专利名称：一种棒材生产中热倍尺剪切精度优化方法
技术领域：
本发明涉及金属棒材的轧制长度测量方法，属压力加工技术领域。
背景技术：
在小型棒材生产中，钢坯(135mm2～165mm2)经过轧机轧制后，通过对成品轧机的电机转速的检测和轧辊辊径计算出经过热倍尺剪剪刃中心线的成品钢的实时累加长度，当这个累加长度值大于等于设定的热倍尺长度值时，控制程序就给倍尺剪发出剪切命令将成品钢剪切成设定长度的热倍尺钢。这种成品钢的测长被称为热倍尺测长。
目前棒材热倍尺长度测量主要为辊径测长和热金属探测器测长两种。前者利用成品机架的辊径和转速脉冲编码器积分获得钢材的长度；后者利用成品机架和热倍尺剪(3#飞剪)之间的两个热金属探测器和可编程控制器完成。其原理是轧材到达热金属探测器HMD1时高速计数器启动，计量成品机架的转速脉冲编码器的脉冲数，在轧材到达热金属探测器HMD2时捕捉此时HMD1和HMD2间的脉冲数，再利用两个热金属探测器之间的距离常量计算出单位长度对应的脉冲数，这一数值称为脉冲当量。由此计算给定长度的热倍尺所需要的脉冲数。这种方法的特点是对每根钢坯产生的轧材测速一次，与辊径法比较，其精度较高。但是因为它假设同一根钢坯所轧的轧材同成品机架的轧辊之间的相对滑移量基本不变，所以不能有效的处理同一钢坯产生的轧材同成品机架轧辊之间的相对滑移，在同一钢坯产生的热倍尺之间测长仍存在一定的误差。
发明内容
本发明用于克服以上两种测长方法的缺陷、消除轧材与成品轧辊之间的滑移对倍尺测长的影响，提供一种有效的棒材倍尺长度测长和剪切精度优化控制方法。
本发明所称问题是这样解决的一种棒材生产中热倍尺剪切精度优化方法，它以两个转速脉冲编码器、两个热金属探测器作为测速传感器，以可编程控制器作为测速控制器，所述转速脉冲编码器中的一个安装在成品机架驱动电机上，另一个安装在倍尺剪驱动电机上，分别测定两者角速度，所述热金属探测器间隔安装，其中一个安装在热倍尺剪的出口或入口处，距离热倍尺剪剪刃中心线为2～3米，另一个安装在裙板人口辊道处或成品轧机出口处，两者之间的距离为25～42米，其优化控制步骤为a.利用热倍尺剪后的两个已知间距的热金属探测器检测出每一根热倍尺钢的线速度；b.利用此线速度计算出在该成品轧机转速下达到此线速度的轧辊实际辊径值，该辊径值称为“虚拟辊径”；c.将热倍尺剪每剪切完一剪后检测到的“虚拟辊径”值送到测长程序中取代原来的输人辊径值；d.每剪完一剪，重复上述步骤。
上述棒材生产中热倍尺剪切精度优化方法，所述热倍尺钢的线速度作如下转换a.当轧材到达热金属探测器HMD1时启动可编程序控制器中的计数器，开始计量成品机架的转速脉冲编码器的脉冲数；b.在轧材到达热金属探测器HMD2时捕捉此时的累计脉冲数，利用两个热金属探测器之间的距离常量计算出单位长度对应的脉冲数，这一数值称为脉冲当量；c.计算出给定长度的热倍尺所需要的脉冲数，此脉冲数即为控制热倍尺剪动作的基数。
上述棒材生产中热倍尺剪切精度优化方法，所述两个热金属探测器HMD1、HMD2固定在成品轧机和热倍尺剪之间，两者之间相距20～40米。
上述棒材生产中热倍尺剪切精度优化方法，所述两个热金属探测器HMD1、HMD2固定在热倍尺剪之后，两者之间相距40～50米。
上述棒材生产中热倍尺剪切精度优化方法，所述检测设备和执行设备信号因传输时间和响应时间滞后而需补偿的时间为0.3-1.0s。
本发明有效消除了轧材与成品轧辊之间的滑移对倍尺测长的影响，提高了棒材生产的热倍尺钢的测长剪切精度，同时也很容易实现倍尺钢手动优化功能。对各个品种的棒材，其剪切精度均能达到正负50mm的精度，且热倍尺剪的剪切精度不受成品轧机换槽换辊的影响。而原有辊径测长法由于不能解决相对滑移对成品钢长度的影响，在换辊换槽后，输入辊径与上次实际辊径的差值较大，导致滑移量较大，对成品钢的长度产生了较大的影响，所以每次换槽换辊换品种后都需要根据实际情况从新调整倍尺钢长度设定值。本发明以成品机架的角速度和虚拟辊径获得轧线的实时线速度值，再积分得出轧材的实时长度，避免了这些影响。另外，本发明不需要增添多少设备即可完成，因此，它同时还具有容易实施、投资少的优点。
图1是本发明测量系统示意图；图2是热金属探测器另一种安装位置示意图；图3是本发明的主程序流程框图。
图中各标号为1-成品轧机；2-转速脉冲编码器；3-淬水线辊道；4-热倍尺剪(3#飞剪)；5-位置编码器；6-热金属探测器(HMD1)；7-热金属探测器(HMD2)；8-1#裙板棍道；9-2#裙板棍道；10-3#裙板棍道；11-冷床。
具体实施例方式
本发明涉及的热倍尺剪的剪切精度一直是行业内的技术难题。原有热倍尺剪的剪切控制系统依赖于成品轧机的初始辊径和角速度反馈来完成热倍尺长度的检测。由于在轧钢过程中成品轧机的实际辊径是不断磨损的，而检测程序却不能得到辊径变化的信息，导致程序中得到的成品轧机的速度反馈与轧辊的实际速度出现偏差，而这种偏差随着轧辊的磨损而变化，最终导致3#剪切出的热倍尺长度偏差较大且不稳定。这样，冷床上的热倍尺钢的长度，不仅不同钢坯之间的热倍尺钢长短不一，而且同一钢坯同一设定热倍尺长度下获得的热倍尺钢间的长度也长短不一。而且每次换槽换辊换品种后，都需要操作工跑到冷床上人工观察热倍尺钢实际长度的偏差后，再对热倍尺钢长度设定值进行修正。这样的偏差范围在300mm-1000mm不等。随着成材率指标的逐年提高，这种剪切精度已不能满足生产的要求。
本发明研究了两种不同测速方法的利弊，认为影响滑移量的主要因素是钢材的钢质和温度。对同一炉号的钢坯和同一根钢坯，因为温度和材质的不同分布，相对滑移量会有较大的变化，但对于同一根热倍尺钢，因为温度与材质的变化不大，滑移的变化相对较小，因此对每根热倍尺钢我们可以近似的认为相对滑移量β为一常量，即认为每根热倍尺钢的相对滑移量基本不变。成品机架的转速乘以滑移量修正值(1+β)，就可以被认为与成品钢的线速度成正比。
利用“虚拟辊径”的概念测长就是基于上文分析。首先利用热倍尺剪后的两个热金属探测器检测出每一根热倍尺钢的线速度，进一步利用此线速度精确计算出此时成品轧机转速下达到此线速度的轧辊实际辊径值，即“虚拟辊径”。将热倍尺剪每剪切完一剪后检测到的“虚拟辊径”值送到测长程序中取代原来的输入辊径值，从而实现了轧件线速度和电机转速的实时一致性，从而有效提高了热倍尺长度测量基础参数的精度。再将其它影响因素诸如检测设备和执行设备的信号传输时间和响应时间等的进行适当的补偿，最终得到满意的剪切精度。本发明中所说的检测设备和执行设备信号传输时间和响应时间是指检测设备和执行设备受自身电器元件性能决定的信号传输时间和响应时间。在本发明中，根据多次采集的实时数据采集曲线来确定检测设备和执行设备的信号传输时间和响应时间，并据此设计确定相应的补偿系数。当监控曲线的采集精度为1ms时，其需补偿的滞后时间为0.3-1.0s。倍尺长度检测控制程序流程图如附图3所示。
在采用标准定尺长度(一般为9～12米)钢坯供应时，若粗轧机出口1#剪切头切尾量没有太大变化，对相同品种生产而言，每根钢坯的总轧制长度是可以确定的。在这样的情况下，也可采用手动优化。即提供每根热倍尺钢长度修正量的调整参数，由操作工根据末根倍尺长度的情况调整任一根热倍尺钢的长度，以手动方式调整同一钢坯的各个热倍尺的长度修正量。
在本发明中，成品机架编码器是转速脉冲编码器，安装于成品机架的电机上，用于获得电机的角速度。倍尺剪编码器是转速脉冲编码器，安装于倍尺剪驱动电机上，用于获得剪刃的实时位置，求得剪切点。成品机架驱动电机和倍尺剪驱动电机使用可编程控制器控制其转动，可编程控制器可采用DC2000，其编码器使用每转1024脉冲的增量型编码器。为提高热金属探测器的检测精度，采用响应时间为1ms的DELTA-DC3010热金属探测器，可编程控制器为DC2000和IOS2000。
DC2000为传动控制设备扫描周期为1ms，拥有较强大的数学运算能力。IOS2000为逻辑程序控制器，它的编程容量大，扫描周期在10ms左右，利用两者的优点实现高精度控制。
热金属探测器有两种安装位置，一种安装在热倍尺剪的右侧，如图1所示；另一种安装在左侧，如图2所示，两者均能成功进行测量。
为提高测量的准确性，热金属探测器信号传送至扫描周期为1ms的DC2000，由DC2000捕捉HMD2采集到钢时刻，程序使用上次辊径计算出的轧材倍尺累计长度值，并发送给IOS2000。在IOS2000中，与此时的轧材实际长度(两热金属探测器的距离常量)相比较，再将其它影响因素诸如检测设备和执行设备的信号传输时间和响应时间等、进行适当的补偿，获得此时轧材的虚拟辊径值和热倍尺的修正长度值，并再次传送到DC2000，由DC2000完成轧材的长度计算，并发出热倍尺剪切的指令。
权利要求
1.一种棒材生产中热倍尺剪切精度优化方法，其特征在于它以两个转速脉冲编码器、两个热金属探测器作为测速传感器，以可编程控制器作为测速控制器，所述转速脉冲编码器中的一个安装在成品机架驱动电机上，另一个安装在倍尺剪驱动电机上，分别测定两者角速度，所述热金属探测器间隔安装，其中一个安装在热倍尺剪的出口或入口处，距离热倍尺剪剪刃中心线为2～3米，另一个安装在裙板入口辊道处或成品轧机出口处，两者之间的距离为25～42米，其优化控制步骤为a.利用热倍尺剪后的两个已知间距的热金属探测器检测出每一根热倍尺钢的线速度；b.利用此线速度计算出在该成品轧机转速下达到此线速度的轧辊实际辊径值，该辊径值称为“虚拟辊径”；c.将热倍尺剪每剪切完一剪后检测到的“虚拟辊径”值送到测长程序中取代原来的输入辊径值；d.每剪完一剪，重复上述步骤。
2.根据权利要求1所述的棒材生产中热倍尺剪切精度优化方法，其特征在于，所述热倍尺钢的线速度作如下转换a.当轧材到达热金属探测器HMD1时启动可编程序控制器中的计数器，开始计量成品机架的转速脉冲编码器的脉冲数；b.在轧材到达热金属探测器HMD2时捕捉此时的累计脉冲数，利用两个热金属探测器之间的距离常量计算出单位长度对应的脉冲数，这一数值称为脉冲当量；c.计算出给定长度的热倍尺所需要的脉冲数，此脉冲数即为控制热倍尺剪动作的基数。
3.根据权利要求2所述的棒材生产中热倍尺剪切精度优化方法，其特征在于，所述两个热金属探测器HMD1、HMD2固定在成品轧机和热倍尺剪之间，两者之间相距20～40米。
4.根据权利要求2所述的棒材生产中热倍尺剪切精度优化方法，其特征在于，所述两个热金属探测器HMD1、HMD2固定在热倍尺剪之后，两者之间相距40～50米。
5.根据权利要求3或4所述的棒材生产中热倍尺剪切精度优化方法，其特征在于，所述检测设备和执行设备信号因传输时间和响应时间滞后而需补偿的时间为0.3-1.0s。
全文摘要
一种棒材生产中热倍尺剪切精度优化方法，属压力加工技术领域，用于提高棒材剪切精度，它以两个转速脉冲编码器、两个热金属探测器作为测速传感器，以可编程控制器作为测速控制器，其优化步骤为首先利用热倍尺剪的剪切点和剪后的两个热金属探测器检测出每一根热倍尺钢的线速度；然后利用此线速度计算出在该成品轧机转速下达到此线速度的“虚拟辊径”值；将“虚拟辊径”值送到测长程序中取代原来的输入辊径值；每剪完一剪，重复上述步骤。本发明的剪切精度能能达到正负50mm，且剪切精度不受成品轧机换槽换辊的影响。具有容易实施、投资少的优点。
文档编号B21B38/00GK1850380SQ20061001273
公开日2006年10月25日 申请日期2006年5月19日 优先权日2006年5月19日
发明者王春力, 马振生, 褚建东, 李连平, 苏孝东, 刘冬华, 刘艳霞 申请人:唐山钢铁股份有限公司