的压辊控制装置与方法，在用于控制压辊压力的电磁阀的前端增设比例阀以组成比例电磁阀。控制器通过数模转换器向比例电磁阀发送压辊压力输出值以调整比例电磁阀的开度，从而实现对压辊压力的控制。求取压辊压力输出值时，首先由控制器接收并解析测宽仪反馈的带钢宽度值，再根据带钢宽度值选取合适的压辊压力给定值，接着将压辊压力给定值代入计算公式得到压辊压力输出值。数模转换器将压辊压力输出值转换为电流信号输送至比例电磁阀，比例电磁阀根据电流信号变化实时调整开度大小并对压辊压力进行实时控制。
Description
技术领域
本申请涉及轧钢自动化控制技术领域，尤其涉及一种基于无极调节的压辊控制装置与方法。
背景技术
在钢铁行业，板材的连续退火生产线是板材生产过程中非常重要的工序。在连续退火生产线中，首先对带钢进行碱洗，将带钢表面的乳化液清洗掉。再用热水冲洗带钢表面的碱液，清洗后进入退火炉进行退火。带钢从退火炉出来直接进入平整机进行平整轧制，消除表面缺陷，最终进行卷取成为成品卷。
在连续退火生产线上，为了保证稳定运输带钢，需要在生产线的关键位置安装张力辊以控制带钢的张力。张力辊大多与压辊一起使用，用于在运输机组停机时压住带钢从而保证带钢张力的稳定。
压辊控制的相关技术中，普遍采用恒压控制的方法，即液压系统给压辊的压力是固定不变的。在压辊两端分别装有一个液压缸，两个液压缸通过一个电磁阀控制压辊执行压下和抬起的动作。当电磁阀得电，压辊执行压下的动作；当电磁阀失电，压辊执行抬起的动作。这种控制方法可以实现压住带钢的功能，但未根据带钢的厚度、宽度对压辊压力进行调整，易在带钢表面形成压痕，导致带钢的质量评级下降。
发明内容
本申请提供了一种基于无极调节的压辊控制装置与方法，以解决未根据带钢的厚度、宽度对压辊压力进行调整，易在带钢表面形成压痕，导致的带钢的质量评级下降的问题。
一方面，本申请提供了一种基于无极调节的压辊控制装置，包括：控制器、比例阀、电磁阀、数模转换器、测宽仪；所述比例阀和所述电磁阀电连接组成比例电磁阀，所述比例电磁阀用于控制压辊压力；所述测宽仪用于测量带钢宽度值并反馈至所述控制器；所述数模转换器用于将所述控制器输出的数字信号转换成模拟信号输出至所述比例电磁阀。
所述控制器被配置为：
接收并解析所述测宽仪反馈的带钢宽度值；
根据所述带钢宽度值选取压辊压力给定值，所述压辊压力给定值用于计算压辊压力输出值；
计算所述压辊压力输出值，所述压辊压力输出值用于控制所述比例电磁阀开度；
经所述数模转换器向所述比例电磁阀发送所述压辊压力输出值。
进一步的，所述控制器被进一步配置为：
在根据所述带钢宽度值选取压辊压力给定值之前，根据带钢宽度值与压辊压力给定值的统计数据为所述带钢宽度值设置上限值和下限值；
根据所述上限值和所述下限值设置所述压辊压力给定值。
进一步的，所述控制器被进一步配置为：
在根据所述上限值和所述下限值设置所述压辊压力给定值时，若所述带钢宽度值小于或等于所述下限值，则将所述压辊压力给定值赋值为A1；
若所述带钢宽度值大于所述下限值且小于所述上限值，则将所述压辊压力给定值赋值为A2；
若所述带钢宽度值大于或等于所述上限值，则将所述压辊压力给定值赋值为A3。
进一步的，所述控制器被进一步配置为：
调用所述压辊压力输出值的计算公式，所述计算公式为：
Pout＝((PMax-PMin)/100×Pin)+PMin；
Pout为压辊压力输出值；PMax为压辊压力最大给定值；PMin为压辊压力最小给定值；Pin为压辊压力给定值；
将所述压辊压力给定值代入所述计算公式，得到所述压辊压力输出值。
进一步的，所述控制器被进一步配置为：
控制器经所述数模转换器向所述比例电磁阀发送压辊压力输出值后，控制数模转换器将所述压辊压力输出值转化为电流信号传输至所述比例电磁阀；
控制所述比例电磁阀根据所述电流信号调节所述比例电磁阀的开度以控制所述压辊压力。
另一方面，本申请提供了一种基于无极调节的压辊控制方法，应用于一种基于无极调节的压辊控制装置，包括：
控制器接收并解析测宽仪反馈的带钢宽度值；
控制器根据所述带钢宽度值选取压辊压力给定值，所述压辊压力给定值用于计算压辊压力输出值；
控制器计算所述压辊压力输出值，所述压辊压力输出值用于控制比例电磁阀开度；
控制器经数模转换器向所述比例电磁阀发送所述压辊压力输出值。
由以上技术可知，本申请在用于控制压辊压力的电磁阀的前端增设比例阀以组成比例电磁阀。控制器通过数模转换器向比例电磁阀发送压辊压力输出值以调整比例电磁阀的开度，从而实现对压辊压力的控制。求取压辊压力输出值时，首先由控制器接收并解析测宽仪反馈的带钢宽度值，再根据带钢宽度值选取合适的压辊压力给定值，接着将压辊压力给定值代入计算公式得到压辊压力输出值。数模转换器将压辊压力输出值转换为电流信号输送至比例电磁阀，比例电磁阀根据电流信号变化实时调整开度大小并对压辊压力进行实时控制。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为带钢在退火生产线上的运输示意图；
图2为本申请实施例提供的一种基于无极调节的压辊控制装置的控制器工作流程图；
图3为本申请实施例提供的一种基于无极调节的压辊控制装置的结构连接图；
图4为比例阀出口压力百分比与压辊压力给定值关系图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
本申请实施例提供了一种基于无极调节的压辊控制装置与方法，应用于钢铁行业中的板材生产过程。在板材生产过程中，往往将板材的碱洗、清洗、退火、平整、卷曲等单一工序集成形成一条连续的退火生产线。以带钢为例，带钢在退火生产线上运输，由于退火生产线是由多个单一工序集成，各工序部分存在连接关系，连接部分也就是生产线的关键位置。又例如带钢进行切割、卷曲的部分也属于关键位置。为了使带钢顺利运输，或对带钢进行切割、卷曲等操作，需要在关键位置安装张力辊。
图1为带钢在退火生产线上的运输示意图。如图1所示，张力辊往往与压辊进行连用，张力辊用于控制带钢在退火生产线的关键位置处的张力稳定，而压辊用于压住带钢，同样也是为了保证带钢张力的稳定。对于压辊的控制方法，相关技术常采用恒压控制的方式。恒压控制指的是通过在压辊两端分别设置一个液压缸，通过控制器控制电磁阀的得电与失电，再由电磁阀对压辊进行控制。
电磁阀是一种单一动作式开关阀，对于开关方式、开关流量没有控制功能。以恒压控制的控制方法为例，带钢在需要压辊压住控制张力时，控制器通过控制电磁阀得电使电磁阀控制压辊执行下压的动作；控制器通过控制电磁阀失电使电磁阀控制压辊执行抬起的动作。在这一控制过程中，压辊下压时产生的压力是恒定的，对于不同厚度、宽度的带钢来说承受能力也不同，很容易因为恒定压力产生表面损伤导致质量等级下降。
为了解决这一问题，本申请在原有电磁阀的基础上添加一个比例阀，将比例阀与电磁阀组成比例电磁阀。比例电磁阀属于比例控制阀的一种，是一种液压控制装置，可以根据控制器输入的连续的电器信号，按比例的对压力、流量或方向进行控制。比例电磁阀的输出量与输入信号成比例关系，且比例控制阀内电磁线圈所产生的磁力大小与电流成正比。本申请实施例将比例电磁阀的特点应用到对压辊的控制上，实现对压辊的无极调节。所述压辊的无极调节即为对压辊的压力进行一定范围内的调节，其调节方式具有实时性、平滑性，有利于保护带钢质量。
图2为本申请实施例提供的一种基于无极调节的压辊控制装置的控制器工作流程图。图3为本申请实施例提供的一种基于无极调节的压辊控制装置的结构连接图。下面结合图2和图3对本实施例提供的压辊控制装置进行详细说明。
本申请实施例提供的基于无极调节的压辊控制装置包括：控制器、比例阀、电磁阀、数模转换器、测宽仪。所述比例阀和所述电磁阀电连接组成比例电磁阀，所述比例电磁阀用于控制压辊压力。所述测宽仪用于测量带钢宽度值并反馈至所述控制器。所述数模转换器用于将所述控制器输出的数字信号转换成模拟信号输出值所述比例电磁阀。
在一实施例中，采用PLC(Programmable Logic Controller，可编程控制器)系统作为控制器控制比例电磁阀、测宽仪、数模转换器的运行，进而对带钢运输进行控制调节。带钢在退火生产线上运输，在运输过程中，带钢运输到各工序部件连接处，带钢需要压辊提供压力以保持张力不变。在各工序部件连接处，均设有测宽仪用于测试带钢的宽度然后反馈至PLC。PLC接收并解析测宽仪反馈的带钢宽度值，并根据带钢宽度值选取对应的压辊压力给定值，最后再将压辊压力给定值代入压辊压力输出值计算公式，得到压辊压力输出值。
所述PLC因其受环境影响小，更具有稳定性，所以更适用于钢铁加工这类工业场景，但在对控制精度要求更高以及控制方式、控制所需的零部件、零部件接口多样化的情况下也可替换为单片机、FPGA(Field Programmable Gate Array，可编程阵列逻辑)、ARM处理器等具有相似控制功能的控制器。
所述测宽仪用于测量带钢的宽度，在实施例中采用一种利用双测头原理的在线测宽仪对带钢的宽度进行检测。在线测宽仪使用双测头原理对带钢宽度进行测量。在带钢测量宽度范围较小时采用固定式双测头测量方式，而在带钢测量宽度范围较大时，则可更换为可调式双测头测量方式。根据测宽的工作原理不同，采用的测宽仪种类也不同，针对于不同的场景还可以选择但不局限于以下种类的测宽仪：利用广角测宽原理的广角侧头、利用机器视觉原理的工业相机、利用激光测宽原理的二维激光测量传感器。
其中，广角探头具有视野范围大的特点，但由于其成像大小随物距变化而变化，因此在使用时需要进行物距修正。还可根据测量范围选取单广角测头和双广角测头进行测量。工业相机在使用时需要倾斜设置，相机图像的长度方向用于测量带钢的宽度，图像的宽度方向用于修正物距。二维激光测量传感器利用自身Z轴数据测量带钢宽度，还可以利用传感器的X轴数据测量带钢的边缘厚度，测量参数多，原理简单。
此外，在测量带钢宽度时，若带钢宽度之间存在一定差距，也可以改变测宽仪的采样频率，通过增加或减少采样次数以实时获取带钢宽度，并反馈至控制器进行处理。以便于实时调节压辊压力，避免压辊压力不合适对带钢造成损伤。
在本申请实施例中，无论选取哪一种测宽仪，其目的均为通过测量带钢的宽度并反馈给PLC，由PLC根据带钢宽度进行后续处理。PLC接收并解析带钢宽度值，并通过带钢宽度值获取压辊压力给定值以及压辊压力输出值等关键参数。其中，带钢宽度值与压辊压力给定值呈一定关联关系，可以根据退火生产线上带钢宽度值与压辊压力给定值的历史统计数据制定对应关系。
例如，为带钢宽度值设置上限值1200mm和下限值1000mm。在带钢运输到关键位置时，测宽仪测得带钢的宽度并反馈至PLC。PLC接收到反馈的带钢宽度值后，将带钢宽度值与上限值和下限值进行比较。若带钢宽度小于或等于下限值，则PLC为当前等待配置的压辊压力给定值赋值A1；若带钢宽度值在上限值和下限值之间，则PLC为当前等待配置的压辊压力给定值赋值A2；若所述带钢宽度值大于或等于上限值，则PLC为当前等待配置的压辊压力给定值赋值A3。
压力给定值是用于求取控制比例电磁阀的主要参数压力输出值的参数，压力给定值与压力输出值成一定的线性关系，所述线性关系用公式表示为：
Pout＝((PMax-PMin)/100×Pin)+PMin；
其中，Pout为压辊压力输出值；PMax为压辊压力最大给定值；PMin为压辊压力最小给定值；Pin为压辊压力给定值。图4为比例阀出口压力百分比与压辊压力给定值关系图。结合公式和图4，并且又因为带钢的宽度决定压力大小，带钢越窄，压力越小的特点，因此根据带钢宽度的不同，压辊压力给定值要选取不同的值，进而得到不同的压辊压力输出值实现压辊压力的控制。
在对压辊压力给定值进行设置时可以由操作人员从人机交互界面上进行设置，同样也可以将带钢宽度与压辊压力给定值的历史数据输入至控制器，由控制器内部形成数据表。在需要对压辊压力给定值进行设置的时候，由控制器自行根据数据表进行压辊压力给定值选取。并且，所述数据表可以自行丰富，对每一组新的压辊压力给定值与带钢宽度的关系都可以进行记录。同理，也可以根据板材的种类制定不同的关联关系，应用于其他类型板材的加工。
在选取压辊压力给定值后，控制器将压辊压力给定值代入压辊压力输出值计算公式，得到压辊压力输出值。所述压辊压力输出值是一个连续的实时值，随得到的带钢宽度变化。控制器将压辊压力输出值经数模转换器输出至比例电磁阀，因比例电磁阀受电流驱动，电流属于模拟量，而控制器输出的值为数字量，因此需要数模转换器进行数字量与模拟量的转换。
结合公式和图4可知，压辊压力输出值连续的向比例电磁阀输出的过程中，压辊压力输出值由最小值逐渐到达控制器选取的压辊压力给定值。相应的，比例电磁阀的开度也由一开始的最小开度逐渐增加至所述压辊压力给定值对应的开度。进而，压辊压力值也随之变化，形成了对压辊压力连续、平滑的控制。在此期间，若由测宽仪检测到带钢宽度产生变化，则压辊压力给定值、压辊压力输出值都会随之变化。数模转换器转换的得到的电流值也会变化，比例电磁阀受新的电流激励最终会得到新的开度，进而控制压辊压力值也随之变化，避免了压辊压力不变对宽度不同的带钢造成损伤。
本申请还提供了一种基于无极调节的压辊控制方法，应用于上述实施例中提到的一种基于无极调节的压辊控制装置。包括：
控制器接收并解析测宽仪反馈的带钢宽度值；
控制器根据所述带钢宽度值选取压辊压力给定值，所述压辊压力给定值用于计算压辊压力输出值；
控制器计算所述压辊压力输出值，所述压辊压力输出值用于控制比例电磁阀开度；
控制器经数模转换器向所述比例电磁阀发送所述压辊压力输出值。
由以上技术可知，本申请提供了一种基于无极调节的压辊控制装置与方法，通过在用于控制压辊压力的电磁阀的前端增设比例阀以组成比例电磁阀。控制器通过数模转换器向比例电磁阀发送压辊压力输出值以调整比例电磁阀的开度，从而实现对压辊压力的控制。求取压辊压力输出值时，首先由控制器接收并解析测宽仪反馈的带钢宽度值，再根据带钢宽度值选取合适的压辊压力给定值，接着将压辊压力给定值代入计算公式得到压辊压力输出值。数模转换器将压辊压力输出值转换为电流信号输送至比例电磁阀，比例电磁阀根据电流信号变化实时调整开度大小并对压辊压力进行实时控制。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于无极调节的压辊控制装置，其特征在于，包括：控制器、比例阀、电磁阀、数模转换器、测宽仪；所述比例阀和所述电磁阀电连接组成比例电磁阀，所述比例电磁阀用于控制压辊压力；所述测宽仪用于测量带钢宽度值并反馈至所述控制器；所述数模转换器用于将所述控制器输出的数字信号转换成模拟信号输出至所述比例电磁阀；
所述控制器被配置为：
接收并解析所述测宽仪反馈的带钢宽度值；
根据所述带钢宽度值选取压辊压力给定值，所述压辊压力给定值用于计算压辊压力
输出值；其中，若所述带钢宽度值小于或等于所述带钢宽度值的下限值，则将所述压辊压力给定值幅值为A1；若所述带钢宽度值大于所述下限值且小于所述带钢宽度值的上限值，则将所述压辊压力给定值赋值为A2；若所述带钢宽度值大于或等于所述上限值，则将所述压辊压力给定值赋值为A3；其中，所述带钢宽度值的上限值和下限值基于所述带钢宽度值与所述压辊压力给定值的统计数据设置；
计算所述压辊压力输出值，所述压辊压力输出值用于控制所述比例电磁阀开度；其
中，所述计算所述压辊压力输出值的步骤包括：将所述压辊压力给定值输入至所述压辊压力输出值的计算公式，得到所述压辊压力输出值；其中，所述计算公式为：
Pout=（（PMax-PMin）/100×Pin）+ PMin；
其中，Pout为压辊压力输出值；PMax为压辊压力最大给定值；PMin为压辊压力最小给定值；Pin为压辊压力给定值；
经所述数模转换器向所述比例电磁阀发送所述压辊压力输出值。
2.根据权利要求1所述的基于无极调节的压辊控制装置，其特征在于，所述控制器经所述数模转换器向所述比例电磁阀发送压辊压力输出值后，所述控制器被进一步配置为：
控制数模转换器将所述压辊压力输出值转化为电流信号传输至所述比例电磁阀；
控制所述比例电磁阀根据所述电流信号调节所述比例电磁阀的开度以控制所述压辊压力。
3.一种基于无极调节的压辊控制方法，应用于一种基于无极调节的压辊控制装置，其特征在于，包括：
控制器接收并解析测宽仪反馈的带钢宽度值；
控制器根据所述带钢宽度值选取压辊压力给定值，所述压辊压力给定值用于计算压辊压力输出值；其中，若所述带钢宽度值小于或等于所述带钢宽度值的下限值，则将所述压辊压力给定值幅值为A1；若所述带钢宽度值大于所述下限值且小于所述带钢宽度值的上限值，则将所述压辊压力给定值赋值为A2；若所述带钢宽度值大于或等于所述上限值，则将所述压辊压力给定值赋值为A3；其中，所述带钢宽度值的上限值和下限值基于所述带钢宽度值与所述压辊压力给定值的统计数据设置；
控制器计算所述压辊压力输出值，所述压辊压力输出值用于控制比例电磁阀开度；其中，所述计算所述压辊压力输出值的步骤包括：将所述压辊压力给定值输入至所
述压辊压力输出值的计算公式，得到所述压辊压力输出值；其中，所述计算公式为：
Pout=（（PMax-PMin）/100×Pin）+ PMin；
其中，Pout为压辊压力输出值；PMax为压辊压力最大给定值；PMin为压辊压力最小给定值；Pin为压辊压力给定值；
控制器经数模转换器向所述比例电磁阀发送所述压辊压力输出值。
4.根据权利要求3所述的基于无极调节的压辊控制方法，其特征在于，在所述控制器经所述数模转换器向所述比例电磁阀发送压辊压力输出值后，还包括：
控制数模转换器将所述压辊压力输出值转化为电流信号传输至所述比例电磁阀；
控制所述比例电磁阀根据所述电流信号调节所述比例电磁阀的开度以控制所述压辊压力。
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