專利名稱：一種熱軋精軋機(jī)工作輥全自動換輥的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種鋼鐵企業(yè)熱連軋生產(chǎn)線精軋機(jī)組工作輥換輥控制方 法，具體說是一種熱軋精軋機(jī)工作輥全自動換輥的控制方法。
背景技術(shù)：
熱軋是現(xiàn)代化鋼廠帶鋼生產(chǎn)鏈中的一個必要工序，在熱軋生產(chǎn)過程 中，通常每軋制一個批次的板坯需要進(jìn)行一次精軋機(jī)工作輥換輥，因此 工作輥的更換是熱連軋線生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著熱連軋自動化程 度的提高，軋制節(jié)奏的逐漸加快，精軋機(jī)工作輥的更換日益頻繁，已經(jīng)
達(dá)到每個生產(chǎn)班次(8小時)要進(jìn)行1至2次換輥。由此可見，精軋工作輥 換輥效率的高低直接決定熱軋線的產(chǎn)量，甚至直接影響下游生產(chǎn)線的生 產(chǎn)。如何優(yōu)化換輥流程、簡化換輥4喿作、加強(qiáng)換輥穩(wěn)定安全性能、減少 換輥時間、提高換輥?zhàn)詣踊潭染统蔀闊徇B軋生產(chǎn)線提高生產(chǎn)產(chǎn)量和生 產(chǎn)效率的關(guān)鍵所在。
以下分別列舉目前國內(nèi)外一些熱連軋精軋機(jī)工作輥換輥系統(tǒng)來說
明
手動換輥傳統(tǒng)的精軋工作輥換輥大多采用手動換輥方式，例如某 熱軋廠17QGmm熱連軋才幾組，采用轉(zhuǎn)盤式手動換輥方式。每個才幾架手動換 輥時間最少15分鐘，按精4Ua且配備3個操作工計算，手動同時更換7 個精軋機(jī)架工作輥?zhàn)钌傩枰?5分鐘，按精軋機(jī)組配備4個操作工計算， 手動同時更換7個精軋機(jī)架工作輥?zhàn)钌傩枰?0分鐘。手動換輥不僅浪費(fèi) 人力、時間，而且容易造成安全事故，并不是合適的換輥方法。
半自動換輥目前現(xiàn)代化的熱軋廠普遍運(yùn)用先進(jìn)的可編程邏輯控制器(PLC)實(shí)現(xiàn)換輥的自動順序控制，但由于自動換輥的控制精度要求極 高(比如換輥小車定位需精確到誤差2咖以內(nèi))且精軋換輥機(jī)械設(shè)備不 可避免的存在機(jī)械固有誤差、機(jī)械間隙、機(jī)械磨損等，因此大多數(shù)工作 輥換輥系統(tǒng)在運(yùn)行一段時間后在自動換輥的某些環(huán)節(jié)存在不可預(yù)知的問 題，影響自動換輥的進(jìn)行，往往需要人工完成剩下的動作，因此只能定 義為半自動換輥。例如某熱軋廠1580mm熱連軋;f;L組，采用換輥小車自動 換輥方式。每個機(jī)架自動換輥?zhàn)钌傩枰?0分鐘，加上手動換輥的時間， 7個機(jī)架半自動更換工作輥?zhàn)钌傩枰?0分鐘，雖然大大降低了換輥時間， 減少了人力，但未實(shí)現(xiàn)全自動換輥，也不是最好的換輥方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，在優(yōu)化工作輥換輥流程的 基礎(chǔ)上，提供一種"換輥小車自適應(yīng)定位"、"自動換輥斷點(diǎn)繼續(xù)"為核 心的熱軋精軋機(jī)工作輥全自動換輥的控制方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明由控制器、服務(wù)器、操作計算機(jī)和換輥小 車構(gòu)成，其中服務(wù)器和操作計算機(jī)分別與控制器相連接，控制器控制換 輥小車工作，其控制方法依序?yàn)閾Q輥準(zhǔn)備，抽舊工作輥，裝新工作輥， 軋鋼準(zhǔn)備；其中換輥小車在上工作輥落樁位置值E7采用自適應(yīng)相對位置 控制，位置值E7由換輥小車與精軋機(jī)架接觸位置E9逆向減少420mm計 算得出，換輥小車與精軋機(jī)架接觸位置E9位置由判斷換輥小車在精軋機(jī) 架前絕對位置、參考速度、實(shí)際速度、電機(jī)工作電流得出；自動換輥在 手動干預(yù)后利用控制器中編程軟件P80i的SFC模塊的斷點(diǎn)繼續(xù)功能繼續(xù) 完成自動換輥，實(shí)現(xiàn)換輥過程的快速全自動化。
本發(fā)明與現(xiàn)有4支術(shù)相比有如下有益效果
由于本發(fā)明優(yōu)化了工作輥換輥流程，合理采用并行和串行順序控制，將原換輥需要的30多個步驟簡化為20多個步驟，同時減少了每個步驟 所需要的時間；換輥小車自適應(yīng)定位方法使換輥小車在上工作輥落樁位 置定位準(zhǔn)確，且不會因?yàn)闄C(jī)械間隙、機(jī)械老化和磨損影響小車定位精度， 提高了自動換輥的利用率，減少了人工干預(yù)的次數(shù)；自動換輥斷點(diǎn)繼續(xù) 功能在人工干預(yù)后可繼續(xù)自動換輥，提高了自動換輥動作在整個換輥過 程中的比例，降低了人工干預(yù)對換輥時間的影響。本發(fā)明可操作性很高， 不僅能夠大大降低工作輥換輥所需時間，同時可以提高自動換輥的利用 率，減少人力成本，降低安全事故發(fā)生率，對提高熱軋帶鋼產(chǎn)量，增加 熱軋廠經(jīng)濟(jì)效益^艮有幫助。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)配置框圖。
圖2為本發(fā)明的控制方法流程圖。
圖3為傳統(tǒng)換輥小車定位方法流程圖。
圖4為本發(fā)明換輥小車自適應(yīng)定位方法流程圖。
圖5為傳統(tǒng)換輥流程圖。
圖6為本發(fā)明斷點(diǎn)繼續(xù)自動換輥流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
本發(fā)明所控制的精軋機(jī)每個機(jī)架采用1臺VCM7750 HPCi控制器，每 個HPCi控制器包括若干資源(Resource)以實(shí)現(xiàn)不同功能，換輥控制是 HPCi控制器的一個資源，精軋機(jī)自動化控制系統(tǒng)共包括8臺VCM7750 HPCi (high-performance control ler)控制器，1臺工程師服務(wù)器 (Engineer Server) 、 1臺人才幾接口月良務(wù)器(HMI Server) 、 3臺主畫面操 作計算機(jī)(HMI)、 7臺就地觸摸操作屏(Local Panel) 、 2臺工程師站(Engineer Station) 、 1臺數(shù)據(jù)記錄服務(wù)器(PDA)。控制器機(jī)架、服務(wù)器、 人機(jī)接口、工程師站和數(shù)據(jù)記錄服務(wù)器等通過4級網(wǎng)絡(luò)通信，4級網(wǎng)絡(luò)分 別為人機(jī)接口以太網(wǎng)(服I LAN)、工程控制以太網(wǎng)(ENG LAN)、 二級機(jī)以 太網(wǎng)(LEVEL2 LAN)、高速同步通道通訊網(wǎng)(CC 100)。
本發(fā)明的換輥準(zhǔn)備流程為活套抬起—導(dǎo)位裝置退出機(jī)架—AGC缸卸 壓—工作輥竄輥到零位-工作輥對扁頭—關(guān)工作輥冷卻水、換輥小車定 位到才幾架前。
本發(fā)明的抽舊工作輥流程為工作輥平衡收回—上階梯墊移到最薄 —上工作輥平衡伸出、上支撐輥輥提升(壓力13. 75Mpa)—下工作輥軌道 梁上升—下工作輥主軸夾緊—下工作輥卡板打開—換輥小車前進(jìn)拉出下 工作輥到落樁位-上工作輥平衡收回落樁(人工確認(rèn))—上工作輥主軸夾 緊—上工作輥卡板打開—換輥小車?yán)雠f工作輥—小車后退、下支撐輥 提升—下階梯墊移動到軋鋼位爿下支撐輥下降。
本發(fā)明的裝新工作輥流程為換輥小車推入上工作輥-上工作輥卡 板關(guān)閉—上工作輥主軸打開—上工作輥平衡伸出—換輥小車推入下工作 輥—下工作輥卡板關(guān)閉—下工作輥主軸打開—下工作輥軌道梁下降、上 工作輥平衡收回、上支撐輥平衡(壓力7.8Mpa)—上階梯墊移動到軋鋼位 —上下工作輥平衡伸出—小車后退。
本發(fā)明的軋鋼準(zhǔn)備流程為導(dǎo)位裝置進(jìn)入機(jī)架—活套放下、開工作 輥冷卻水。
本發(fā)明的輸入/輸出控制主要完成換輥外部信號、內(nèi)部數(shù)據(jù)、控制命 令的輸入和輸出，按照通訊的方式可以分為
(1)資源(Resource)程序之間的變量通訊，采用定義該變量為全局 變量(Globe variable)的方式，使該變量通用于每個控制器(CPU)包含的任意資源中。
(2) 同工藝區(qū)域內(nèi)控制器(Controller)程序之間的通訊，使用高速 同步通道通訊網(wǎng)絡(luò)(Coordination Channel 100Mbaud)。
(3) 不同工藝區(qū)域內(nèi)控制器(Controller)程序之間的變量通訊，使 用以太網(wǎng)全局?jǐn)?shù)據(jù)(EGD)協(xié)議。
(4 )控制器(Control ler)和遠(yuǎn)程I/O站之間的通訊，使用 Profibus-DP現(xiàn)場總線。
(5)控制器(Controller)和變頻傳動設(shè)備(VVVF)之間的通訊，使用 Profibus-DP J見場總線。
本發(fā)明的數(shù)據(jù)計算主要完成精軋機(jī)軋鋼和換輥時的參數(shù)值計算。主要 包括
(1) 支撐輥平衡壓力計算。根據(jù)上支撐輥輥身重量、油膜軸承零部 件重量、油膜軸承重量、軸承座重量、上工作輥重量、AGC缸重量、上支 撐輥平衡缸腔內(nèi)面積等參數(shù)計算出軋鋼時的上工作輥平衡力和上支撐輥 平衡力以及換輥時上支撐輥平衡力。
(2) 上下階梯墊厚度計算。接收二級機(jī)發(fā)送過來的軋輥數(shù)據(jù)并進(jìn)行 分析，根據(jù)上下工作輥直徑、上下支撐輥直徑、軋制線高度、上下支撐 輥軸承座高度、上階梯墊上部機(jī)架其他組件高度、下階梯塾下部機(jī)架其 他組件高度、AGC缸卸壓后高度、AGC缸最佳工作行程等參數(shù)計算上下階 梯墊的參考厚度，并與二級機(jī)發(fā)送過來的上下階梯墊的參考厚度進(jìn)行比 較，調(diào)節(jié)上下階梯墊在換新工作輥后的厚度以及軋制線的高度。
(3) 換輥小車速度計算。換輥過程中，工作輥換輥小車除前進(jìn)/后 退等基本動作外，必須能夠在不同位置準(zhǔn)確定位。根據(jù)工作輥快速換輥 需要，工作輥換輥小車有9個目標(biāo)定位點(diǎn)，在小車不同定位目標(biāo)值、不同位置計算換輥小車參考速M(fèi)送給換輥小車變頻器調(diào)節(jié)小車速度，減 少小車定位時間，提高小車定位精度。
傳統(tǒng)換輥小車定位方法為確定好小車9個目標(biāo)定位點(diǎn)(編碼器參 考值)后，由定位控制程序控制小車運(yùn)行方向、速度，小車到位后停車 (圖3)。這種定位方法是以小車位移編碼器的值為參考，而不是以小車 的實(shí)際位置為參考，在小車來回移動距離增加，編碼器誤差增加的情況 下，小車定位就無法保證準(zhǔn)確。尤其在上工作輥落樁位(E7 )，小車的實(shí) 際位置誤差距離必須保證在2mm以內(nèi)時，傳統(tǒng)方法^J^保證長時間準(zhǔn)確 有效。
本發(fā)明的換輥小車自適應(yīng)定位方法是以小車9個目標(biāo)定位點(diǎn)(編碼 器參考值)作為參考，通過判斷小車的實(shí)際運(yùn)行情況，確定小車的實(shí)際 位置后，修正編碼器的值，使之與實(shí)際位置相符合，然后進(jìn)行下一步的 動作(圖4)。定位到落樁位(E7)通過以下方法實(shí)現(xiàn)換輥小車絕對位 置在機(jī)架前1000mm以內(nèi)，速度為正(向機(jī)架方向)移動時，速度編碼器 反饋速度基本為0，編碼器位置反饋值接近E9，同時電機(jī)電流超過額定 電流60 %的時間超過2s時，認(rèn)定小車緊貼機(jī)架且小車與地面軌道機(jī)械間 隙被消除，小車抱閘抱緊避免小車由于機(jī)械彈性后退，此時修正小車位 置編碼器的值，自適應(yīng)程序記錄下此時小車的位置，小車后退到E7時的 位置值以此時的位置值減去420mm得出，保證每次換輥時E7位置精確且
不受機(jī)械誤差和位置編碼器誤差影響。
傳統(tǒng)的換輥過程中，由于外部或人為原因需要人工干預(yù)時，只能終 止自動換輥，改由手動換輥完成剩下的工作(圖5)，自動換輥利用率不 高，換輥時間長。
本發(fā)明的自動換輥斷點(diǎn)繼續(xù)功能可以將自動換輥暫停，利用計數(shù)器模塊(Counter)和SFC模塊的保持功能記錄下當(dāng)前的自動換輥步驟，切換
到手動模式后進(jìn)行手動操作，手動干預(yù)完成后再將模式切換回自動換輥 (圖6), SFC模塊的斷點(diǎn)繼續(xù)功能可以重新啟動剛才的換輥步驟，將人 工干預(yù)的時間減少到最低，大大提高了自動換輥利用率，縮短了換輥時 間。
本發(fā)明熱軋精軋機(jī)快速更換工作輥方法投入運(yùn)行后，將精軋機(jī)工作輥 換輥的平均時間縮短到IO分鐘以內(nèi)，同時降低了生產(chǎn)事故發(fā)生率，為熱 軋帶鋼提高產(chǎn)量打下堅實(shí)基礎(chǔ)。
本發(fā)明的硬件系統(tǒng)處理器采用CONVERTEAM公司的高性能控制器 HPCi (high-performance controller) , HPCi是一個基于標(biāo)準(zhǔn)VME計算機(jī) 的多任務(wù)實(shí)時處理器，響應(yīng)速度快、處理能力強(qiáng)。其中央處理單元(CPU) 的最高主頻可達(dá)1.8GHz,程序掃描速度最快可達(dá)lms，能4艮好的滿足換 輥控制的多進(jìn)程、快速響應(yīng)的要求。本發(fā)明硬件系統(tǒng)中的編程工具是 CONVERTEAM公司開發(fā)的基于HPCi的編程軟件P80i。該軟件主要特點(diǎn)如 下1、程序結(jié)構(gòu)遵循IEC標(biāo)準(zhǔn)；2、功能塊(Function Block)編程方式； 3、變量編址和命名容易；4、強(qiáng)大的離線仿真功能；5、在線監(jiān)控功能。
本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn) 有技術(shù)。
權(quán)利要求
1、一種熱軋精軋機(jī)工作輥全自動換輥的控制方法，其硬件由控制器、服務(wù)器、操作計算機(jī)和換輥小車構(gòu)成，其中服務(wù)器和操作計算機(jī)分別與控制器相連接，控制器控制換輥小車工作，其控制方法依序?yàn)閾Q輥準(zhǔn)備，抽舊工作輥，裝新工作輥，軋鋼準(zhǔn)備；其中換輥小車在上工作輥落樁位置值E7采用自適應(yīng)定位方法實(shí)現(xiàn)相對位置控制，位置值E7由換輥小車與精軋機(jī)架接觸位置E9逆向減少420mm計算得出，換輥小車與精軋機(jī)架接觸位置E9位置由判斷換輥小車在精軋機(jī)架前絕對位置、參考速度、實(shí)際速度、電機(jī)工作電流得出；自動換輥在手動干預(yù)后利用控制器中編程軟件P80i的SFC模塊的斷點(diǎn)繼續(xù)功能繼續(xù)完成自動換輥，實(shí)現(xiàn)換輥過程的快速全自動化。
2、 如權(quán)利要求1所述的熱軋精軋機(jī)工作輥全自動換輥的控制方法， 其特征在于換輥小車自適應(yīng)定位方法是以小車的目標(biāo)編碼器的值作為 參考，通過判斷小車的實(shí)際運(yùn)行情況，確定小車的實(shí)際位置后，修正編 碼器的值，使之與實(shí)際位置相符合，然后進(jìn)行下一步的動作。
3、 如權(quán)利要求1所述的熱軋精軋機(jī)工作輥全自動換輥的控制方法， 其特征在于自動換輥斷點(diǎn)繼續(xù)功能是將自動換輥暫停，利用控制器中 編程軟件P80i的計數(shù)器模塊和SFC模塊的保持功能記錄下當(dāng)前的自動換 輥步驟，切換到手動模式后進(jìn)行手動操作，手動干預(yù)完成后再將模式切 換回自動換輥，SFC^莫塊的斷點(diǎn)繼續(xù)功能重新啟動剛才的換輥步驟，將人工干預(yù)的時間減少到最低，縮短換輥時間。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的熱軋精軋機(jī)工作輥全自動換輥的控制方 法，其特征在于換輥小車定位到落樁位E7的具體方法是換輥小車絕 對位置在機(jī)架前1000mm以內(nèi)，速度為正移動時，速度編碼器反饋速度小于參考速度的50%同時電機(jī)電流超過額定電流60%的時間超過2s時， 認(rèn)定小車緊貼機(jī)架且小車與地面軌道機(jī)械間隙被消除，小車抱閘抱緊避 免小車由于機(jī)械彈性后退，此時修正小車位置編碼器的值，自適應(yīng)程序 記錄下此時小車的位置，小車后退到E7時的位置值以此時的位置值減去 420mm得出，保證每次換輥時E7位置精確且不受才咸誤差和位置編碼器 誤差影響。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱軋精軋機(jī)工作輥全自動換輥的控制方法，其硬件由控制器、服務(wù)器、操作計算機(jī)和換輥小車構(gòu)成，其中服務(wù)器和操作計算機(jī)分別與控制器相連接，控制器控制換輥小車工作，其控制方法依序?yàn)閾Q輥準(zhǔn)備，抽舊工作輥，裝新工作輥，軋鋼準(zhǔn)備；其中換輥小車在上工作輥落樁位置值E7采用自適應(yīng)定位方法實(shí)現(xiàn)相對位置控制，位置值E7由換輥小車與精軋機(jī)架接觸位置E9逆向減少420mm計算得出，換輥小車與精軋機(jī)架接觸位置E9位置由判斷換輥小車在精軋機(jī)架前絕對位置、參考速度、實(shí)際速度、電機(jī)工作電流得出；自動換輥在手動干預(yù)后利用控制器中編程軟件P80i的SFC模塊的斷點(diǎn)繼續(xù)功能繼續(xù)完成自動換輥，實(shí)現(xiàn)換輥過程的快速全自動化。
文檔編號B21B31/00GK101433918SQ20081023685
公開日2009年5月20日 申請日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月15日
發(fā)明者任邦均, 琪 劉, 劉新奇, 徐衛(wèi)平, 楊天貴, 勇 梅, 劼 許 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司