连轧管机的控制系统的制作方法
【专利摘要】根据本公开的一个方面，提供一种连轧管机的控制系统，其特征在于，包括：第一PLC，配置为对连轧管机的芯棒润滑区、冷却区、芯棒及毛管上下料区进行逻辑控制；第二PLC，配置为对限动电机及主传动电机进行控制；辊缝控制单元，包括第三PLC，所述第三PLC包括至少一个应用模块，每个应用模块具有64位RISC浮点运算处理器并具有0.1ms的最小循环周期；二级管理单元，用于管理和控制所述控制系统的参数；数据采集单元，与所述辊缝控制单元通过光纤连接，用于采集所述辊缝控制单元中的数据；其中所述第一PLC、第二PLC、辊缝控制单元及二级管理单元通过以太网连接。本公开工艺简单、成本较低。
【专利说明】连轧管机的控制系统
【技术领域】
[0001]本公开涉及轧钢机械的控制系统，尤其涉及一种三辊连轧管机的控制系统。
【背景技术】
[0002]连轧管机控制在无缝钢管生产中十分关键，它直接关系到钢管几何尺寸精度及切头切尾长度，从而影响钢管的成材率以及经济效益。
[0003]如图1所示，为现有技术的三辊连轧管机控制系统。现有技术的三辊连轧管机控制系统1，包括以太网交换机11、第一控制器12、第二控制器13和TDC控制器14。其中，第一控制器12、第二控制器13和TDC控制器14通过太网交换机11相互通信。第一控制器12、第二控制器13均为PLC控制器，且均采用的是西门子S7-400系列PLC。第一控制器12负责连轧管机芯棒的润滑区、冷却区、芯棒及毛管上下料区等逻辑控制。第二控制器13主要控制连轧管机的限动电机及主传动电机。TDC控制器14负责辊缝控制系统。TDC控制器14与其他两个PLC控制器有数据交换，三者协同完成连轧管机系统的控制工作。
[0004]现有技术的用于完成辊缝控制的TDC控制器14，包括多个CPU模板、多个SM模板、多个CP模板。CPU模板为中央处理模板，用于采集三辊连轧管机系统的数据并对所采集的数据进行处理后，输出控制信号以进行辊缝和轧制力等控制。SM模板为TDC系统专用的输入输出模板，用来进行数字量信号和模拟量信号之间的转换。CP模板为通讯模板，包括两种模板:CP50M1模板和CP51M1模板。TDC控制器14通过CP模板与第一控制器12、第二控制器13进行通信，而不能直接通过第一控制器12、第二控制器13的通讯模块与第一控制器12、第二控制器13进行通信。
[0005]对于液压辊缝控制系统，要求“快速性”和“准确性”，其控制周期要求在2?3ms以内。现有的采用TDC控制器14进行连轧管机的辊缝控制系统，多采用西门子大型TDC控制系统(SIMATIC TDC)，但是TDC控制系统价格很高，系统比较复杂，而且与其它设备通讯起来较为复杂。
[0006]在所述【背景技术】部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
【发明内容】
[0007]本申请公开一种能够简化通讯和/或结构简单和/或成本较低的三辊连轧管机的辊缝控制系统。
[0008]本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
[0009]根据本公开的一个方面，提供一种连轧管机的控制系统，包括:第一 PLC，配置为对连轧管机的芯棒润滑区、冷却区、芯棒及毛管上下料区进行逻辑控制；第二 PLC，配置为对限动电机及主传动电机进行控制；辊缝控制单元，包括第三PLC，所述第三PLC为包括至少一个应用模块，每个应用模块具有64位RISC浮点运算处理器并具有0.1ms的最小循环周期；二级管理单元，用于管理和控制所述控制系统的参数；数据采集单元，与所述辊缝控制单元通过光纤连接，用于采集所述辊缝控制单元中的数据；其中所述第一 PLC、第二 PLC、辊缝控制单元及二级管理单元通过以太网连接。
[0010]根据一示例实施方式，所述辊缝控制单元还包括伺服阀、设置于所述连轧管机的液压缸的压力传感器和设置于所述连轧管机的轧辊上的位移传感器，所述压力传感器和位移传感器分别检测所述液压缸的轧制压力信号和所述三辊连轧管机的轧辊上的位移信号，并传送至所述第三PLC。
[0011]根据一示例实施方式，所述至少一个应用模块配置为:接收预设的轧辊位移给定值和预期轧制压力参数得到辊缝预设值；根据轧制压力信号和轧辊位移信号计算实际的轧制力和辊缝值；并根据所述实际的轧制力和所述辊缝值得到辊缝补偿量；比较所述辊缝实际值和所述辊缝预设值以产生控制信号。
[0012]根据一示例实施方式，所述伺服阀接收所述控制信息以调节所述辊缝和/或轧辊的位置。
[0013]根据一示例实施方式，所述二级管理单元产生预设的轧辊位移给定值和预期轧制压力参数并传送至所述辊缝控制单元，接收所述辊缝控制单元反馈的实际轧制力和实际辊缝值。
[0014]根据一示例实施方式，所述第三PLC为SIMATIC S7-400控制器，所述应用模块为FM458DP。
[0015]根据一示例实施方式，所述FM458DP应用模块为三个。
[0016]根据一示例实施方式，还包括报警和诊断单元，所述报警和诊断单元接收并比较所述实际的轧制力、所述实际辊缝值与所述预设的轧辊位移给定值、所述预期轧制压力参数之间的偏差，产生诊断或报警信息。
[0017]根据一示例实施方式，还包括人机界面，所述人机界面接收外部指令并将所述外部指令传送至所述辊缝控制单元。
[0018]根据本公开一些实施方式的连轧管机的控制系统，至少具有以下优点之一:无需对现有工艺进行实质改变，即可完成对连轧管机的进行控制，因此，工艺简单；由于采用PLC控制器代替TDC控制器来进行辊缝控制，而PLC控制器与连轧管机的其他部分的控制器相同，用户可以减少对备件的采购，在与其他控制器的通讯上也更加简便，因此，可有效降低成本、系统通信更简便；由于本公开的辊缝控制系统中的PLC控制器可以采用多个FM485-1DP应用模块，因此系统运行速度可以满足生产要求，具有“快速性”的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]通过参照附图详细描述其实施方式，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
[0020]图1示出现有技术的连轧管机控制系统示意图。
[0021]图2示意性示出本公开的连轧管机控制系统示意图。
[0022]图3示意性示出本公开的连轧管机系统的辊缝控制单元的控制结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]现在将参考附图更全面地描述实施方式。然而，实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而可省略它们的详细描述。
[0024]此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。
[0025]本公开提供一种新的能够简化通讯和/或结构简单和/或成本较低的三辊连轧管机的辊缝控制系统。下面参照附图描述根据本公开的实施方式。
[0026]图2示意性示出本公开的连轧管机控制系统示意图。图3示意性示出本公开的连轧管机系统的辊缝控制单元的控制结构示意图。如图2和图3所示，本公开的连轧管机控制系统1，包括以太网交换机11、第一 PLC12、第二 PLC13辊缝控制单元14、二级管理单元(未示出)、数据采集单元(未示出)、报警和诊断单元3以及人机界面(未示出)。第一 PLC12、第二 PLC13、辊缝控制单元14及二级管理单元通过以太网连接。
[0027]其中，辊缝控制单元14包括第三PLC、伺服阀21、设置于所述连轧管机的液压缸的压力传感器22和位移传感器23，压力传感器22和位移传感器23分别检测所述液压缸的轧制压力信号和所述三辊连轧管机的轧辊上的位移信号，并传送至所述第三PLC。
[0028]第一 PLC12、第二 PLC13以及第三PLC均为PLC控制器，且均采用的是西门子S7-400系列PLC。第一 PLC12负责连轧管机芯棒的润滑区、冷却区、芯棒及毛管上下料区等逻辑控制。第二 PLC13主要控制连轧管机的限动电机及主传动电机。第三PLC为模块化控制器且包括至少一个应用模块，每个应用模块具有64位RISC浮点运算处理器并具有0.1ms的最小循环周期，负责进行辊缝控制。辊缝控制单元14与其他两个PLC控制器有数据交换，三者协同完成连轧管机系统的控制工作。
[0029]在一【具体实施方式】中，第三PLC为SIMATIC S7-400控制器，所述应用模块为FM458DP。
[0030]其中，FM458DP应用模块145专为西门子S7-400系列PLC中的高动态性能闭环控制和技术应用而设计。它具有以下特点:高性能，高速运算，128MHZ、64位RISC浮点运算处理器，执行周期短，最快的循环周期是0.1ms0 CPU的运行速度与SIMATIC TDC相同，而且在同一个机架上可以安插多个FM458DP应用模块。
[0031]在一【具体实施方式】中，FM458DP应用模块为三个，以分别执行不同的功能，提高系统的“快速性”和“准确性”。
[0032]该FM458DP应用模块配置为:接收预设的轧辊位移给定值和预期轧制压力参数得到辊缝预设值；根据轧制压力信号和轧辊位移信号计算实际的轧制力和辊缝值；并根据所述实际的轧制力和所述辊缝值得到辊缝补偿量；比较所述辊缝实际值和所述辊缝预设值以产生控制信号。并且，伺服阀21接收所述控制信息以调节所述辊缝和/或轧辊的位置。
[0033]因此，与现有技术的TDC控制器的与PLC控制器之间的相通信较复杂，TDC控制器成本较高不同，本实施的连轧管机控制系统中，为第三PLC控制器与第一、第二 PLC控制器相互通讯，用户可以减少对备件的采购，降低生产成本，而且PLC控制器之间进行通讯也更加简便。
[0034]压力传感器22和位移传感器23分别检测液压缸的轧制压力信号和连轧管机的轧辊上的位移信号，并传送至第三PLC。第三PLC对该轧制压力信号进行模拟/数字转换，并经过压力计算得到实际的轧制压力。
[0035]根据本公开的一实施例，该预设的轧辊位移给定值和预期轧制压力参数通过二级管理单元传送至第三PLC。
[0036]二级管理单元，产生上述预设的轧辊位移给定值和预期轧制压力参数，并发送至辊缝控制单元14，以为辊缝控制单元14时隙辊缝调节提供参考数据。同时该二级管理单元接收辊缝控制单元反馈的实际的轧制压力、该实际的带载辊缝值等信息。在一实施例中，该实际的轧制压力、该实际的带载辊缝值可通过数据采集单元传输至二级管理单元，但本公开不以此为限，该实际的轧制压力、该实际的带载辊缝值也可直接传输至二级管理单元。
[0037]数据采集单元，与所述辊缝控制单元通过光纤连接，用于采集辊缝控制单元14中的数据。并将该数据传送至二级管理单元和/或操作站，但本实用新型不以此为限。
[0038]报警和诊断单元3，接收并比较所述实际的轧制力、所述实际辊缝值与所述预设的轧辊位移给定值、所述预期轧制压力参数之间的偏差，产生诊断或报警信息。
[0039]具体地，轧制力设有三级报警，当轧制力达到三级报警力时，系统产生警告信号，辊缝值保持轧制位置；当轧制力达到二级报警力时，会使实际辊缝值打开0.3_，并产生报警信息；当轧制力达到一级报警力时，会使轧辊快速打开，主电机快速停车，产生一级报警信息。
[0040]第三PLC对该偏差进行PI调节，输出的控制量传输给伺服阀21，伺服阀21驱动主缸运动，从而实现轧辊位置的调节。
[0041]人机界面，所述人机界面接收外部指令并将所述外部指令传送至辊缝控制单元14。
[0042]如上所述，根据本公开一些实施方式的连轧管机的辊缝控制系统，至少具有以下优点之一:
[0043]无需对现有工艺进行实质改变，即可完成对连轧管机的辊缝进行控制。因此，工艺简单。
[0044]由于采用PLC控制器代替TDC控制器来进行辊缝控制，而PLC控制器与连轧管机的其他部分的控制器(第一 PLC12和第二 PLC13)相同，用户可以减少对备件的采购，在与其他控制器的通讯上也更加简便。因此，可有效降低成本、系统通信更简便。
[0045]由于本公开的辊缝控制系统中的PLC第三PLC可以采用多个FM485-1DP应用模±夹，因此系统运行速度可以满足生产要求，具有“快速性”的特点。
[0046]以上具体地示出和描述了本公开的性实施方式。应该理解，本公开不限于所公开的实施方式，相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。
【权利要求】
1.一种连轧管机的控制系统，其特征在于，包括: 第一 PLC，配置为对连轧管机的芯棒润滑区、冷却区、芯棒及毛管上下料区进行逻辑控制； 第二 PLC，配置为对限动电机及主传动电机进行控制； 辊缝控制单元，包括第三PLC，所述第三PLC为包括至少一个应用模块，每个应用模块具有64位RISC浮点运算处理器并具有0.1ms的最小循环周期； 二级管理单元，用于管理和控制所述控制系统的参数； 数据采集单元，与所述辊缝控制单元通过光纤连接，用于采集所述辊缝控制单元中的数据； 其中所述第一 PLC、第二 PLC、辊缝控制单元及二级管理单元通过以太网连接。
2.根据权利要求1的控制系统，其特征在于，所述辊缝控制单元还包括伺服阀、设置于所述连轧管机的液压缸的压力传感器和设置于所述连轧管机的轧辊上的位移传感器，所述压力传感器和位移传感器分别检测所述液压缸的轧制压力信号和所述连轧管机的轧辊上的位移信号，并传送至所述第三PLC。
3.根据权利要求2的控制系统，其特征在于，所述至少一个应用模块配置为:接收预设的轧辊位移给定值和预期轧制压力参数得到辊缝预设值；根据轧制压力信号和轧辊位移信号计算实际的轧制力和辊缝值；并根据所述实际的轧制力和所述辊缝值得到辊缝补偿量；比较所述辊缝实际值和所述辊缝预设值以产生控制信号。
4.根据权利要求3的控制系统，其特征在于，所述伺服阀接收所述控制信息以调节所述辊缝和/或轧辊的位置。
5.根据权利要求4的控制系统，其特征在于，所述二级管理单元产生预设的轧辊位移给定值和预期轧制压力参数并传送至所述辊缝控制单元，接收所述辊缝控制单元反馈的实际轧制力和实际辊缝值。
6.根据权利要求1的控制系统，其特征在于，所述第三PLC为SIMATICS7-400控制器，所述应用模块为FM458 DP。
7.根据权利要求6的控制系统，其特征在于，所述FM458DP应用模块为三个。
8.根据权利要求5的控制系统，其特征在于，还包括报警和诊断单元，所述报警和诊断单元接收并比较所述实际的轧制力、所述实际辊缝值与所述预设的轧辊位移给定值、所述预期轧制压力参数之间的偏差，产生诊断或报警信息。
9.根据权利要求8的控制系统，其特征在于还包括人机界面，所述人机界面接收外部指令并将所述外部指令传送至所述辊缝控制单元。
【文档编号】B21B37/78GK204074722SQ201420381393
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】郝志红 申请人:太原重工股份有限公司