一種用于精軋機組自動換輥的控制方法與流程

本方法屬于自動控制技術領域，提供了一種薄板帶鋼熱連軋中用于精軋機組自動換輥的控制方法。在大幅提高精軋機組換輥效率的同時降低換輥時間與換輥故障率，有利于提高薄板帶鋼熱軋產線年產量。

背景技術：

在熱軋薄板帶鋼生產過程中，CVC精軋機組正常情況下每隔2-3小時就要進行一次工作輥換輥操作，換輥時間的長短能在一定程度上反應這條熱軋生產線的先進程度；并且精軋機組更換工作輥的時間長短對產量的影響較大，而熱軋薄板帶鋼生產線的生產能力是衡量一個國家鋼鐵水平的重要依據。所以每一條熱軋板帶鋼生產線都希望在保證機械設備狀態良好的前提下盡量的縮短工作輥的更換時間，以達到提高產量降低生產成本的目的。

技術實現要素：

本方法的目的在于提供一種薄板帶鋼熱連軋生產中用于精軋機組自動換輥的控制方法，在不改變現場機械設備結構的情況下，通過軟件編程的方法重新設計換輥流程中的一些控制工藝和步序動作，并重新開發階梯墊液壓機構速度控制程序和換輥小車位置標定程序，有效提高了設備動作速度和位置控制精度，顯著提高精軋機組自動換輥工作效率，在大幅度降低換輥時間和故障率的同時降低現場人員勞動強度，對提高熱軋薄板帶鋼年產量幫助較大。

本發明的自動換輥流程由兩套控制系統配合完成，分別負責換輥準備和自動換輥兩個階段的工藝控制，最終能滿足精軋區域不同工作模式和不同數量機架同時實現“一鍵式”全自動換輥流程，提高精軋區域自動化水平，降低了快節奏軋制帶鋼期間對磨輥效率的要求。其中換輥準備階段包括：竄輥歸零，主軸準停，HGC缸卸荷，軋機停水，活套抬起和換輥準備完成等6個步驟；自動換輥階段包括：新輥移至機旁準備位后小車做抽輥準備，精軋模式切換，導衛刮板等移至換輥位，上、下輥系做抽輥準備，小車做抽輥和新輥回裝工作，下、上輥系移動至工作位，導衛刮板等移至工作位，精軋模式切換，小車移舊輥到磨輥間。操作人員根據生產計劃進行換輥工作，在畫面點擊換輥準備和確認按鈕，控制系統將自動執行換輥全流程工藝步序，并實現軋制線的自動標定，整個換輥過程被控制在17分鐘以內，最快進入16分鐘，達到國內先進水平。

本發明的技術方案如下：

1、竄輥歸零控制：精軋機組7架軋機在換輥準備階段都需要執行竄輥歸零動作，由于機械框量的存在，工作輥竄回零位后，經常會出現軸端卡板與工作輥軸承座存在機械接觸的現象，接觸產生的摩擦力過大導致軸端卡板不能正常執行打開動作，從而影響后續的工作輥抽輥動作。在生產實際中CVC軋機上、下工作輥的竄輥方向是基本不變的，結合實際生產情況重新設計竄輥歸零控制工藝。在換輥準備階段，如果觸發竄輥歸零命令，此時工作輥會首先竄回零位，然后執行上工作輥正竄30mm、下工作輥負竄30mm，然后再次執行竄回零位的動作。增加上述短行程竄量后，可以完全消除軋機機械框量對竄輥歸零的影響，能有效防止竄輥缸位置回零后軸端卡板卡死無法執行打開動作的現象。

2、一鍵式全自動換輥：在執行換輥操作時，崗位人員可以通過上位操作畫面勾選F1-F7中任意需要執行換輥操作的機架，被選中的機架將會依次執行換輥準備的工藝步序。重新設計連鎖控制邏輯，當任意機架完成換輥準備動作后，對軋機狀態和活套位置狀態進行判斷，如條件滿足，將直接觸發軋機入口、出口導衛和刮板移至換輥位等步序動作，此時將不受軋機是處在軋制模式還是換輥模式的限制，這樣能避免軋機液壓設備動作速率不同步出現換輥等待的狀況發生，能一定程度上節省精軋區域整體換輥時間。

所述的條件滿足是指軋機處在軋制模式，在換輥準備狀態下前一機架活套抬起到位。

在觸發換輥準備命令期間，當7架軋機全部完成換輥準備動作步序后，精軋區域操作模式自動由軋制狀態切換至換輥狀態，不用崗位人員在進行人為現場確定和操作，正常情況下軋機工作模式的切換將在導衛刮板動作期間完成，如某一架軋機由于檢測設備故障導致工作模式無法切換，我們設計增加非正常狀態下執行換輥操作的請求按鈕，崗位人員現場確定設備狀態滿足軋機工作模式切換后，點擊此按鈕并確認操作，可以實現軋制模式切換和軋機繼續執行自動換輥的剩余步序動做。此功能可以減少換輥期間現場設備確認環節和軋制模式切換期間軋機等待的情況發生，并自動完成換輥系統控制權由GE的PAC控制器切換到SIEMENS的PLC控制器，減少人工操作環節，縮短換輥時間。當出現一些特殊情況，如：軋機堆鋼、故障、檢修或者臨時變更生產訂單等，需要臨時進行換輥操作時，控制系統同樣能根據當次換輥任務情況，自動完成換輥任務。

3、換輥小車位置標定：為了縮短換輥時間，我們對現場換輥小車電機進行改型，并重新設計小車位置標定方法。取消原來的小車行走過程中多次標定的方法，采用只在軋機前進行換輥小車位置標定。在軋機旁安裝極限開關，當極限開關發出的信號返回且換輥車行程工程值小于200mm才允許觸發標定程序，程序觸發后當換輥小車轉矩大于73％且換輥小車實際位置小于80mm，則認為此時下工作輥已完全裝入軋機，給出換輥停止命令，并將當前小車編碼器實際值做為修正值用于位置標零。此方法提高了小車零點標定的成功率，并有效降低了零點偏移對小車位置控制的影響。

4、上輥系調墊動作時序控制：本方法的核心控制部分為上輥系時序控制與階梯墊速度控制，結合現場設備狀況和實際生產需求，在執行上輥系調墊動作過程中，首先執行上工作輥平衡缸縮回，然后執行上支承輥落下動作，方法中設計當上支承輥落下命令觸發后經過5S延時，然后判斷上支承輥平衡杠壓力值是否小于25Bar，上支承輥平衡缸位置下移是否超過400mm，如果上述三個判定條件均滿足，此時現場設備已經完全具備階梯墊調墊條件，所以將中斷上支承輥下降動作，觸發執行階梯墊鎖緊缸打開動作；如果上述三個判定條件一直未滿足，上支撐輥將一直執行下降動作，當觸發下降到位信號以后，控制系統也允許進行上階梯墊調墊動作。

當階梯墊鎖緊缸打開到位以后，通過新開發的比例閥方向閥速度控制程序將階梯墊由當前位置移至設定位置。首先對設定位置與實際位置進行差值計算，通過差值的正負關系來確定比例閥的開度方向，從而影響現場階梯墊的移動方。然后對設定位置與實際位置的差值取絕對值，通過位置偏差絕對值與升、降速位置偏差閾值進行比較，當位置偏差絕對值大于設定的閾值時比例閥開度按一定斜率打開至限幅值，這樣能達到在減小機械闖動的情況下迅速移動階梯墊的目的；當位置偏差絕對值小于設定閾值時，階梯墊將執行減速控制程序，此時比例閥開度的調節將受到偏差值的影響，用偏差值乘以固定的比例系數來實現降速時的斜坡控制。此方法同樣能減小機械闖動也能迅速且平滑的完成小位移控制。上述階梯墊比例閥控制程序中涉及的限幅值，閾值以及比例系數均可根據現場實際情況進行調節，能較好的滿足現場實際生產需求，新設計的控制程序與原控制工藝相比平均減少換輥時間在40秒以上。

所述的閾值是技術人員根據機械性能調試出來的階梯墊的升、降速位置偏差閾值。

本發明的效益是，充分考慮了生產實際中出現的非全部機架換輥和異常狀態下緊急換輥的需求，優化了換輥流程中經常導致自動換輥中斷控制工藝和步序動作，減少現場設備確認環節和檢測設備異常導致換輥延時情況的發生，降低了操作工的操作難度和勞動強度，大幅提高精軋換輥自動化控制水平，有效縮短換輥時間的同時顯著提高1580熱連軋機年生產能力。

附圖說明

圖1為一鍵式自動換輥控制原理圖。

圖2為換輥小車位置標定控制原理圖。

圖3為上輥系調墊動作時序控制原理圖。

具體實施方式

以精軋F3機架自動換輥為例：

操作工點擊換輥準備并點擊確認按鈕后，F1-F7軋機將執行換輥準備流程，當執行到竄輥歸零步序時，PAC板型控制器的apc_ctrl程序將控制F3軋機工作輥首先竄回零位，然后上工作輥完成正竄30mm后竄回零位動作，下工作輥將完成負竄30mm后竄回零位動作，確認F3完成上述竄輥工藝第二次回到零位后，竄輥歸零完成，繼續執行后續換輥準備動作。當L2、L3活套抬起到位信號返回以后，此時換輥系統控制權將暫時交給西門子S7-400控制，用于執行F3機架入口、出口導衛與刮板移動至換輥位的步序控制，當L1-L6活套全部抬起到位以后，精軋機組工作模式將自動由軋制狀態切換到換輥狀態，且換輥系統的控制權全部交給西門子S7-400控制，以完成后續全部換輥動作。

導衛與刮板移至換輥位以后且西門子控制器獲得當次換輥全部控制權，F3軋機將做上輥系調整以滿足抽輥條件。在執行到上支承輥落下動作時，只要滿足落下時間大于5S且壓力、位移量達到設定閾值，上支承輥將停止落下動作，直接進行調墊動作，調墊過程自動計算設定位置與當前位置差值，并根據差值按照一定的升降速斜率完成階梯墊調制換輥位的控制。此時上支承輥將執行上升命令，由于加入上述三個判定條件，縮短了支承輥的落下行程，所以支撐輥執行上升動作時也縮短了時間。

上下輥系調整完畢后，換輥小車將執行抽輥和裝輥流程，在回裝下工作輥過程中，首先檢查軋機機旁極限位是否返回，然后判斷換輥小車當前位置是否小于80mm，如果上述條件均滿足，將判斷換輥小車當前轉矩是否達到額定轉矩的73％，如條件全部滿足，則認為下工作輥安裝到位，此時將給出換輥小車0速度命令，并觸發位置標零程序，當前小車編碼器工程值將作為零點標定的修正值參與計算。