一种用于精轧机组自动换辊的控制方法与流程

本方法属于自动控制技术领域，提供了一种薄板带钢热连轧中用于精轧机组自动换辊的控制方法。在大幅提高精轧机组换辊效率的同时降低换辊时间与换辊故障率，有利于提高薄板带钢热轧产线年产量。

背景技术：

在热轧薄板带钢生产过程中，CVC精轧机组正常情况下每隔2-3小时就要进行一次工作辊换辊操作，换辊时间的长短能在一定程度上反应这条热轧生产线的先进程度；并且精轧机组更换工作辊的时间长短对产量的影响较大，而热轧薄板带钢生产线的生产能力是衡量一个国家钢铁水平的重要依据。所以每一条热轧板带钢生产线都希望在保证机械设备状态良好的前提下尽量的缩短工作辊的更换时间，以达到提高产量降低生产成本的目的。

技术实现要素：

本方法的目的在于提供一种薄板带钢热连轧生产中用于精轧机组自动换辊的控制方法，在不改变现场机械设备结构的情况下，通过软件编程的方法重新设计换辊流程中的一些控制工艺和步序动作，并重新开发阶梯垫液压机构速度控制程序和换辊小车位置标定程序，有效提高了设备动作速度和位置控制精度，显著提高精轧机组自动换辊工作效率，在大幅度降低换辊时间和故障率的同时降低现场人员劳动强度，对提高热轧薄板带钢年产量帮助较大。

本发明的自动换辊流程由两套控制系统配合完成，分别负责换辊准备和自动换辊两个阶段的工艺控制，最终能满足精轧区域不同工作模式和不同数量机架同时实现“一键式”全自动换辊流程，提高精轧区域自动化水平，降低了快节奏轧制带钢期间对磨辊效率的要求。其中换辊准备阶段包括：窜辊归零，主轴准停，HGC缸卸荷，轧机停水，活套抬起和换辊准备完成等6个步骤；自动换辊阶段包括：新辊移至机旁准备位后小车做抽辊准备，精轧模式切换，导卫刮板等移至换辊位，上、下辊系做抽辊准备，小车做抽辊和新辊回装工作，下、上辊系移动至工作位，导卫刮板等移至工作位，精轧模式切换，小车移旧辊到磨辊间。操作人员根据生产计划进行换辊工作，在画面点击换辊准备和确认按钮，控制系统将自动执行换辊全流程工艺步序，并实现轧制线的自动标定，整个换辊过程被控制在17分钟以内，最快进入16分钟，达到国内先进水平。

本发明的技术方案如下：

1、窜辊归零控制：精轧机组7架轧机在换辊准备阶段都需要执行窜辊归零动作，由于机械框量的存在，工作辊窜回零位后，经常会出现轴端卡板与工作辊轴承座存在机械接触的现象，接触产生的摩擦力过大导致轴端卡板不能正常执行打开动作，从而影响后续的工作辊抽辊动作。在生产实际中CVC轧机上、下工作辊的窜辊方向是基本不变的，结合实际生产情况重新设计窜辊归零控制工艺。在换辊准备阶段，如果触发窜辊归零命令，此时工作辊会首先窜回零位，然后执行上工作辊正窜30mm、下工作辊负窜30mm，然后再次执行窜回零位的动作。增加上述短行程窜量后，可以完全消除轧机机械框量对窜辊归零的影响，能有效防止窜辊缸位置回零后轴端卡板卡死无法执行打开动作的现象。

2、一键式全自动换辊：在执行换辊操作时，岗位人员可以通过上位操作画面勾选F1-F7中任意需要执行换辊操作的机架，被选中的机架将会依次执行换辊准备的工艺步序。重新设计连锁控制逻辑，当任意机架完成换辊准备动作后，对轧机状态和活套位置状态进行判断，如条件满足，将直接触发轧机入口、出口导卫和刮板移至换辊位等步序动作，此时将不受轧机是处在轧制模式还是换辊模式的限制，这样能避免轧机液压设备动作速率不同步出现换辊等待的状况发生，能一定程度上节省精轧区域整体换辊时间。

所述的条件满足是指轧机处在轧制模式，在换辊准备状态下前一机架活套抬起到位。

在触发换辊准备命令期间，当7架轧机全部完成换辊准备动作步序后，精轧区域操作模式自动由轧制状态切换至换辊状态，不用岗位人员在进行人为现场确定和操作，正常情况下轧机工作模式的切换将在导卫刮板动作期间完成，如某一架轧机由于检测设备故障导致工作模式无法切换，我们设计增加非正常状态下执行换辊操作的请求按钮，岗位人员现场确定设备状态满足轧机工作模式切换后，点击此按钮并确认操作，可以实现轧制模式切换和轧机继续执行自动换辊的剩余步序动做。此功能可以减少换辊期间现场设备确认环节和轧制模式切换期间轧机等待的情况发生，并自动完成换辊系统控制权由GE的PAC控制器切换到SIEMENS的PLC控制器，减少人工操作环节，缩短换辊时间。当出现一些特殊情况，如：轧机堆钢、故障、检修或者临时变更生产订单等，需要临时进行换辊操作时，控制系统同样能根据当次换辊任务情况，自动完成换辊任务。

3、换辊小车位置标定：为了缩短换辊时间，我们对现场换辊小车电机进行改型，并重新设计小车位置标定方法。取消原来的小车行走过程中多次标定的方法，采用只在轧机前进行换辊小车位置标定。在轧机旁安装极限开关，当极限开关发出的信号返回且换辊车行程工程值小于200mm才允许触发标定程序，程序触发后当换辊小车转矩大于73％且换辊小车实际位置小于80mm，则认为此时下工作辊已完全装入轧机，给出换辊停止命令，并将当前小车编码器实际值做为修正值用于位置标零。此方法提高了小车零点标定的成功率，并有效降低了零点偏移对小车位置控制的影响。

4、上辊系调垫动作时序控制：本方法的核心控制部分为上辊系时序控制与阶梯垫速度控制，结合现场设备状况和实际生产需求，在执行上辊系调垫动作过程中，首先执行上工作辊平衡缸缩回，然后执行上支承辊落下动作，方法中设计当上支承辊落下命令触发后经过5S延时，然后判断上支承辊平衡杠压力值是否小于25Bar，上支承辊平衡缸位置下移是否超过400mm，如果上述三个判定条件均满足，此时现场设备已经完全具备阶梯垫调垫条件，所以将中断上支承辊下降动作，触发执行阶梯垫锁紧缸打开动作；如果上述三个判定条件一直未满足，上支撑辊将一直执行下降动作，当触发下降到位信号以后，控制系统也允许进行上阶梯垫调垫动作。

当阶梯垫锁紧缸打开到位以后，通过新开发的比例阀方向阀速度控制程序将阶梯垫由当前位置移至设定位置。首先对设定位置与实际位置进行差值计算，通过差值的正负关系来确定比例阀的开度方向，从而影响现场阶梯垫的移动方。然后对设定位置与实际位置的差值取绝对值，通过位置偏差绝对值与升、降速位置偏差阈值进行比较，当位置偏差绝对值大于设定的阈值时比例阀开度按一定斜率打开至限幅值，这样能达到在减小机械闯动的情况下迅速移动阶梯垫的目的；当位置偏差绝对值小于设定阈值时，阶梯垫将执行减速控制程序，此时比例阀开度的调节将受到偏差值的影响，用偏差值乘以固定的比例系数来实现降速时的斜坡控制。此方法同样能减小机械闯动也能迅速且平滑的完成小位移控制。上述阶梯垫比例阀控制程序中涉及的限幅值，阈值以及比例系数均可根据现场实际情况进行调节，能较好的满足现场实际生产需求，新设计的控制程序与原控制工艺相比平均减少换辊时间在40秒以上。

所述的阈值是技术人员根据机械性能调试出来的阶梯垫的升、降速位置偏差阈值。

本发明的效益是，充分考虑了生产实际中出现的非全部机架换辊和异常状态下紧急换辊的需求，优化了换辊流程中经常导致自动换辊中断控制工艺和步序动作，减少现场设备确认环节和检测设备异常导致换辊延时情况的发生，降低了操作工的操作难度和劳动强度，大幅提高精轧换辊自动化控制水平，有效缩短换辊时间的同时显著提高1580热连轧机年生产能力。

附图说明

图1为一键式自动换辊控制原理图。

图2为换辊小车位置标定控制原理图。

图3为上辊系调垫动作时序控制原理图。

具体实施方式

以精轧F3机架自动换辊为例：

操作工点击换辊准备并点击确认按钮后，F1-F7轧机将执行换辊准备流程，当执行到窜辊归零步序时，PAC板型控制器的apc_ctrl程序将控制F3轧机工作辊首先窜回零位，然后上工作辊完成正窜30mm后窜回零位动作，下工作辊将完成负窜30mm后窜回零位动作，确认F3完成上述窜辊工艺第二次回到零位后，窜辊归零完成，继续执行后续换辊准备动作。当L2、L3活套抬起到位信号返回以后，此时换辊系统控制权将暂时交给西门子S7-400控制，用于执行F3机架入口、出口导卫与刮板移动至换辊位的步序控制，当L1-L6活套全部抬起到位以后，精轧机组工作模式将自动由轧制状态切换到换辊状态，且换辊系统的控制权全部交给西门子S7-400控制，以完成后续全部换辊动作。

导卫与刮板移至换辊位以后且西门子控制器获得当次换辊全部控制权，F3轧机将做上辊系调整以满足抽辊条件。在执行到上支承辊落下动作时，只要满足落下时间大于5S且压力、位移量达到设定阈值，上支承辊将停止落下动作，直接进行调垫动作，调垫过程自动计算设定位置与当前位置差值，并根据差值按照一定的升降速斜率完成阶梯垫调制换辊位的控制。此时上支承辊将执行上升命令，由于加入上述三个判定条件，缩短了支承辊的落下行程，所以支撑辊执行上升动作时也缩短了时间。

上下辊系调整完毕后，换辊小车将执行抽辊和装辊流程，在回装下工作辊过程中，首先检查轧机机旁极限位是否返回，然后判断换辊小车当前位置是否小于80mm，如果上述条件均满足，将判断换辊小车当前转矩是否达到额定转矩的73％，如条件全部满足，则认为下工作辊安装到位，此时将给出换辊小车0速度命令，并触发位置标零程序，当前小车编码器工程值将作为零点标定的修正值参与计算。