一种热连轧薄带钢防甩尾自动控制系统 【技术领域】
本发明属于冶金电气自动化控制技术领域，尤其是一种热连轧薄带钢防甩尾自动控制系统。
背景技术
热轧带钢轧制过程稳定性的高低直接影响到带钢产品的质量，在生产过程中热轧带钢端部的月牙弯缺陷、带钢的跑偏、带钢端部与导板装置的碰撞等造成的带钢运行故障，导致生产过程的中断是产生带钢轧制过程稳定性低的重要原因，其最终现象就是带钢尾部的飞飘，俗称“甩尾”。热连轧机带钢甩尾是一种生产不正常现象，一般多发生于薄规格、硬材质、宽轧件以及硅钢生产中，当生产中出现甩尾现象，尤其是连续出现，造成带钢尾部折压和尾部破碎，给生产上造成的危害很大，折叠破碎的尾部很容易划伤辊面，造成产品的辊印缺陷，这样在轧制中途要换辊；破碎残片如与轧件接触，又往往造成轧件表面刮伤或轧废堆钢；破碎残片带入卷取机内，轻者要影响卷取机的正常工作，重者会损坏卷取机。
通过分析甩尾带钢和轧制该块钢前后正常带钢的PDA(实时数据采集系统)数据发现，发生甩尾带钢在尾部轧制力偏差较正常带钢偏大，特别是精轧F7，并且发现带钢穿带时从精轧F1开始就有跑偏趋势(如图1所示)。当甩尾发生时，每个机架在带钢尾部的轧制力偏差将会明显增加，通常操作人员遇到这种情况大多会调整相应机架的水平，去压轧制力增加的一侧，防止带钢尾部跑偏甩尾。当然由于轧制速度较快，加之机架数量较多，操作人员无法照顾到所有机架。这样就无法按操作人员的想法避免甩尾的发生。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种热连轧薄带钢防甩尾自动控制系统，按照本机架的轧制力偏差变化的情况来自动调整本机架的辊缝水平值，控制带钢尾部跑偏，减少带钢的运行故障，提高带钢轧制过程的稳定性，解决人工手动调整不及时的问题。
本发明的目的是这样实现的，一种热连轧薄带钢防甩尾自动控制系统，其特征在于主要包括信号检测装置、可编程序逻辑控制器PLC、控制执行机构；由轧制力传感器检测的双侧轧制力在PLC中进行比较得到偏差信号，经过信号滤波处理单元处理后，与前机架抛钢时本机架所保持的轧制力偏差值作差，再通过调节启动门槛值的判断单元与动作方向的判断单元进行启动门槛值的判断与动作方向的判断，如果差值达到了门槛值，则动作方向也根据差值的正负被判断出来，并且在满足连锁的情况下，在连锁与保护单元的辊缝水平调整限幅值范围内通过UP或DOWN端子输出辊缝水平调节信号，控制执行机构调节辊缝水平。
本发明根据轧制力偏差变化率的大小确定连锁与保护单元的辊缝水平调整限幅值，辊缝水平调整限幅值包括两部分，一是尾部投入调整时的限幅值为0.1～0.5mm，二是中间投入调整时的限幅值为0.05～0.1mm。
尾部投入功能(TEBH——TAIL END BEELINE HOLD尾部直线保持)，其基本设计为按照本机架的轧制力偏差变化的情况来自动强力调整本机架的辊缝水平值，特点是调整量相对较大(在TEBH尾部投入功能被选择时，通过改变调整范围的限幅值来实现有足够大的调整量)，目的主要是控制甩尾的发生。
中间投入功能，其基本设计为按照本机架的轧制力偏差变化的情况来自动轻微调整本机架的辊缝水平值；另外还根据精轧出口的中心线检测数据来进行辊缝水平控制，特点是调整量相对较小(通过改变调整范围的限幅值来实现有足够小的调整量)，目的主要是控制轧制中心线的稳定性，改善卷取机的塔形问题。
本发明根据带钢尾部在轧机内轧制力偏差地变化趋势，去压轧制力增加的一侧，来自动调整相应机架的辊缝水平值，大大的降低了甩尾的发生率，即使在不发生甩尾的情况下，使用该系统也会大大改善带钢尾部的跑偏量，提高了轧机系统在带钢尾部的适应能力，减少带钢的运行故障，提高带钢轧制过程的稳定性，解决人工手动调整不及时的问题。
【附图说明】
图1为精轧机各个架机在F6/F7发生甩尾时轧制力偏差的变化趋势；
图2为本发明系统硬件部分结构图；
图3为本发明系统程序原理框图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图2、图3所示，本发明可采用独立于原轧机控制系统之外的外挂式设计，仅需从原轧机系统中取用少量的检测信号a，应用先进的PLC控制平台b，方式间接但较可靠，成本适中，安装调试容易、方便，工作可靠，功能易于扩展。
从图2中可以看出PLC控制平台b只取了原轧机系统每架轧机的双侧轧制力信号Fn RF、双侧辊缝信号Fn GAP及精轧机出口的中心线偏差信号FMDEL CL DIF，还有少量的位信号，其中包括尾部直线保持功能投入选择TEBHON、尾部直线保持功能中间投入选择TEBH MID ON、精轧咬钢信号FMM-IN、第N-1机架的咬钢信号Fn-1M-IN、第N机架的咬钢信号Fn M-IN、操作员手动介入信号MAN ON，经过PLC控制平台b的控制且通过PLC控制平台b将轧机的辊缝水平调整指令送到原有的轧钢机压下主控系统c中，来实现对轧机辊缝水平的控制。
图3为本发明系统程序原理框图，包括时序控制单元1、调节启动门槛值的判断单元2、动作方向的判断单元3、轧制力偏差趋势收敛停止调节的判断单元4、抛钢后轧机水平值恢复穿带值的指令单元5、系统的连锁与保护单元6、信号滤波处理单元7。
时序控制单元1的功能是使TEBH功能能够按照一定的逻辑顺序自动投入与断开，当Fn机架的TEBH尾部投入及TEBH中间投入功能被选择时(图3中TEBH ON和TEBH MID ON位信号都为“1”)，根据程序所编制的时序控制单元1的时序，先是在精轧机穿带结束(图3中FM M-IN位信号为“1”，表示精轧所有机架的M-IN位信号全部为“1”)延时后(图3中FM M-IN位信号后面的TD)投入TEBH中间投入功能，TEBH中间投入功能开始调节，按照轧制力偏差变化的情况来自动调整本机架的辊缝水平值；但调整量相对较小，主要是控制轧制中心线的稳定性。当相应机架TEBH尾部投入功能投入时(图3中Fn-1M-IN位信号为“0”经取非后为“1”)，程序自动切换本机架的TEBH功能，使相应机架TEBH尾部投入功能投入，也是按照轧制力偏差变化的情况来自动调整轧机的水平值，调整量相对较大，主要是防止甩尾的发生。直到本机架抛钢时(图3中Fn M-IN位信号为“0”)，功能被程序自动切掉。根据时序控制单元1的时序，操作人员对辊缝进行手动干预时(图3中MAN ON位信号为“1”时)TEBH功能也会被程序自动切掉。
调节启动门槛值的判断单元2的功能是进行调节启动门槛值的判断，由轧制力传感器检测的轧制力在PLC中进行比较得到偏差信号(图3中Fn RFDIF(WS-DS)信号)，经过信号滤波处理单元7处理后，与前机架抛钢时所保持的轧制力偏差值作差，如果差值达到了门槛值，在联锁条件都满足的情况下，通过图3中的UP或DOWN端子输出辊缝水平调节信号。图3中的UP与DOWN端子在调节过程中是为互锁的，防止两端子在调节的过程中同时为“1”。
动作方向的判断单元3的功能是判断TEBH功能应该调节辊缝的方向，根据图3中Fn RF DIF(WS-DS)信号的正负(正为DOWN、负为UP)通过比较器被判断出来。
轧制力偏差趋势收敛停止调节的判断单元4的功能是在固定的单位时间内，利用前一振荡周期的轧制力偏差值(图3中Fn RF DIF(WS-DS)信号)与后一振荡周期的轧制力偏差值(图3中Fn RF DIF(WS-DS)信号)的差来判断轧制力偏差值的趋势。轧制力偏差的变化很小或无变化时(通过单元4中的死区来进行判断)，程序将停止UP或DOWN端子输出辊缝水平调节信号；如果轧制力偏差的变化再次剧烈(通过单元4中的死区来进行判断)，程序将恢复UP或DOWN端子输出辊缝水平调节信号。另外为了保证信号的处理始终为当前周期减上一周期的值，在振荡回路的后面特别加入了极性处理回路(即信号正负号的切换)。
恢复穿带值的指令单元5，其功能是当TEBH尾部投入或TEBH中间投入两种功能被投入的时刻，程序发出指令，要求原有的辊缝控制程序记住此时的辊缝水平值，当本机架抛钢后负责将本机架的辊缝水平值恢复到TEBH尾部投入或TEBH中间投入两种功能被投入时刻的值(由于在TEBH调节过程中，辊缝水平值已经被改变)。当然此功能是由原有的系统程序来完成的，单元5只是给出一个需要保持与恢复的时序(恢复穿带值的指令单元5输出为“1”时保持、输出为“0”时恢复保持值)。此单元的功能目的是为了使抛钢后辊缝的偏差值能够满足下一块钢的穿带要求。
系统的连锁与保护单元6的功能是保护连锁，是根据具体设备的要求来定制的，如辊缝水平调整限幅值(图3系统的连锁与保护单元6中的调整量LIMIT)、系统连锁(包括轧制力偏差的极限值、压头传感器的健康信号、辊缝检测用的磁尺传感器的健康信号等)，如果其中的任何一个条件不满足，系统都将停止辊缝水平调节。
信号滤波处理单元7功能是滤出轧制力与辊缝等一些信号的外部干扰，保证系统能够正确的控制UP或DOWN端子输出辊缝水平调节信号。