钢管在线冷却的基础自动化控制系统和控制方法与流程

本发明涉及钢管生产在线热处理技术，尤其涉及一种钢管在线冷却的基础自动化控制系统和控制方法。

背景技术：

对热轧无缝钢管实施一定冷速范围的在线冷却，目的是提高钢管的强韧性，代替离线热处理，简化工序，降低能耗，降低成本。

对于热轧无缝钢管生产工艺，考虑到轧线稳定性及生产顺畅性，为降低金属材料在穿管及轧管变形过程中的变形抗力，目前管坯的加热和成形过程通常要求在较高的温度范围内进行。高温加热及高温变形将导致在钢管生产中难以利用控制轧制手段，即通过奥氏体再结晶与未再结晶区两阶段轧制变形实现细化晶粒的目的，导致奥氏体组织呈显著的粗化趋势。但由于缺乏轧后冷却手段，以往无缝钢管热轧工艺通常是在钢管定径后，采取在冷床上空冷的方式冷却至室温，基本达不到调控显微组织、改善综合力学性能等目的。

目前国内外有部分研究机构及厂家开展了热轧无缝钢管轧后控冷的试验性研究，但目前主要集中在在线常化（加热）工艺和直接在线淬火工艺等方面，工艺较为单一，同时未在产品上大批量应用，仅仅用于少量产品的性能改善等方面。

而对于与钢管生产轧线并行设置的钢管在线冷却生产装置，如何实现钢管基础自动化级的辊道启停、翻管时序以及去除管内残余水等控制，满足多变的冷却工艺流程，目前尚无先例。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种钢管在线冷却的基础自动化控制系统和控制方法。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种钢管在线冷却的基础自动化控制系统，是钢管在线冷却生产装置的基础控制系统，钢管在线冷却生产装置并行设置于钢管生产轧线的定径机后主输送辊道线旁；

所述基础自动化控制系统l1包括翻管机构控制系统、在线冷却辊道控制系统、在线冷却设备控制系统、钢管内滞留水清除装置控制系统；

所述翻管机构控制系统是控制前端翻管机构回转臂运行和后端翻管机构回转臂运行；

所述在线冷却辊道控制系统是控制在线冷却辊道运行，在线冷却辊道分为三段，第一段为高温计t1/2之前的辊道称为冷前辊道，第二段为高温计t1/2和高温计t3/4之间的辊道称为冷却辊道，第三段为高温计t3/4之后的辊道称为冷后辊道；

所述在线冷却设备控制系统包括喷环位置控制系统、喷环流量控制系统、内喷装置控制系统；

所述钢管内滞留水清除装置控制系统包括气吹装置和输送辊道控制装置。

一种钢管在线冷却的基础自动化控制方法，

首先，钢管在线冷却的基础自动化控制系统l1接收钢管在线冷却的过程控制系统l2对其提供的工艺和控制参数的设定值，并且在所述基础自动化控制系统l1执行后将其控制和检测的实际值上传给所述过程控制系统l2，同时，将相关检测装置的检测信号和控制信号上传至所述基础自动化控制系统l1；

其次，所述基础自动化控制系统l1与液压系统和泵站供水系统进行信息交互，液压系统与在线冷却设备的喷环位置控制紧密相关，泵站供水系统与在线冷却设备的喷环水量供给紧密相关；

再次，所述钢管在线冷却的基础自动化控制系统l1与钢管生产轧线过程控制系统和基础自动化系统的信息通讯，以及所述基础自动化控制系统l1与钢管生产轧线冷床基础自动化系统的信息通讯。

当钢管在线冷却的基础自动化控制系统l1接收到钢管在线冷却的过程控制系统l2发送的设定信息后，通过各个系统的相互协调及严密的逻辑控制，实现钢管在线冷却过程的全自动精确控制；各个系统主要包括：钢管在线冷却的基础自动化控制系统l1，供水系统，液压系统；

为检测跟踪钢管的运行位置，实现钢管全长的温度控制精度，在钢管生产轧线主输送辊道和在线冷却辊道上分别设置若干个热金属检测器hmd、冷金属检测器cmd、高温计t；

钢管在线冷却的基础自动化控制系统l1接收到轧线系统信息和在线冷却的过程控制系统l2信息后，钢管被在定径机出口处的热金属检测器hmd1触发后，该热金属检测器hmd1安装于主输送辊道，即表示冷却钢管跟踪开始：

第一步，所述基础自动化控制系统l1根据轧线系统发送的钢管规格，以及有利于钢管进入在线冷却生产装置的最佳位置，确定钢管在主输送辊道停止位置；

第二步，翻管机构动作，所述基础自动化控制系统l1的翻管机构控制系统控制前端翻管机构回转臂将钢管翻转至在线冷却辊道，钢管在冷却辊道的位置是冷前辊道；

第三步，钢管在线冷却设备内控制，首先，所述基础自动化控制系统l1的在线冷却辊道控制系统根据所述过程控制系统l2下达的冷却速度曲线及钢管所处位置，及确定钢管在冷却区前后的速度曲线，确保在线冷却辊道按此速度曲线平稳、精准运行；其次，所述基础自动化控制系统l1的在线冷却设备控制系统根据泵站下达的冷却总水量、压力，以及所述过程控制系统l2下达的喷环组数、位置、各个喷环的流量，通过plc各个控制模块，实现位置、流量的精准控制；同时，根据钢管规格及钢管位置实现钢管的内喷控制；

第四步，当钢管尾部离开冷却区域后，在钢管在线冷却设备后布置有一定落差的斜坡辊道，并在所述基础自动化控制系统l1的钢管内滞留水清除装置控制系统的控制下，通过加速急停和尾部气吹，清除钢管内部滞留的残余冷却水；

第五步，所述基础自动化控制系统l1按照钢管生产轧线冷床基础自动化系统下达的钢管停止位置，将钢管停止到位后，后端翻管机构动作，所述基础自动化控制系统l1的翻管机构控制系统控制后端翻管机构回转臂将钢管翻转至轧线主辊道；

第六步，将该钢管进行实际冷却效果喷号；

第七步，所述基础自动化控制系统l1将所有收集的实际数据上传给所述过程控制系统l2。

在钢管跟踪区间，为保证钢管位置准确，跟踪区间利用热金属检测器hmd、冷金属检测器cmd、高温计t所在位置作为修正点位，在钢管行进过程中将金属检测器及高温计触发时所对应的位置赋值给钢管每段跟踪的头部及尾部位置，并对其进行判断。

本发明钢管在线冷却的基础自动化控制系统接收到钢管在线冷却的过程控制计算机发送的设定信息后，通过各个系统的相互协调及严密的逻辑控制，实现钢管在线冷却过程的全自动精确控制。各个系统主要包括：钢管在线冷却生产装置的基础控制系统，供水系统，液压系统。该钢管在线冷却生产装置与钢管原轧线系统并行，钢管在线冷却生产装置可调温降范围大，可进行控制冷却的钢管的壁厚规格大，自动控制精度高，冷却后管形良好，不仅可用于实现钢管在线冷却多变的工艺要求，而且甚至可实现钢管的离线淬火工艺要求，确保生产稳定与顺行。

附图说明

图1为钢管在线冷却基础自动化控制系统与其相关系统的信息通讯示意图；

图2为钢管在线冷却生产装置布置示意图；

图3为钢管内滞留冷却水清除装置示意图。

图中：hmd热金属检测器、cmd冷金属检测器、hbd弯曲测量仪，t高温计。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

一种钢管在线冷却的基础自动化控制系统（简称l1），是钢管在线冷却生产装置的基础控制系统，钢管在线冷却生产装置并行设置于钢管生产轧线的定径机后主输送辊道线旁。在线冷却生产装置包括前端翻管机构和后端翻管机构、一条在线冷却辊道、在线冷却设备。所述基础自动化控制系统l1包括翻管机构控制系统、在线冷却辊道控制系统、在线冷却设备控制系统、钢管内滞留水清除装置控制系统。

所述翻管机构控制系统是控制前端翻管机构回转臂运行和后端翻管机构回转臂运行。

所述在线冷却辊道控制系统是控制在线冷却辊道运行，在线冷却辊道分为三段，第一段为高温计t1/2之前的辊道称为冷前辊道，第二段为高温计t1/2和高温计t3/4之间的辊道称为冷却辊道，第三段为高温计t3/4之后的辊道称为冷后辊道。

所述在线冷却设备控制系统包括喷环位置控制系统、喷环流量控制系统、内喷装置控制系统。

所述钢管内滞留水清除装置控制系统包括气吹装置和输送辊道控制装置。

为了实现钢管在线冷却的工艺要求，即确保钢管在线冷却的过程控制系统（简称l2）下达的各个工艺和控制要求设定值在目标精度要求上，钢管在线冷却的基础自动化控制系统l1在实现钢管轧线上在线冷却设备前后其它工序的信息互通基础上，完成钢管在线冷却过程在整个生产过程的稳定顺行。

一种钢管在线冷却的基础自动化控制方法，钢管在线冷却的基础自动化控制系统l1与其相关系统的信息通讯，参见图1，

首先，钢管在线冷却的基础自动化控制系统l1接收钢管在线冷却的过程控制系统l2（即图1框中的钢管在线冷却模型控制计算机）对其提供的工艺和控制参数的设定值，并且在所述基础自动化控制系统l1执行后将其控制和检测的实际值上传给所述过程控制系统l2（如图1①），同时，将钢管在线冷却生产装置的相关检测装置的检测信号和控制信号上传至所述基础自动化控制系统l1（如图1②）。

其次，所述基础自动化控制系统l1与液压系统和泵站供水系统进行信息交互（如图1③和④），液压系统与在线冷却设备的喷环位置控制紧密相关，泵站供水系统与在线冷却设备的喷环水量供给紧密相关。

再次，所述钢管在线冷却的基础自动化控制系统l1与钢管生产轧线过程控制系统和基础自动化系统的信息通讯（如图1⑤⑥），以及所述基础自动化控制系统l1与钢管生产轧线冷床基础自动化系统的信息通讯（如图1⑦），以保证新增的钢管在线冷却生产装置不影响原钢管轧制生产节奏，了解前后工序生产过程的实际情况，掌握轧线状态，以免因为信息错误造成钢管轧制产线的控制失灵。

所述基础自动化控制系统l1在确保上述信息通信的前提下，通过信息协调和严密的逻辑控制实现钢管冷却工艺路径控制，及钢管周向和轴向的温度控制的精度，并不影响原轧线系统生产节奏。

当钢管在线冷却的基础自动化控制系统l1接收到钢管在线冷却的过程控制系统l2发送的设定信息后，通过各个系统的相互协调及严密的逻辑控制，实现钢管在线冷却过程的全自动精确控制；各个系统主要包括：钢管在线冷却的基础自动化控制系统l1，供水系统，液压系统。

为检测跟踪钢管的运行位置，实现钢管全长的温度控制精度，在钢管生产轧线主输送辊道和在线冷却辊道上分别设置若干个热金属检测器hmd、冷金属检测器cmd、弯曲测量仪hbd、高温计t。

参见图2，在线冷却设备所在的辊道为在线冷却辊道，将在线冷却辊道分为三段，第一段为高温计t1/2之前的辊道称为冷前辊道，第二段为高温计t1/2和高温计t3/4之间的辊道称为冷却辊道，第三段为高温计t3/4之后的辊道称为冷后辊道。

钢管在线冷却的基础自动化控制系统l1接收到轧线系统信息和在线冷却的过程控制系统l2信息后，钢管被在定径机出口处的热金属检测器hmd1触发后，该热金属检测器hmd1安装于主输送辊道，即表示冷却钢管跟踪开始：参见图2，

第一步，所述基础自动化控制系统l1根据轧线系统发送的钢管规格，以及有利于钢管进入在线冷却生产装置的最佳位置，确定钢管在主输送辊道停止位置。

第二步，翻管机构动作，所述基础自动化控制系统l1的翻管机构控制系统控制前端翻管机构回转臂将钢管翻转至在线冷却辊道，钢管在冷却辊道的位置是冷前辊道。为了加快翻管时间，对前端翻管机构回转臂零位进行了优化设置，即零位不再固定在垂直位置，而是设置在辊道下侧一定角度，从而加快钢管的托举时间，缩短翻钢时间，加快在线冷却生产节奏。

第三步，钢管在线冷却设备内控制。首先，所述基础自动化控制系统l1的在线冷却辊道控制系统根据所述过程控制系统l2下达的冷却速度曲线及钢管所处位置，及确定钢管在冷却区前后的速度曲线，确保在线冷却辊道按此速度曲线平稳、精准运行；其次，所述基础自动化控制系统l1的在线冷却设备控制系统根据泵站下达的冷却总水量、压力，以及所述过程控制系统l2下达的喷环组数、位置、各个喷环的流量，通过plc各个控制模块，实现位置、流量的精准控制；同时，根据钢管规格及钢管位置实现钢管的内喷控制。

第四步，当钢管尾部离开冷却区域后，在钢管在线冷却设备1后布置有一定落差的斜坡辊道6，参见图3，并在所述基础自动化控制系统l1的钢管内滞留水清除装置控制系统的控制下，通过控制辊道从而控制钢管加速、高速急停的方法，以及钢管尾部的气吹装置3向钢管吹气，可以有效清除钢管4内部滞留的残余冷却水，消除导致钢管冷却不均匀的不利因素，也避免钢管输送过程中的钢管内不断排水造成相关电气设备故障，图3中，2为金属检测装置（金属检测器），5为辊道垫片。

第五步，所述基础自动化控制系统l1按照钢管生产轧线冷床基础自动化系统下达的钢管停止位置，将钢管停止到位后，后端翻管机构动作，所述基础自动化控制系统l1的翻管机构控制系统控制后端翻管机构回转臂将钢管翻转至轧线主辊道。后端翻管机构动作同第二步。

第六步，将该钢管进行实际冷却效果喷号；

第七步，所述基础自动化控制系统l1将所有收集的实际数据上传给所述过程控制系统l2。

至此，一根钢管在线冷却控制结束。

在钢管跟踪区间，为保证钢管位置准确，跟踪区间利用热金属检测器hmd、冷金属检测器cmd、高温计t所在位置作为修正点位，在钢管行进过程中将金属检测器及高温计触发时所对应的位置赋值给钢管每段跟踪的头部及尾部位置，并对其进行判断。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。