TWI592230B - 輥輪開度控制系統與控制方法 - Google Patents

Description

輥輪開度控制系統與控制方法

本發明是有關於一種輥輪開度控制系統與控制方法，特別是有關於一種連鑄機之輥輪開度控制系統與控制方法。

連鑄機(Continuous Caster)係一種應用連續鑄造技術之金屬鑄造設備。連鑄機係透過數個軋輥機來將液態的熔融金屬直接凝固並輥軋成金屬薄片。連鑄機所使用之軋輥機包含油壓驅動系統、上輥輪以及下輥輪，其中油壓驅動系統係驅動上輥輪向下輥軋，以將位於上輥輪和下輥輪間的金屬輥軋成薄片。

目前的連鑄機在連鑄鋼胚時，因合金元素在固、液相中的溶解度差異，造成鋼胚由外向內凝固時的中心偏析問題，為避免中心偏析，需要在連鑄製程中對鋼胚施加壓力，以使鋼胚均勻。然而，目前的連鑄機僅有壓力控制功能，其下壓力控制係根據理論數學模型所得，一但鋼胚生產條件發生變異，壓力控制模式容易對鋼胚產生過壓或是壓力不足的問題，進而導致鋼胚品質變異。

因此，需要一種輥輪開度控制系統與控制方法來解決上述習知技術之問題。

本發明之一方面是在提供於一種輥輪開度控制系統與控制方法，其係偵測上輥輪和下輥輪之間的開度(或間隙距離)，並據此來調整驅動系統所提供的壓力，以避免產生過壓或是壓力不足的問題。

根據本發明之一實施例，此輥輪開度控制系統包含壓力偵測器、間隙偵測器、壓力判斷模組、間隙判斷模組、開關裝置以及使用者控制模組。壓力偵測器係用以量測驅動系統所提供之壓力，以獲得一壓力值。間隙偵測器係用以量測上輥輪和下輥輪之間隙，以獲得一間隙寬度值。壓力判斷模組係電性連接至壓力偵測器，以判斷上述之壓力值是否位於壓力參考範圍內，而提供壓力判斷結果。間隙判斷模組係電性連接至間隙偵測器，以判斷間隙寬度值是否位於間隙寬度參考範圍內，而提供間隙距離判斷結果。開關裝置係用以根據一使用者控制訊號來電性連接至壓力判斷模組或間隙判斷模組，以選擇性地輸出壓力判斷結果及間隙距離判斷結果其中一者。使用者控制模組係電性連接至壓力判斷模組、間隙判斷模組以及開關裝置，以分別提供壓力參考範圍、間隙寬度參考範圍以及使用者控制訊號至壓力判斷模組、間隙判斷模組以及開關裝置。

根據本發明之另一實施例，在此輥輪開度控制方法中，首先量測驅動系統所提供之壓力，以獲得一壓力值。接著，量測上輥輪和下輥輪之間隙，以獲得間隙寬度值。 然後，根據使用者控制訊號來選擇進行壓力控制步驟或開度控制步驟。在此開度控制步驟中，首先提供一間隙寬度參考範圍。接著，判斷間隙寬度值是否位於間隙寬度參考範圍內，以提供間隙距離判斷結果。當間隙距離判斷結果為否時，控制驅動系統來改變所提供之壓力值，以使間隙寬度值位於間隙寬度參考範圍內。

由上述說明可知，本發明實施例之輥輪開度控制系統與控制方法可供使用者選擇進行開度控制或是壓力控制模式來生產鋼胚，如此即可根據鋼胚的實際生產狀況，來選擇適當的控制模式，以避免產生過壓或是壓力不足的問題。

100‧‧‧輥輪系統

110a‧‧‧上輥輪

110b‧‧‧下輥輪

120‧‧‧驅動系統

130‧‧‧驅動控制系統

140‧‧‧輥輪開度控制系統

141‧‧‧壓力偵測器

142‧‧‧間隙偵測器

143‧‧‧壓力判斷模組

144‧‧‧間隙判斷模組

145‧‧‧開關裝置

146‧‧‧使用者控制模組

300‧‧‧輥輪開度控制方法

310‧‧‧壓力量測步驟

320‧‧‧間隙寬度量測步驟

330‧‧‧模式選擇步驟

340‧‧‧壓力控制步驟

342‧‧‧參考值提供步驟

344‧‧‧判斷步驟

346‧‧‧壓力調整步驟

350‧‧‧開度控制步驟

352‧‧‧參考值提供步驟

354‧‧‧判斷步驟

356‧‧‧間隙調整步驟

440‧‧‧輥輪開度控制系統

442‧‧‧輸出介面

W‧‧‧工件

G‧‧‧間隙

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，上文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：第1圖係繪示根據本發明實施例之輥輪系統的架構示意圖。

第2圖係繪示根據本發明實施例之輥輪開度控制系統的功能方塊示意圖。

第3圖係繪示根據本發明實施例之輥輪開度控制方法的流程示意圖。

第3a圖係繪示根據本發明實施例之壓力控制步驟的流程示意圖。

第3b圖係繪示根據本發明實施例之開度控制步驟的流 程示意圖。

第4圖係繪示本發明另一實施例之輥輪開度控制系統的功能方塊示意圖。

請同時參照第1圖和第2圖，第1圖係繪示根據本發明實施例之輥輪系統100的架構示意圖，第2圖係繪示根據本發明實施例之輥輪開度控制系統140的功能方塊示意圖。輥輪系統100包含上輥輪110a、下輥輪110b、驅動系統120、驅動控制系統130以及輥輪開度控制系統140。上輥輪110a和下輥輪110b係用以輥軋工件W，以將工件W輥軋成薄片。在本實施例中，工件W為鋼材，但本發明之實施例並不受限於此。上輥輪110a係連接至驅動系統120，以使驅動系統120推動上輥輪110a來將工件W輥軋成薄片。在本實施例中，驅動系統120為油壓缸，但本發明之實施例並不受限於此。

驅動系統120係電性連接至驅動控制系統130，以接受驅動控制系統130之控制。在本實施例中，驅動控制系統130為油壓閥，此油壓閥可控制驅動系統120變換運動方向，以改變上輥輪110a施加於工件W之壓力。輥輪開度控制系統140係連接至驅動系統120和驅動控制系統130，以取得驅動系統120的壓力和開度資訊，並據此來控制驅動控制系統130，進而控制上輥輪110a施加於工件W之壓力。

輥輪開度控制系統140包含壓力偵測器141、間隙 偵測器142、壓力判斷模組143、間隙判斷模組144、開關裝置145以及使用者控制模組146。壓力偵測器141係用以量測驅動系統120所提供之壓力的壓力值。在本實施例中，壓力偵測器141可為驅動系統120本身內建的壓力偵測裝置或是額外增加的壓力偵測裝置。間隙偵測器142係用以量測上輥輪110a和下輥輪110b之間隙G，以獲得間隙寬度值。在本實施例中，間隙偵測器142為電磁脈衝偵測器。電磁脈衝偵測器可利用電磁波來偵測上輥輪110a的位置，如此即可換算出間隙G的寬度值(下輥輪110b固定不動)。由於電磁脈衝偵測器係利用電磁波來進行距離偵測，因此不會被輥輪在鑄造製程時產生的高溫所影響。

壓力判斷模組143係電性連接至壓力偵測器141，以判斷驅動系統120之壓力值是否位於預設之壓力參考範圍內，而提供壓力判斷結果。類似地，間隙判斷模組144係電性連接至間隙偵測器142，以判斷間隙寬度值是否位於預設之間隙寬度參考範圍內，而提供間隙距離判斷結果。

開關裝置145係用以根據使用者控制訊號來電性連接至壓力判斷模組143或間隙判斷模組144，以選擇性地輸出壓力判斷結果或間隙距離判斷結果至驅動控制系統130，以根據壓力判斷結果或間隙距離判斷結果來控制上輥輪110a施加於工件W之壓力。

使用者控制模組146係電性連接至壓力判斷模組143、間隙判斷模組144以及開關裝置145，以分別提供壓力參考範圍、間隙寬度參考範圍以及使用者控制訊號至壓 力判斷模組143、間隙判斷模組144以及開關裝置145。使用者控制模組146包含有人機介面，以供使用者選擇目前的控制模式(開度控制模式或是壓力控制模式)。若使用者選擇利用開度控制模式來進行鑄造製程，使用者控制模組146會輸出使用者控制訊號至開關裝置145，使開關裝置145切換至間隙判斷模組144。類似地，若使用者選擇利用壓力控制模式來進行鑄造製程，使用者控制模組146會輸出使用者控制訊號至開關裝置145，使開關裝置145切換至壓力判斷模組143。

使用者控制模組146除了可供使用者選擇控制模式外，亦可供使用者根據實際的狀況和需求來設定壓力參考範圍和間隙寬度參考範圍。設定完成的壓力參考範圍和間隙寬度參考範圍會儲存在使用者控制模組146中，並提供給壓力判斷模組143和間隙判斷模組144。

請參照第3圖，其係繪示根據本發明實施例之輥輪開度控制方法300的流程示意圖。本發明實施例之輥輪開度控制方法300係利用前述之輥輪開度控制系統140來控制驅動系統120的壓力，以避免鋼胚產生過壓或是壓力不足的問題。在輥輪開度控制方法300中，首先，進行壓力量測步驟310，以利用壓力偵測器141來量測驅動系統120所提供之壓力，而獲得壓力值。接著，進行間隙寬度量測步驟320，以利用間隙偵測器142來量測上輥輪110a和下輥輪110b之間的間隙G，而獲得間隙寬度值。然後，進行模式選擇步驟330，以利用開關裝置145來根據使用者控制 訊號來選擇進行壓力控制步驟(模式)340或開度控制步驟350。

請參照第3a圖，其係繪示根據本發明實施例之壓力控制步驟340的流程示意圖。在壓力控制步驟340中，首先進行參考值提供步驟342，以利用使用者控制模組146來提供預設之壓力參考範圍。接著，進行判斷步驟344，以判斷驅動系統120所提供之壓力是否位於壓力參考範圍內，而提供壓力判斷結果。在本實施例中，壓力判斷結果係以一電子訊號來表示，當壓力判斷結果被輸入至驅動控制系統130時，驅動控制系統130便會根據壓力判斷結果來控制驅動系統120所提供之壓力值。例如，當壓力判斷結果為否時，代表驅動系統120所提供之壓力值並未位於壓力參考範圍內，如此當驅動控制系統130接收到壓力判斷結果後，便會進行壓力調整步驟346來調整驅動系統120所提供之壓力值，以促使驅動系統120所提供之壓力值回到壓力參考範圍內。

請參照第3b圖，其係繪示根據本發明實施例之開度控制步驟350的流程示意圖。在開度控制步驟350中，首先進行參考值提供步驟352，以利用使用者控制模組146來提供預設之間隙寬度參考範圍。接著，進行判斷步驟354，以判斷上輥輪110a和下輥輪110b之間的間隙寬度值是否位於間隙寬度參考範圍內，而提供間隙判斷結果。在本實施例中，間隙判斷結果係以一電子訊號來表示，當間隙判斷結果被輸入至驅動控制系統130時，驅動控制系統 130便會根據間隙判斷結果來控制驅動系統120所提供之壓力值。例如，當間隙判斷結果為否時，代表上輥輪110a和下輥輪110b之間的間隙寬度值並未位於間隙寬度參考範圍內，如此當驅動控制系統130接收到間隙判斷結果後，便會進行間隙調整步驟356來調整驅動系統120所提供之壓力值，以促使上輥輪110a和下輥輪110b之間的間隙寬度值回到間隙寬度參考範圍內。

在本實施例中，壓力參考範圍和間隙寬度參考範圍為使用者預設之參數，其可包含兩個端點來限制壓力或間隙寬度的上限和下限。然而，在本發明之其他實施例中，壓力參考範圍和間隙寬度參考範圍可僅包含一個端點，以限制壓力或間隙寬度的上限/下限。另外，本實施例之壓力調整和間隙調整可採用步進控制，即每一次的調整量都是固定的。雖然，本實施例可能需要進行多次的調整才能使壓力或間隙回到預設範圍內，但如此可簡化輥輪開度控制系統140之架構。在本實施例中，壓力判斷模組143和間隙判斷模組144可以比例-積分-微分(proportional-integral-derivative；PID)控制器來實現，而壓力判斷模組143、間隙判斷模組144、開關裝置145以及使用者控制模組146則可整合於一可程式化邏輯控制器(Programmable Logic Controller)中。

請參照第4圖，其係繪示本發明另一實施例之輥輪開度控制系統440的功能方塊示意圖。輥輪開度控制系統440係類似於輥輪開度控制系統140，但不同之處在於輥輪 開度控制系統440更包含輸出介面442。輸出介面442係用以作為輥輪開度控制系統440與後端系統(例如驅動控制系統130)之橋接，以使輥輪開度控制系統440所輸出之電子訊號(壓力判斷結果或間隙判斷結果)能夠被後端系統接收。類似地，此輸出介面442亦可與壓力判斷模組143、間隙判斷模組144、開關裝置145以及使用者控制模組146整合於可程式化邏輯控制器中。

由以上說明可知，本發明實施例之輥輪開度控制系統與控制方法係提供壓力控制模式和開度控制模式供使用者選擇。如此，使用者便能根據現場實際的狀況和需求來選擇合適的控制模式，避免鋼胚產生過壓或是壓力不足的問題。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧輥輪系統

110a‧‧‧上輥輪

110b‧‧‧下輥輪

120‧‧‧驅動系統

130‧‧‧驅動控制系統

140‧‧‧輥輪開度控制系統

142‧‧‧間隙偵測器

W‧‧‧工件

G‧‧‧間隙

Claims (5)

1. 一種輥輪開度控制系統，其中該輥輪包含一上輥輪和一下輥輪，該上輥輪係連接至一驅動系統，該驅動系統係提供一壓力來驅動該上輥輪，該輥輪開度控制系統包含：一壓力偵測器，用以量測該驅動系統所提供之該壓力，以獲得一壓力值；一間隙偵測器，用以量測該上輥輪和該下輥輪之一間隙，以獲得一間隙寬度值；一壓力判斷模組，電性連接至該壓力偵測器，以判斷該壓力值是否位於一壓力參考範圍內，而提供一壓力判斷結果；一間隙判斷模組，電性連接至該間隙偵測器，以判斷該間隙寬度值是否位於一間隙寬度參考範圍內，而提供一間隙距離判斷結果；一開關裝置，用以根據一使用者控制訊號來電性連接至該壓力判斷模組或該間隙判斷模組，以選擇性地輸出該壓力判斷結果及該間隙距離判斷結果其中一者；以及一使用者控制模組，電性連接至該壓力判斷模組、該間隙判斷模組以及該開關裝置，以分別提供該壓力參考範圍、該間隙寬度參考範圍以及該使用者控制訊號至該壓力判斷模組、該間隙判斷模組以及該開關裝置。
2. 如申請專利範圍1項所述之輥輪開度控制系統，其中該間隙偵測器為電磁脈衝偵測器，以利用電磁脈衝波來量測該上輥輪和該下輥輪之該間隙。
3. 如申請專利範圍1項所述之輥輪開度控制系統，其中該壓力判斷模組和該間隙判斷模組為比例-積分-微分(proportional-integral-derivative；PID)控制器。
4. 如申請專利範圍1項所述之輥輪開度控制系統，其中該使用者控制模組具有一人機介面(Human Machine Interface；HMI)，以供使用者來控制該使用者控制模組。
5. 如申請專利範圍1項所述之輥輪開度控制系統，其中該壓力判斷模組、該間隙判斷模組、該開關裝置以及該使用者控制模組係整合為一可程式化邏輯控制器(Programmable Logic Controller)。