本发明涉及一种在棒材连轧生产中消除产品尾部尺寸超差的控制装置及方法，属于棒材连轧设备及方法技术领域。
背景技术：
在棒材连轧生产中，尾部尺寸超差问题非常突出，究其原因主要有二：一是热坯尾部较头部滞后轧制，热量散失时间长致使尾部较头部温度低，轧制时塑性形变变小；二是轧制过程中轧机之间存在张力作用，当尾部脱离轧机后张力消失，塑性形变会发生弹性恢复致使尾部尺寸变大，成品机架上游各架次尾部弹性恢复量叠加使得成品尾部尺寸超差。采用常规的调整辊缝压下量的方法只能在兼顾整根产品尺寸均满足公差要求的基础上，对尺寸超差的棒材尾部进行部分调整，不仅增加了操作难度，而且在很多情况下，该调整方法也无法使得棒材尾部尺寸满足产品精度要求，这是棒材连轧生产中普遍存在的难题。由于超差部分只能作为废材，造成生产成本增加，一旦不慎外销还会引起质量索赔事件。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种棒材连轧消除尾部尺寸超差的控制装置及方法，这种装置和方法可以根据棒材尺寸超差的尾部长度，适时地降低上游机架的速度，以增加机架间的棒材张力，在张力作用下使超差的尾部尺寸达到合格范围。
解决上述技术问题的技术方案是：
一种棒材连轧消除尾部尺寸超差的控制装置，它包括可编程序控制器、金属检测元件、编码器、通讯网络、测径仪，编码器固定在成品轧机的电机主轴尾部，两只金属检测元件安装在成品轧机的后方，测径仪安装在成品轧机的后部，测径仪位于成品轧机与金属检测元件之间，可编程序控制器带有一块高速计数模板和一块具有硬件中断功能的数字输入模板，高速计数模板与固定在成品轧机的电机主轴尾部的编码器相连接，带有硬件中断功能数字输入模板与成品轧机后方的两只金属检测元件相连接，可编程序控制器通过通讯网络与各架次轧机的传动装置相连接。
一种棒材连轧消除尾部尺寸超差的控制装置，两只金属检测元件之间的距离设定为l。
一种使用上述控制装置的棒材连轧消除尾部尺寸超差的控制方法，它采用以下步骤进行：
a.可编程序控制器通过自带的高速计数模板实时的对编码器脉冲进行计数，当棒材经各架次轧机顺序轧制后，对棒材头部经过两个金属检测元件时的计数值之差与两金属检测元件之间距离l进行运算，计算出单个脉冲对应的棒材成品长度△l；
b.当棒材尾部顺序脱离st1～stk～stn轧机时,棒材尾部脱离轧机信号以各轧机电机力矩突降变化沿来判断，可编程序控制器分别记录当时的编码器脉冲计数值n1～nk～nn，测径仪如果检测到距成品尾部长度lt的成品尺寸存在超差，则可以计算出lt对应的脉冲数nt=lt/△l，lt是棒材存在尺寸超差的成品尾部长度值，nt是与尾部超差长度值对应的脉冲数值;
c.若如下等式成立：nn-nt-nk=△n≧0（k＜n-1），且nn-nt-nk+1＜0时，则可以判断出棒材尾部脱离第stk架轧机并经△n个脉冲后，成品尺寸开始出现超差问题，则可编程序控制器自此刻开始通过通讯网络控制传动装置对成品机架的上游单一或多机架开始降速；
d.若k=n-1，即nt≦nn-nn-1，此时因棒材尾部已经脱离stn-1架轧机，则此时再对stn-1架轧机进行速度调节为时已晚，调速时机改为以棒材尾部脱离stn-2架轧机并经过nn-1-nn-2-nt个脉冲开始提前对stn-1架轧机进行调速，但调速方式与k＜n-1所述情况不同；
e.对上游机架速度调整功能自棒材尾部尺寸超差缺陷消失，最迟至棒材尾部脱离被控轧机时结束。
上述棒材连轧消除尾部尺寸超差的控制方法，如果棒材尾部超差幅度不大，则只对stn-1架轧机进行调速；如果棒材尾部超差幅度偏大，为了防止对单一机架大幅度降速形成过大张力对棒材外形的不利影响，如椭圆度，则还可对上游机架stn-2～stk分别进行调速控制。
上述棒材连轧消除尾部尺寸超差的控制方法，确定成品上游轧机转速调整量，将成品尺寸超差部分与标准尺寸对比，得出超差截面积△s，根据连扎生产中各架次轧制金属秒流量相等原则：该超差截面积△s与成品机架速度乘积vn等于被调机架stk的孔型截面积sk与速度调节量△vk的乘积,即：△vk=△s*vn/sk，操作人员可以根据实际调整效果以此为基数对上游机架的调整速度进行适当微调。
上述棒材连轧消除尾部尺寸超差的控制方法，对单一机架stn-1架轧机调速的情况，如果尾部超差尺寸基本一致，则采用同一转速调整量；若尾部各段超差尺寸相差较大，采用同一转速调整量不能满足尺寸精度要求，则应分段采取不同的转速调整量进行控制。
上述棒材连轧消除尾部尺寸超差的控制方法，对单一机架stn-1架轧机调速且nt≦nn-nn-1的情况，当对stn-1架轧机开始调速时，棒材尾部超差的起始位置刚刚咬入stn-1架轧机，此时轧机stn-1至成品机架stn的中间部分是满足尺寸要求的，若此时突然降速，产生的张力增量会对这一部分合格棒材产生不利影响，如尺寸变小，采取由降速幅度0～△vn-1，斜波时间为lt/vn的斜波降速方法应用效果良好。
上述棒材连轧消除尾部尺寸超差的控制方法，对多架轧机参与调速的情况，各被控轧机的降速幅度应将其下游各被控机架为消除的棒材尺寸超差而发挥的作用全部考虑在内。
本发明的有益效果是：
本发明采用可编程序控制器、金属检测元件、编码器、通讯网络、测径仪对棒材尾部尺寸进行监控，可编程序控制器根据棒材尾部尺寸超差的长度适时地对控制成品机架的上游机架降速，降速幅度由自动控制系统根据棒材尾部超差尺寸与标准尺寸对比后自动计算，通过对上游机架的降速来增加机架间的棒材张力，在张力作用下使超差的尾部尺寸达到合格范围。
本发明是棒材连轧技术的首创，易于操作，调节快速，效果显著，通过棒材连轧自动控制系统适时地对成品机架的上游机架降速来增加机架间张力的方法，实现超差的棒材尾部尺寸满足精度要求，解决了目前棒材连轧生产中普遍存在的产品尾部尺寸超差难题，显著地提高了产品成材率，降低了生产成本，提高了企业的经济效益，在行业内有极好地推广使用价值。
附图说明
图1是本发明的消除尾部尺寸超差的控制装置结构示意图。
图中标记如下：stk架轧机1、stn-1架轧机2、stn架轧机3、棒材4、传动装置5、可编程序控制器6、金属检测元件7、编码器8、通讯网络9、测径仪10。
具体实施方式
本发明的棒材连轧消除尾部尺寸超差的控制装置由可编程序控制器6、金属检测元件7、编码器8、通讯网络9、测径仪10组成。
图中显示，编码器固定在成品轧机的电机主轴尾部，用于进行脉冲计数。两只金属检测元件7安装在成品轧机的后方，两只金属检测元件7之间的距离设定为l。测径仪10安装在成品轧机的后部，测距仪10位于成品轧机与金属检测元件7之间，成品轧机为图中的stn架轧机3。
图中显示，可编程序控制器6带有高速计数模板和带有硬件中断功能的数字输入模板。高速计数模板与固定在stn架轧机3（成品轧机）的电机主轴尾部的编码器8相连接，带有硬件中断功能数字输入模板与stn架轧机3（成品轧机）后方的两只金属检测元件7相连接，可编程序控制器6通过通讯网络9与各架次轧机的传动装置5相连接，传动装置5包括变频器、电机、减速箱等部件。
本发明的棒材连轧消除尾部尺寸超差的控制方法采用以下步骤进行：
a.可编程序控制器6通过自带的高速计数模板实时的对编码器8脉冲进行计数，当棒材4经各架次轧机顺序轧制后，对棒材4头部经过两个金属检测元件7时的计数值之差与两金属检测元件7之间距离l进行运算，计算出单个脉冲对应的棒材4成品长度△l；
b.当棒材尾部顺序脱离st1～stk～stn轧机时，以棒材尾部脱离轧机信号以各轧机电机力矩突降变化沿来判断，可编程序控制器6分别记录当时的编码器8脉冲计数值n1～nk～nn，测径仪10如果检测到距成品尾部长度lt的成品尺寸存在超差，则可以计算出lt对应的脉冲数nt=lt/△l，lt是棒材存在尺寸超差的成品尾部长度值，nt是与尾部超差长度值对应的脉冲数值;
c.若如下等式成立：nn-nt-nk=△n≧0（k＜n-1），且nn-nt-nk+1＜0时，则可以判断出棒材尾部脱离stk架轧机并经△n个脉冲后，成品尺寸开始出现超差现象，则可编程序控制器自此刻开始通过通讯网络控制传动装置对成品机架的上游机架开始降速；
d.若k=n-1，即nt≦nn-nn-1，此时因棒材尾部已经脱离stn-1架轧机，则此时再对stn-1架轧机进行速度调节为时已晚，调速时机改为以棒材尾部脱离stn-2架轧机并经过nn-1-nn-2-nt个脉冲开始提前对stn-1架轧机进行调速，但调速方式与k＜n-1所述情况不同；
e.对上游机架速度调整功能自棒材尾部尺寸超差缺陷消失，最迟至棒材尾部脱离被控轧机时结束。
在上述方法的实施过程中，需要选择调速机架，按照以下原则进行：
如果棒材尾部超差幅度不大，则只对stn-1架轧机进行调速；
如果棒材尾部超差幅度偏大，为了防止对单一机架大幅度降速形成过大张力对棒材外形，如椭圆度，的不利影响，则还可对上游stn-2～stk架轧机分别进行调速控制。
在上述方法的实施过程中，需要对调整量进行控制，按照以下原则进行：
将成品尺寸超差部分与标准尺寸对比，得出超差截面积△s，根据连扎生产中各架次轧制金属秒流量相等原则：该超差截面积与成品机架速度乘积vn等于被调机架stk孔型截面积sk（轧槽参数）与速度调节量△vk的乘积,即：△vk=△s*vn/sk，操作人员可以根据实际调整效果以此为基数对上游机架的调整速度进行适当微调。
对单一机架stn-1架轧机调速的情况：如果尾部超差尺寸基本一致，则采用同一转速调整量；若尾部各段超差尺寸相差较大，采用同一转速调整量不能满足尺寸精度要求，则应分段采取不同的转速调整量进行控制。
对单一机架stn-1架轧机调速且nt≦nn-nn-1的情况：当对stn-1架轧机开始调速时，棒材尾部超差的起始位置刚刚咬入stn-1架轧机，此时stn-1架轧机至成品机架stn架轧机之间的在轧部分是满足尺寸要求的，若此时突然降速，产生的张力增量会对这一部分合格棒材产生不利影响（尺寸变小），采取由降速幅度0～△vn-1，斜波时间为lt/vn的斜波降速方法应用效果良好。
对多架轧机参与调速的情况：各被控轧机的降速幅度应将其下游各被控机架为消除的棒材尺寸超差而发挥的作用全部考虑在内。
此外，对于成品机架上游为活套控制的轧线，则无法采用上述直接调节上游机架转速的方式。因为根据连轧生产中所遵循的轧制金属秒流量相等原则，上游机架转速降低会使即时金属秒流量减少，进而使得套高降低，但在活套闭环控制的作用下会提高上游机架的转速，以使套高达到给定值，其结果是速度调节量为零，机架间张力不变，调整失效。
提高带有活套控制的机架间棒材张力可以通过在plc控制程序中修改活套套高反馈值的方法来实现。正常轧制过程中活套处于稳定状态，此时实际套高等于设定套高值（h0=hset），当尺寸超差的棒材尾部经过时，控制系统适时地对活套高度的反馈值添加一正的调整值△h，调整后的反馈值h1会大于给定值hset，在控制器的作用下，控制系统会控制传送系统降低上游机架的转速，活套高度降低使得调整后的套高反馈值重新等于给定值。实践证明：在活套正常工作范围内套高越低，棒材张力越大。上游机架降速的结果是机架间棒材张力增大，棒材尺寸减小。
因为活套之间棒材张力受活套高度、棒材规格大小、轧制温度、套高设定值、活套气源压力等诸多因素有关，无法通过理论计算来精确确定套高反馈量的调节值。实际应用中，可以通过先验方法分棒材规格确定尺寸超差幅度与套高调节值之间的对应关系，在此基础上根据调节效果再对套高反馈量的调节值适当增减。