一种加热炉炉壁防撞保护方法及系统与流程

1.本发明涉及轧钢加热炉自动化控制技术领域，特别涉及一种加热炉炉壁防撞保护方法及系统。


背景技术：

2.热连轧生产过程中，板坯库的板坯通过运输辊道到达加热炉前，推钢机将板坯推入加热炉，加热炉对板坯进行加热达到设定温度后出炉进行轧制。加热炉能否保证安全、正常的运行，保证加热出合格的钢坯，对整个轧线能否安全、持续、顺行的进行生产，都有着至关重要的决定作用。
3.目前，普遍使用的加热炉定位系统，过炉前金属检测器和固定在炉内第二个悬臂辊道电机上的编码器实现定位，定位快速准确，但由于辊道振动大，测量定位走长的编码器易损坏，以及摩擦、钢坯和辊道在运动过程中容易产生相对位移，使得钢坯定位过程存在不恒定误差。若定位误差过大，板坯就会撞击左右侧炉壁，轻则炉壁的耐火材料被撞碎，重则板坯卡死在炉内，无法正常运输到出炉侧，无法出钢，这时就需要停产处理，造成重大事故。
4.已有一些专利文献用激光测距方式实现了板坯的定位。cn103993157a公开了一种安全的加热炉自动装钢定位装置及方法，通过安装激光测距仪实现钢坯的定位，并根据定位调整钢坯进入速度，此方法避免了金属检测器容易误触的问题，但仅控制钢坯进入速度，只设置一个激光测距仪，定位有待优化。cn110296661a公开了一种入炉辊道上钢坯位置检测与定位系统，包括第一激光光栅检测器、第二激光光栅检测器、导轨移动台架及激光测距仪，根据计算钢坯中心位置是否与加热炉的中心线一致，从而实现钢坯炉前定位与位置检测，此方法可避免钢坯对中定位不准造成钢坯磕碰炉内结构的问题，但定位过程辊道会减速会影响生产。


技术实现要素：

5.本发明考虑板坯进炉误差，在加热炉前安装两个激光测距仪，传送激光测距仪资料至自动控制装置，有效确定板坯的运动，随后将板坯推入加热炉，可有效避免板坯与加热炉炉壁的碰撞。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种加热炉炉壁防撞保护方法，所述方法包括，
7.根据第一激光测距仪和第二激光测距仪检测板坯状态；
8.若第一激光测距仪和第二激光测距仪检测不到板坯，推钢机将板坯推入加热炉；
9.若第一激光测距仪或第二激光测距仪检测到板坯，辊道将板坯位移，直至第一激光测距仪和第二激光测距仪检测不到板坯，推钢机将板坯推入加热炉。
10.进一步地，所述若第一激光测距仪或第二激光测距仪检测到板坯，控制辊道将板坯位移，直至第一激光测距仪和第二激光测距仪检测不到板坯包括，
11.当第一激光测距仪检测到板坯，且第二激光测距仪检测不到板坯，控制辊道将板坯向第二激光测距仪位移；
12.当第二激光测距仪检测到板坯，且第一激光测距仪检测不到板坯，控制辊道将板坯向第一激光测距仪位移。
13.进一步地，所述当第一激光测距仪检测到板坯，且第二激光测距仪检测不到板坯，控制辊道将板坯向第二激光测距仪位移包括，
14.获取板坯的中心线超过第一激光测距仪的长度；
15.根据第一激光测距仪和第二激光测距仪的距离、板坯长度和板坯的中心线超过第一激光测距仪的长度，确定板坯向第二激光测距仪位移距离。
16.进一步地，所述当第二激光测距仪检测到板坯，且第一激光测距仪检测不到板坯，控制辊道将板坯向第一激光测距仪位移包括，
17.获取板坯的中心线超过第二激光测距仪的长度；
18.根据第一激光测距仪和第二激光测距仪的距离、板坯长度和板坯的中心线超过第二激光测距仪的长度，确定板坯向第一激光测距仪位移距离。
19.本发明还提供了一种实现上述方法的加热炉炉壁防撞保护系统，所述系统包括加热炉、辊道、推钢机、第一激光测距仪和第二激光测距仪，
20.所述加热炉包括左炉壁、右炉壁、内壁、炉口和炉体，用于加热钢坯；
21.所述辊道设置在加热炉的炉口前，用于传动板坯产生位移；
22.所述推钢机设置在辊道下部，用于将板坯推入炉口；
23.所述第一激光测距仪和第二激光测距仪设置于加热炉的炉口前，用于检测板坯状态。
24.进一步地，所述第一激光测距仪设置于炉口左前端；
25.所述第二激光测距仪设置于炉口右前端；
26.所述第一激光测距仪和第二激光测距仪连线与炉口平行。
27.进一步地，第一激光测距仪距离左炉壁的水平距离和第二激光测距仪距离左炉壁的水平距离根据内壁长度、板坯长度和允许误差确定。
28.进一步地，第一激光测距仪距离左炉壁的水平距离和第二激光测距仪距离右炉壁的水平距离根据内壁长度、板坯长度和允许误差确定，具体为，
29.x＝1/2(b-c)-d，
30.其中，x为第一激光测距仪距离左炉壁的水平距离或第二激光测距仪距离右炉壁的水平距离，b为内壁长度，c为板坯长度，d为允许误差。
31.进一步地，所述系统还包括自动控制装置、网络转接装置和显示装置，
32.自动控制装置分别与辊道、推钢机、第一激光测距仪和第二激光测距仪电连接；
33.显示装置通过网络转接装置和自动控制装置。
34.相对于现有技术，本发明具有以下的有益效果：
35.本发明的激光测距仪定位基本不影响辊道的正常运行，严格根据板坯中心线和激光测距仪中心线对齐的原则，在常规定位后主要定位板坯中心线的位置，可降低激光定位扫描频率。定位满足要求后，plc立即控制推钢机将板坯推入加热炉，设计简单、定位准确、工作效率高，使用本发明的方法能有效防止板坯与加热炉炉壁发生碰撞。
36.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及
附图中所指出的步骤或流程来实现和获得。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1是本发明实施例中的一种加热炉炉壁防撞保护系统的结构示意图；
39.图2是本发明实施例中的一种加热炉炉壁防撞保护方法的逻辑框图；
40.图3是本发明实施例中的定位示意图。
41.附图标记说明，
42.1、左炉壁；2、右炉壁；3、炉口；4、炉体；5、辊道；6、推钢机；7、第一激光测距仪；8、第二激光测距仪；9、自动控制装置；10、网络转接装置；11、显示装置。
具体实施方式
43.下面将结合本发明具体实施例和说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.加热炉在运行一段时间后，设备精度满足不了现场生产的需求，当板坯在进入加热炉前的定位偏差值过大，在进入加热炉时就会撞击炉壁，增加设备维护费用，甚至造成重大设备事故。有必要提升加热炉定位系统的稳定性和有效性。
45.如图1所示，本发明的一个实施例中提供了一种加热炉炉壁防撞保护系统，所述系统包括加热炉、辊道5、推钢机6、第一激光测距仪7、第二激光测距仪8、自动控制装置9、网络转接装置10和显示装置11，加热炉包括左炉壁1、右炉壁2、内壁、炉口3和炉体4，用于加热钢坯；辊道5设置在炉口3前，用于传动板坯产生位移；推钢机6设置在辊道5下部，用于将板坯推入炉口3；第一激光测距仪7和第二激光测距仪8设置于加热炉的炉口3前，用于检测板坯状态。第一激光测距仪7设置于炉口3左前端，第二激光测距仪8设置于炉口3右前端；第一激光测距仪7和第二激光测距仪8连线与炉口3平行。第一激光测距仪7和第二激光测距仪8是沿加热炉中心线对称设置的。自动控制装置9分别与辊道5、推钢机6、第一激光测距仪7和第二激光测距仪8电连接；显示装置11通过网络转接装置10和自动控制装置9连接。
46.在本实施例中第一激光测距仪7距离左炉壁1的水平距离和第二激光测距仪8距离右炉壁2的水平距离根据内壁长度、板坯长度和允许误差确定，具体如下式所示，
47.x＝1/2(b-c)-d，
48.其中，b为内壁长度，c为板坯长度，d为允许误差。
49.本实施例中内壁长度为11.6m，板坯长度为11m。允许误差为50mm，第一激光测距仪7距离左炉壁1的水平距离为(11.6-11)/2-0.05＝0.25m＝250mm，第二激光测距仪8距离右炉壁2的水平距离也为250mm。同时，在本实施例中，第一激光测距仪7和第二激光测距仪8尽量远离炉口3，第一激光测距仪7和第二激光测距仪8连线距离炉口3的距离为5m。
50.本实施例中，自动控制装置9为plc，网络转接装置10为交换机，显示装置11为hmi，plc通过双绞线连接交换机，交换机通过双绞线连接hmi。其中，plc即可编程逻辑控制器，是专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统，plc能够记录和控制辊道5、推钢机6、第一激光测距仪7和第二激光测距仪8工作；hmi为人机界面，是交互和信息交换的媒介，hmi可实时显示辊道5的运行、第一激光测距仪7和第二激光测距仪8的状态，便于操作人员进行监控。
51.如图2所示，本发明的一个实施例中提供了一种加热炉炉壁防撞保护方法，所述方法包括，
52.根据第一激光测距仪7和第二激光测距仪8检测板坯状态；
53.其中，若第一激光测距仪7和第二激光测距仪8检测不到板坯，推钢机6将板坯推入加热炉；
54.若第一激光测距仪7或第二激光测距仪8检测到板坯，辊道5将板坯位移，直至第一激光测距仪7和第二激光测距仪8检测不到板坯，推钢机6将板坯推入加热炉。
55.当第一激光测距仪检测到板坯，且第二激光测距仪检测不到板坯，控制辊道将板坯向第二激光测距仪位移包括，
56.获取板坯的中心线超过第一激光测距仪的长度；
57.根据第一激光测距仪和第二激光测距仪的距离、板坯长度和板坯的中心线超过第一激光测距仪的长度，确定板坯向第二激光测距仪位移距离。
58.相似地，当第二激光测距仪8检测到板坯，且第一激光测距仪7检测不到板坯，控制辊道5将板坯向第一激光测距仪7位移包括，
59.获取板坯的中心线超过第二激光测距仪8的长度；
60.根据第一激光测距仪7和第二激光测距仪8的距离、板坯长度和板坯的中心线超过第二激光测距仪8的长度，确定板坯向第一激光测距仪7位移距离。
61.同时，基于本实施例中辊道5设置在炉口3前，第一激光测距仪7设置于炉口3左前端，第二激光测距仪8设置于炉口3右前端，板坯在辊道5是向炉口3右方运动的，辊道5是从左正向运动，控制辊道5将板坯向第二激光测距仪8位移即是控制辊道5正向运行，控制辊道5将板坯向第一激光测距仪7位移即是控制辊道5反向运行。
62.如图3所示，以第二激光测距仪8检测到板坯，且第一激光测距仪7检测不到板坯时，定位过程如下：
63.s1、确定板坯应该位移的距离
64.板坯被辊道5带动在辊道5上移动。辊道5运行由plc控制，在每个plc扫描周期内，辊道5的速度是不断变化的，直至辊道5停止转动。板坯进入第一激光测距仪7和第二激光测距仪8检测范围定位时，计算获取板坯的移动距离，根据板坯的移动距离、第一激光测距仪7和第二激光测距仪8的距离及板坯长度确定板坯的位移距离。
65.板坯的中心线刚要超出第二激光测距仪8检测范围时，第二激光测距仪8检测范围传递信号至plc，随后，板坯在辊道5上继续移动。板坯的移动距离由辊道5运行距离控制，板坯的中心线超出第二激光测距仪8检测范围后，辊道5经过多个周期后停止，板坯也停止，此时，第二激光测距仪8再次定位。板坯的中心线超过第二激光测距仪8的长度由下式确定，
[0066][0067]
其中，a为板坯超过第二激光测距仪8的移动距离，t0为plc扫描周期，i为plc扫描周期的次数，共有n个，vi为每个plc扫描周期内辊道5的速度。plc可以实时获取板坯超过第二激光测距仪8的移动距离。
[0068]
随后，计算得到板坯应该反向的位移距离，
[0069]
s＝(l0-l)/2+a，
[0070]
其中，s为板坯应该反向的位移距离，a为板坯超过第二激光测距仪8的长度，l0为第一激光测距仪7和第二激光测距仪8的距离，l为板坯长度。
[0071]
s2、计算板坯已经移动的距离
[0072]
步骤s1确定了板坯应该反向移动的距离，随后，plc控制辊道5反向运行，在多个plc扫描周期结束后辊道5停止，plc计算板坯的已经移动的距离s1，
[0073][0074]
其中，t0为plc扫描周期，j为plc扫描周期的次数，vj为每一个plc扫描周期辊道5的速度。
[0075]
板坯剩余移动的位移s0，
[0076]
s0＝s-s1，
[0077]
其中，s为板坯应该反向的位移距离，s1为plc计算板坯的已经移动的距离s1。
[0078]
s3、判断辊道动作后推板坯入炉口
[0079]
判断板坯的剩余位移距离s0和下一个plc扫描周期板坯的移动距离s1的大小，当s0《0时，停止辊道5动作；当s0≥0时，再次执行步骤s1和s2直至s0《0。
[0080]
当s0《0时表明板坯中心线和加热炉中心线基本在一条直线上，第一激光测距仪7和第二激光测距仪8都检测不到板坯，随后推钢机6对板坯进行微调后，将板坯抬离辊道5并到达上极限后将板坯推入炉口3。
[0081]
相似地，本实施例中第一激光测距仪7检测到板坯，且第二激光测距仪8检测不到板坯时，定位过程如下：
[0082]
t1、确定板坯应该位移的距离
[0083]
板坯的中心线刚要超出第一激光测距仪7检测范围时，第一激光测距仪7检测范围传递信号至plc，随后，板坯在辊道5上继续移动。板坯的移动距离由辊道5运行距离控制，板坯的中心线超出第一激光测距仪7检测范围后，辊道5经过多个周期后停止，板坯也停止，此时，第一激光测距仪7再次定位。板坯的中心线超过第一激光测距仪7的长度由下式确定，
[0084][0085]
其中，o为板坯超过第一激光测距仪7的移动距离，t0为plc扫描周期，i为plc扫描周期的次数，共有n个，vi为每个plc扫描周期内辊道5的速度。plc可以实时获取板坯超过第一激光测距仪7的移动距离。
[0086]
随后，计算得到板坯应该正向的位移距离，
[0087]
p＝(l0-l)/2-o，
[0088]
其中，p为板坯应该正向的位移距离，o为板坯超过第一激光测距仪7的长度，l0为第一激光测距仪7和第二激光测距仪8的距离，l为板坯长度。
[0089]
t2、计算板坯已经移动的距离
[0090]
步骤t1确定了板坯应该正向移动的距离，随后，plc控制辊道5正向运行，并在移动后plc计算板坯的已经移动的距离p1，
[0091][0092]
其中，t0为plc扫描周期，j为plc扫描周期的次数，vj为每一个plc扫描周期辊道5的速度。
[0093]
板坯剩余移动的位移p0，
[0094]
p0＝p-p1，
[0095]
其中，p为板坯应该正向的位移距离，p1为plc计算板坯的已经移动的距离。
[0096]
t3、判断辊道5动作后推板坯入炉口3
[0097]
判断板坯的剩余位移距离p0和下一个plc扫描周期板坯的移动距离p1的大小，当p0＜0时，停止辊道5动作；当p0≥0时，再次执行步骤t1和t2直至p0＜0。
[0098]
当p0＜0时表明板坯中心线和加热炉中心线基本在一条直线上，第一激光测距仪7和第二激光测距仪8都检测不到板坯，随后推钢机6对板坯进行微调后，将板坯抬离辊道5并到达上极限后将板坯推入炉口3。
[0099]
本发明在加热炉旁设置两个激光测距仪，基于辊道5的运行，辊道5中的辊有固定的转动周期，每个转动周期内辊的速度可变，在多个转动周期后辊会暂停转动，plc可计算获得到辊的距离并控制激光测距仪将板坯定位。本发明的激光测距仪定位基本不影响辊道5的正常运行，严格根据板坯中心线和激光测距仪中心线对齐的原则，在常规定位后主要定位板坯中心线的位置，可降低激光定位扫描频率。定位满足要求后，辊道5暂停，plc立即控制推钢机6将板坯推入加热炉，本发明设计简单、定位准确、工作效率高，使用本发明的方法能有效防止板坯与加热炉炉壁发生碰撞。
[0100]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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。