一种安装有带材自动对中装置的四辊可逆轧机及其纠偏方法与流程

本发明涉及一种安装有带材自动对中装置的四辊可逆轧机及其纠偏方法。

背景技术：

带材自动对中装置(CPC)主要由光电式探测头、高频光源发射器、数字电控器、线性位置传感器、电液伺服阀和液压站所构成。CPC是一个连续的闭环调节系统，由探测头连续地测量出行走带钢两侧的位置变化，将带钢的位置偏差信号输入到数字电控器处理数据；电控系统的输出值与液压控制站的电液伺服阀相连；该位置偏差信号经过电液转换后，由伺服阀驱动液压油缸带动开卷机进行前后移动；此时带钢也会侧向移动，以调整跑偏的带钢回到预定的中心线上，实现带钢自动对中功能。但是该功能仅应用于单机架可逆轧机的第一道次轧制时的带材自动对中，后续道次的轧制时，CPC不参与侦测与控制输出。

奎克化学的高速四辊可逆试验轧机，主要设备有左卷取机(带有浮动液压缸)、轧机主体、右卷取机、润滑系统，液压系统及电控系统组成，同时在轧机左侧入料端安装了EMG的CPC(带材自动对中装置)。轧制带材宽度范围仅为100～200mm，由于该实验轧机总体布局长度与工业可逆轧机基本相当，但带材却很窄，由于带材受到压力加工之后，会在带材的宽度方向上存在受力不均匀现象，导致在轧制时发生钢带偏离中心位置，严重时发生断带。CPC本身自带控制系统，是一个完成的闭环控制，并没有相应的信号与轧机的PLC进行通讯。

由于CPC的自动对中功能，从左往右轧制时，可以保证带材在进入轧机之前始终位于轧机的中心，避免因带材在开卷前的位置不准确或者原料卷收卷不齐而导致带材在轧制时偏离轧机中心，较少跑偏的风险。但是在从右往左轧制时，由于没有辅助设备，需要依靠轧机操作者在操作时，凭肉眼观察出口侧的钢带位置，但无法判断钢带的实际偏移量；只有当钢带偏移量超过肉眼可以分辨的时候或者需要靠卷尺测量后，操作者才能够知道带材的实际偏移方向，再通过调节轧制时的辊缝差来纠正钢带的位置。因肉眼分辨能力有限，当发生较大偏移时，会发生无法通过改变辊缝值来调整，最终导致收卷不齐或严重时出现轧制断带的事故；另外由于需要用卷尺测量实际钢带的位置，操作者会打开安全防护门进入到危险区域，存在严重的安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种安装有带材自动对中装置的四辊可逆轧机，带材在轧制过程中的实际位置可以直接显示在HMI(人机界面)上，解决了之前需要看肉眼去分辨或用卷尺去测量的问题，同时提高了控制的准确性与可参考性，大大降低了操作者的操作强度，降低操作风险，提高轧制稳定性并减少轧制事故。

本发明的另外一个目的是提供一种上述安装有带材自动对中装置的四辊可逆轧机的纠偏方法。

实现上述目的的一种技术方案是：一种安装有带材自动对中装置的四辊可逆轧机，包括左卷取机、轧机主体、右卷取机及电控系统，其中：

所述左卷取机、轧机主体和右卷取机从左至右依次设置；

所述轧机主体包括从上至下依次设置的上支撑辊、上工作辊、下工作辊和下支撑辊，所述轧机主体的前侧为操作侧，所述轧机主体的后侧为传动侧；

所述电控系统包括控制器和与其相连的人机界面，所述控制器与所述轧机主体相连；

所述左卷取机的后侧安装有纵向移动装置，所述纵向移动装置采用位置控制油缸，所述位置控制油缸的输出轴与所述左卷取机相连；

所述带材自动对中装置安装在所述左卷取机的右侧，所述带材自动对中装置位于所述左卷取机和轧机主体之间，所述带材自动对中装置的中心到所述轧机主体的中心的距离为3252mm；

所述带材自动对中装置与所述位置控制油缸相连；

所述带材自动对中装置通过DP线与所述控制器相连。

上述的安装有带材自动对中装置的四辊可逆轧机，其中，所述带材自动对中装置检测带材的位置偏差信号，并通过DP线把该位置偏差信号通过I/O模块传输到所述控制器，且所述人机界面上显示带材的位置偏差值。

上述的安装有带材自动对中装置的四辊可逆轧机，其中，所述带材自动对中装置与所述位置控制油缸通过PLC信号控制相连。

本发明的还提供了一种上述安装有带材自动对中装置的四辊可逆轧机的纠偏方法，包括以下步骤：

S1，带材从左向右轧制时，所述带材自动对中装置检测带材的中心线的实际位置与轧机主体的中心线之间的实际偏移量，当带材的实际偏移量大于所述带材自动对中装置的控制精度时，若带材的实际偏移量大于零，则所述带材自动对中装置驱动所述位置控制油缸带动左卷取机向传动侧调整带材的位置，直至带材的中心线与轧机主体的中心线重合；若带材的实际偏移量小于零，则所述带材自动对中装置驱动所述位置控制油缸带动左卷取机向操作侧调整带材的位置，直至带材的中心线与轧机主体的中心线重合；

S2，带材从右向左轧制时，包括以下两种模式：

S21，手动控制模式：所述带材自动对中装置检测带材的中心线的实际位置与轧机主体的中心线之间的实际偏移量，并通过DP线把该实际偏移量传输到所述控制器，所述控制器将所述实际偏移量传输给所述人机界面，所述人机界面上显示带材的实际偏移量；操作者通过人机界面得到从所述带材自动对中装置反馈的带材的实际偏移量，准确判断带材的实际位置，操作者手动调节辊缝差，并持续观察人机界面上的带材的实际偏移量，判断带材的位置变化，直至带材无偏移或者稳定在某个数值；

S22，自动控制模式：在人机界面上设定最大允许偏差值，所述带材自动对中装置检测出口侧的带材的中心线的实际位置与轧机主体的中心线之间的实际偏移量，并通过DP线把该实际偏移量传输到所述控制器，所述控制器将所述实际偏移量传输给所述人机界面，所述人机界面上显示带材的实际偏移量；当带材的实际偏移量超过最大允许偏差值，且传动侧与操作侧的轧制力差小于50kN，轧制速度低于400MPM时，所述控制器根据当前轧制速度计算相应调整时间并输出辊缝差调节量，从而控制带材的轧制位置。

上述的安装有带材自动对中装置的四辊可逆轧机的纠偏方法，S22中，所述最大允许偏差值初始设定为5mm；所述辊缝差调节量的单次输出值初始设定为10um；

所述调整时间的计算公式为：

Y＝n×(3.252m/轧制速度)

其中，Y为调整时间，轧制速度的单位为m/s，n＝0～900％，所述控制器经过Y秒延迟时间后触发辊缝差的自动调节。

采用了本发明的安装有带材自动对中装置的四辊可逆轧机的技术方案，带材在轧制过程中的实际位置可以直接显示在HMI(人机界面)上，解决了之前需要看肉眼去分辨或用卷尺去测量的问题，同时提高了控制的准确性与可参考性，大大降低了操作者的操作强度，降低操作风险，提高轧制稳定性并减少轧制事故。

采用了本发明的安装有带材自动对中装置的四辊可逆轧机的纠偏方法的技术方案，带材自动对中装置能够与轧机的控制器(PLC)进行通讯，在从右向左轧制时，利用带材自动对中装置在四辊可逆轧机上检测的带材实际位置与轧机中心位置的偏差来调节轧机的辊缝差，在轧机的HMI(Human Machine Interface，人机界面)上实时反馈带材实际位置，并及时手动或自动调整辊缝差，避免带材的严重跑偏或是因为跑偏而引起的断带事故。

附图说明

图1为本发明的安装有带材自动对中装置的四辊可逆轧机的布局示意图；

图2a为带材向操作侧偏离的结构示意图；

图2b为带材自动对中装置纠正带材位置后的结构示意图；

图3为本发明的安装有带材自动对中装置的四辊可逆轧机的纠偏方法的流程图；

图4a为带材向操作侧偏移的结构示意图；

图4b为带材向传动侧偏移的结构示意图。

具体实施方式

本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例结合附图进行详细地说明：

请参阅图1和图2a，一种安装有带材自动对中装置5的四辊可逆轧机，包括左卷取机1、轧机主体2、右卷取机3及电控系统，左卷取机1、轧机主体2和右卷取机3从左至右依次设置；轧机主体2包括从上至下依次设置的上支撑辊21、上工作辊22、下工作辊23和下支撑辊24，轧机主体2的前侧为操作侧，轧机主体2的后侧为传动侧；电控系统包括控制器和与其相连的人机界面，控制器与轧机主体2相连；左卷取机1的后侧安装有纵向移动装置，纵向移动装置采用位置控制油缸4，位置控制油缸4的输出轴与左卷取机1相连，位置控制油缸4带动左卷取机1前后纵向移动。带材自动对中装置5安装在左卷取机1的右侧，带材自动对中装置5位于左卷取机1和轧机主体2之间，带材自动对中装置5的中心到轧机主体5的中心的距离为3252mm；带材自动对中装置5与位置控制油缸4通过PLC信号控制相连；带材自动对中装置5通过DP线与控制器相连。带材自动对中装置5检测带材的位置偏差信号，并通过DP线把该位置偏差信号通过I/O模块传输到控制器，且人机界面上显示带材的位置偏差值。

请参阅图2a至图4b，本发明的还提供了一种上述安装有带材自动对中装置的四辊可逆轧机的纠偏方法，包括以下步骤：

S1，带材从左向右轧制时，带材自动对中装置5检测带材10的中心线a的实际位置与轧机主体的中心线b之间的实际偏移量A，当带材的实际偏移量A大于带材自动对中装置5的控制精度B时，若带材10的实际偏移量A大于零，则带材自动对中装置5驱动位置控制油缸4带动左卷取机1向传动侧调整带材10的位置，直至带材10的中心线a与轧机主体的中心线b重合；若带材10的实际偏移量A小于零，则带材自动对中装置5驱动位置控制油缸4带动左卷取机1向操作侧调整带材10的位置，直至带材10的中心线a与轧机主体b的中心线重合；

S2，带材从右向左轧制时，包括以下两种模式：

S21，手动控制模式：带材自动对中装置5检测带材的中心线的实际位置与轧机主体的中心线之间的实际偏移量A，并通过DP线把该实际偏移量A传输到控制器，控制器将实际偏移量A传输给人机界面，人机界面上显示带材的实际偏移量；操作者通过人机界面得到从带材自动对中装置5反馈的带材的实际偏移量A，准确判断带材的实际位置，操作者手动调节辊缝差，并持续观察人机界面上的带材的实际偏移量，判断带材的位置变化，直至带材无偏移或者稳定在某个数值；

S22，自动控制模式：在人机界面上设定最大允许偏差值C，带材自动对中装置5检测出口侧的带材的中心线的实际位置与轧机主体的中心线之间的实际偏移量A，并通过DP线把该实际偏移量传输到控制器，控制器将实际偏移量A传输给所述人机界面，人机界面上显示带材的实际偏移量A；当带材的实际偏移量A超过最大允许偏差值，且传动侧与操作侧的轧制力差小于50kN，轧制速度低于400MPM时，控制器根据当前轧制速度计算相应调整时间并输出辊缝差调节量，从而控制带材的轧制位置。

最大允许偏差值需要根据实际运行情况决定，初始设定为5mm；辊缝差调节量的单次输出值Z初始设定为10um。

调整时间的计算公式为：

Y＝n×(3.252m/轧制速度)

其中，Y为调整时间，轧制速度的单位为m/s，n＝0～900％，控制器经过Y秒延迟时间后触发辊缝差的自动调节。

本发明对传统的CPC(带材自动对中装置)的功能进行扩展，基于CPC(带材自动对中装置)本身的带材位置侦测功能，额外通过DP线把该偏差信号通过I/O模块传送到轧机的PLC(控制器)中，并把带材的偏差值显示在HMI(人机界面)上，让操作者非常直观的知道带材的相对位置。当从右往左轧制时，由PLC程序自动或者操作者手动控制辊缝差来纠正带材的位置。

请参阅图4a和图4b，利用该扩展功能对带材在轧制过程中的纠偏的原理是，由于四辊可逆轧机没有配置板形自动控制系统，操作侧辊缝Gap_w和传动侧辊缝Gap_d辊缝差(Gap_w-Gap_d)无法通过实时监控系统得到及时的调整。如图4a所示，当操作侧辊缝Gap_w大于传动侧辊缝Gap_d至某一临界时(轧制力的水平分力F大于钢带与轧辊间的摩擦力)钢带发生向操作侧的侧向偏移，此时若无辅助设备，操作者很难判断钢带的偏移量，同时也不知道该调节多大的辊缝差来减小钢带的持续侧向偏移，因此若是操作员调整过度，又会发生传动侧辊缝Gap_d大于操作侧辊缝Gap_w的情况(见图4b)，当辊缝差超过某一临界值时，钢带将向传动侧发生侧向偏移，轻者造成收卷不齐，严重时可能引起断带事故。因此在这样的情况下，由于CPC的带材位置侦测功能，在从右往左轧制时，操作者可以根据HMI上实时显示的带材偏移量来调整辊缝差，并能及时知道调整量是否合理，从而避免操作失误。具体的控制方式设计了手动控制和自动控制两种模式。

本发明的安装有带材自动对中装置的四辊可逆轧机及其纠偏方法，当轧制方向为从左往右时，左侧卷取机充当开卷机的作用，通过CPC的自动检测到的钢带偏移量来调节纵向移动装置，实现对中功能，将带材始终保持在中心线位置，这样只需要微调一下辊缝差即可保持正常的轧制；当轧制方向从右往左时，因右侧卷取机是固定式的，无法调整带材进入轧机的位置，并且也无法得知出口侧(此时左侧为出口侧)带材的实际偏移趋势。通过增加扩展功能之后，如果在从右向左轧制时，出口侧的带材若发生偏移，CPC可以侦测到实际偏移量，若实际偏差量大于设定的最大允许偏差值时，PLC会根据当前轧制速度计算相应调整时间并输出辊缝差调节量，从而控制带材的轧制位置。

本发明的安装有带材自动对中装置的四辊可逆轧机及其纠偏方法，从左往右轧制时，利用CPC的自动对中功能，可以保证带材在进入轧机之前始终位于轧机主体的中心，避免因带材在开卷前的位置不准确或者原料卷收卷不齐而导致带材在轧制时偏离轧机中心，减少跑偏的风险；当从右往左轧制时，由PLC程序自动或者操作者手动控制辊缝差来纠正带材的位置，避免操作失误，保证带材位于轧机主体的中心。

综上所述，本发明的安装有带材自动对中装置的四辊可逆轧机及其纠偏方法，带材在轧制过程中的实际位置可以直接显示在HMI上，解决了之前需要看肉眼去分辨或用卷尺去测量的问题，同时提高了控制的准确性与可参考性，大大降低了操作者的操作强度，降低操作风险，提高轧制稳定性并减少轧制事故。可应用于轧钢领域，尤其是无板形控制的可逆轧机。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化都将落在本发明的权利要求书范围内。