一种带加勒特卷取机的盘卷全自动控制方法

技术领域

本发明属于盘卷生产线自动控制领域，具体是一种带加勒特卷取机的盘卷全自动控制方法。

背景技术

近几年随着钢铁市场对盘卷需求的增大，国内陆续新上盘卷生产线。盘卷生产线的重要设备包括螺旋管升降机、加勒特卷取机、卸卷机和盘卷升降机，这些设备控制精准性很大程度上决定盘卷生产线的生产质量、生产节奏和产量。

具体体现在：螺旋管升降机在加勒特卷取机内部，用来把上游轧件送入加勒特卷取机，其开始上升的时间和上升的速度决定了盘卷的直径及圈型，是保证产品质量的关键。加勒特卷取机由可旋转的转筒和可升降的盘卷盘组成，用来收集盘卷；转筒的速度决定了盘卷的圈型，加勒特卷取机卷筒停止定位的精准度及快速性决定了盘卷收集的节奏，也是质量控制的关键点。卸卷机用来取出加勒特卷取机内的盘卷，其位置控制精度要求高。盘卷升降机用来把卸卷机上的盘卷放到托盘上运走。

带加勒特卷取机的盘卷全自动控制在国内还处于中期阶段，与意大利达涅利等外国公司的控制水平相比，还存在一定的差距。如何通过PLC(Programm Logic Control,可编程序控制器)系统合理地控制好盘卷收集的各个阶段，提高螺旋管升降机、加勒特卷取机、卸卷机和盘卷升降机的运行效率，避免生产过程中的“拉钢”、“堆钢”现象，使卷形更加规整及美观，对于提升国内带加勒特卷取机的盘卷自动控制水平，以及提高盘卷生产线的产能和产品质量，都具有重大意义。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提高带加勒特卷取机的盘卷设备的运行稳定性、可靠性和停位精准性，获得理想的生产节奏，提出一种带加勒特卷取机的盘卷全自动控制方法。

具体步骤如下：

步骤一、在生产过程中，螺旋管升降机根据自动动作的逻辑顺序控制，分别计算上升的起始时间和旋转的速度；

螺旋管升降机上升的起始时间P：

P＝(1.2*3.14*Q)/V；

Q为一层盘卷的圈数，Q＝200/D-1；D为产品规格；V为精轧机线的速度。

螺旋管升降机上升的旋转速度计算如下：H＝(D/P)*K

其中：K为安全系数，一般根据经验选值。

步骤二、初始时刻，螺旋管升降机越过盘卷旋转到起始位置等待；

起始位置为0mm高度；

步骤三、当加勒特卷取机处的热金属检测器检测到轧件头部信号时，开始计算盘卷的圈数，螺旋管升降机跟随盘卷形成的速度上升，当达到设定圈数后，螺旋管升降机上升到最高位置；

最高位置设为1000mm高度；

步骤四、螺旋管升降机转到起始位置，等待盘卷卸载；

当盘卷卸载后且加勒特卷取机重新转起来，螺旋管升降机旋转向加勒特卷取机并下降到起始位置，重新开始等待新的盘卷轧件。

PLC的高速计数器模块接收绝对值编码器传来的信号，把读到的码盘圈数转换为实际旋转的角度，然后根据需要转向的设定角度分别进行螺旋管升降机的旋转定位控制，角度偏差在±5°。

步骤五、加勒特卷取机利用旋转的转筒和升降的盘卷盘收集盘卷；

当进入转筒内盘卷的圈数达到设定圈数后，加勒特卷取机呈三角波振荡曲线开始摆动，当螺旋管升降机前的夹送辊处的热金属检测器检测到钢尾就开始计算尾部长度，到剩余HMI设定的尾部长度时加勒特卷取机停止摆动，盘卷全部收集完毕；

当加勒特卷取机前的热检无信号后，加勒特卷取机减速并停到卸卷位等待卸卷；当卸载完成后，转筒内的盘卷盘上升，到接近开关检测到最高位停止送入PLC。

步骤六、卸卷机取出加勒特卷取机内的盘卷，并等待盘卷升降机；

卸卷机到达卸卷位后，由液压比例阀驱动其旋转，旋转角度从装载位到卸载位总共为110°。通过绝对值码盘对旋转进行定位控制，定位精度±0.5°。同时卸卷机还有由气动阀驱动的三个提升臂，间隔为120度；用于对盘卷进行提升。

当卸卷机转到装载位并锁紧提升臂后，卷筒内的盘卷盘上升到高位，此时撑开卸卷机的提升臂抓住盘卷，盘卷盘下降，下降到位后卸卷机转到卸卷位。

步骤七、盘卷升降机把卸卷机上的盘卷自动放到托盘上。

盘卷升降机由两个垂直移动的框架组成，每个框架各带有一个可旋转的收集臂；盘卷升降机的上下运动以及收集臂的旋转均由液压比例阀驱动。

盘卷升降机的具体过程如下：

初始状态为：盘卷升降机的托盘为空，且收集臂处于合拢状态，盘卷升降机位于高位。

当有盘卷的卸卷机转到卸载位后，盘卷升降机上升转到装载位，卸卷机的提升臂缩回，盘卷升降机开始下降到卸载位，盘卷放在托盘上，盘卷升降机带着盘卷下降到低位；

然后，可旋转收集臂打开，打开到位后装有盘卷的托盘缩回；同时插入一个空托盘，在插入空托盘过程中，盘卷升降机同时上升到起始位置；等空托盘插入到位后，收集臂合拢，升降机等待下一个盘卷。

本发明的优点在于：

1)、一种带加勒特卷取机的盘卷全自动控制方法，实现了带加勒特卷取机的盘卷全自动控制，通过合理调配各个重要设备的逻辑动作顺序，提高了盘卷收集的运行效率。

2)、一种带加勒特卷取机的盘卷全自动控制方法，提出了螺旋管升降机的上升时间及速度的控制、加勒特卷取机的摆动速度控制，使产品卷形更加规整美观，提高了盘卷生产产量。

附图说明

图1是本发明带加勒特卷取机的盘卷全自动控制方法流程图；

图2是本发明螺旋管升降机的上升工作图；

图3是本发明加勒特卷取机摆动速度的曲线图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方法进行详细说明。

本发明一种带加勒特卷取机的盘卷全自动控制方法，包括螺旋管升降机的控制、加勒特卷取机的控制、卸卷机的控制及盘卷升降机的控制。

螺旋管升降机的逻辑顺序控制如下：初始当加勒特卷取机处的热金属检测器检测到轧件头部信号，开始计算卷筒的圈数，螺旋管升降机跟随盘卷形成的速度上升，当卷取机筒内的盘卷达到设定圈数后，螺旋管升降机上升到最高位置后旋转到0度位置，等待加勒特卷取机卸卷；当加勒特卷取机再次转起来后螺旋管升降机转向卷取机并降到初始位置等待再次接收轧件；螺旋管升降机的旋转动作由精确的定位程序来控制来完成。

加勒特卷取机自动控制分为逻辑控制和速度控制两部分；逻辑控制如下：初始状态当其前热金属检测器检测到盘卷头部时，开始计算圈数，当进入卷筒内盘卷的圈数到HMI预设的数值后，卷取机就开始摆动；当螺旋管升降机前夹送辊处热金属检测器检测到钢尾就开始计算尾部长度，到剩余HMI设定的尾部长度时卷取机就停止摆动。

当卷取机前热检无信号后，卷取机减速并停到正确的卸卷位置等待卸卷。

当卸卷机转到装载位并锁紧提升臂后，卷筒内的盘卷盘上升到高位，此时撑开卸卷机的提升臂抓住盘卷，盘卷盘下降，下降到位后卸卷机转到卸卷位。

卸卷机转到卸卷位后，盘卷升降机上升到装载位高度，卸卷机把提升臂缩回到内部位置后盘卷升降机开始下降到卸载位，把盘卷放在托盘后下降到底部，然后打开旋转臂，等待换上空托盘，在等待过程中，盘卷升降机上升到初始高度，当空托盘换好后合拢旋转臂，等待下一次动作。

如图1所示，具体步骤如下：

步骤一、生产过程中，螺旋管升降机根据自动动作的逻辑顺序控制，分别计算上升的起始时间和旋转的速度；

螺旋管升降机由液压驱动，实现垂直方向的移动和旋转动作，其上升开始的时间及上升速度如图2所示：

螺旋管升降机上升的起始时间P是：通过一层盘卷的圈数Q算出长度再除以来料轧件的速度得到；具体公式如下：

P＝(1.2*3.14*Q)/V；

Q为一层盘卷的圈数，在HMI上进行设定，可根据时间情况进行调整；Q＝200/D-1。D为表示盘卷的直径，产品规格(mm)；V＝精轧机线速度(m/s)。

螺旋管升降机上升过程中是要控制其速度的，旋转速度H与盘卷的直径、起始时间及安全系数有关，计算如下：

H＝(D/P)*K

其中：K为安全系数，一般根据经验选值；安全系数是为了保证螺旋升降机开始上升后收集盘卷不乱的一个系数，通常设定为1.1，可根据实际情况进行调整，在实际实施工程中的经验数据是1.2。

步骤二、初始时刻，螺旋管升降机越过盘卷旋转到起始位置等待；

螺旋管升降机有两种方向旋转运动：0度到越过盘卷和50度到离线位置。螺旋管升降机通常升降在0-1000mm高度运行，1000-2000mm的高度只是为检修用，升降的高度由一个绝对值编码器接入PLC系统来测量；

自动方式下，螺旋管升降机在旋转到越过盘卷的位置等待，此时螺旋管升降机在起始位置0mm高度。

步骤三、当加勒特卷取机处的热金属检测器检测到轧件头部信号时，开始计算盘卷的圈数，螺旋管升降机跟随盘卷形成的速度上升，当达到设定圈数后，螺旋管升降机上升到最高位置；

当盘卷头部进入卷筒，收集了几圈(该数在HMI(Human Machine Inteface，人机界面)上进行设置)盘卷后，螺旋管升降机就跟随盘卷形成的速度上升到最高位置，最高位置为1000mm高度；

步骤四、螺旋管升降机再次转到起始0度位置，等待加勒特卷取机卸载收集到的盘卷；

当盘卷卸载后且加勒特卷取机重新转起来后，螺旋管升降机转向加勒特卷取机并下降到起始位置，重新开始等待新的盘卷轧件。

PLC的高速计数器模块接收绝对值编码器传来的信号，把读到的码盘圈数转换为实际旋转的角度，然后根据需要转向的设定角度分别进行螺旋管升降机的旋转定位控制，角度偏差在±5°。

步骤五、加勒特卷取机利用旋转的转筒和升降的盘卷盘收集盘卷；

为了获得良好的卷形，加勒特卷取机的卷取速度呈一个三角波振荡曲线。摆动曲线如图3所示，当HMI预设的盘卷头部圈数进入卷筒后，加勒特卷取机就开始摆动，当螺旋管升降机前的夹送辊处的热金属检测器检测到钢尾开始计算尾部长度，到剩余HMI设定的尾部长度时加勒特卷取机停止摆动，盘卷全部收集完毕。当盘卷全部收集完毕后，加勒特卷取机减速运动，最后停到正确的卸卷位置等待卸卷。

图中的在卷取机前端是指在轧件头部进入卷取机后有一段时间内卷取机的速度。图中在振荡开始之前的圈数是在HMI上可调的数，是为了保证头几圈在卷取机卷筒底部放置稳定。

当加勒特卷取机前的热检无信号后，加勒特卷取机减速并停到卸卷位等待卸卷；当卸载完成后，转筒内的盘卷盘上升，到接近开关检测到最高位停止送入PLC。

步骤六、卸卷机取出加勒特卷取机内的盘卷，并等待盘卷升降机；

卸卷机到达卸卷位后，由液压比例阀驱动其旋转，旋转角度从装载位到卸载位总共为110°。通过绝对值码盘对旋转进行定位控制，定位精度±0.5°。同时卸卷机还有由气动阀驱动的三个提升臂，间隔为120度；用于对盘卷进行提升。

当卸卷机转到装载位并锁紧提升臂后，卷筒内的盘卷盘上升到高位，此时撑开卸卷机的提升臂抓住盘卷，盘卷盘下降，下降到位后卸卷机转到卸卷位。

步骤七、盘卷升降机把卸卷机上的盘卷自动放到托盘上。

盘卷升降机由两个各带有一个可旋转收集臂的垂直移动的框架组成，盘卷升降机的上下运动以及收集臂的旋转均由液压比例阀驱动。

盘卷升降机的具体过程如下：

初始状态为：盘卷升降机的托盘为空，且收集臂处于合拢状态，盘卷升降机位于高位。

当有盘卷的卸卷机转到卸载位后，盘卷升降机上升转到装载位，卸卷机的提升臂缩回，盘卷放在托盘上，盘卷升降机带着盘卷下降到低位；

然后，可旋转收集臂打开，打开到位后装有盘卷的托盘缩回；同时插入一个空托盘，在插入空托盘过程中，盘卷升降机同时上升到起始位置；等空托盘插入到位后，收集臂合拢，升降机等待下一个盘卷。

盘卷升降机升降共有4个固定位置：起始/等待位，2100mm；装货位，3600mm；卸货到托盘位，35mm；底部位置，0mm。

本发明当卸卷机停在卸卷位，加勒特卷取机卷筒也停在卸卷位时，卷筒内的盘卷盘上升，到高位后停止。加勒特卷取机卷筒的定位精度要高(±1°)，才能保证卸卷的正常进行，因此卷筒的位置控制很重要。另外，加勒特卷取机的三角波振荡曲线又决定了最终收集盘卷的圈型好坏，因此卷取机的摆动控制同样也很重要。

本发明自动接卷及卸载的过程如下：

初始状态：螺旋管对着一个空运转的加勒特卷取机，卷取机内的托盘位于低位。

轧件头部进入螺旋管后，加勒特卷取机前夹送辊加紧，卷筒转到HMI上设定的圈数后就开始摆动。加勒特卷取机收集到HMI上预设的轧件长度后，卷筒停止摆动。轧件尾部到夹送辊时夹送辊打开；尾部全部进入到卷筒后，螺旋管升降机升到高位并转到零位，同时卷筒定位停到卸载位。

于是，启动卸卷流程。

初始状态：盘卷升降机在2100mm高度(等待位/初始位)，下方有空托盘，卸卷机的提升臂缩回且锁住。

卸卷机转到越过盘卷的位置，卷筒内托盘上升到高位，撑开提升臂抓住盘卷，托盘开始下降，卸卷机转到卸卷位，盘卷升降机转到接卷位；托盘下降到位后，启动加勒特卷取机；当卸卷机到卸卷位且锁紧后，螺旋管转到对着空运转的加勒特卷取机，等待一下周期。

当加勒特卷筒内的托盘开始下降时，盘卷升降机转到接卷位；卸卷机转到卸载位后，盘卷升降机就升到3600mm高度(转载位)，然后卸卷机移动臂缩回到内圈位置，盘卷升降机降到卸货位35mm(卸载位)，把盘卷放到托盘上，接着就降到底部0mm高度(底部位置)，打开旋转臂；当换上新托盘后，升降机上升到初始位置2100mm高度(等待位/初始位)，等待新的盘卷；当新托盘插好后合拢旋转臂。

本发明给出了螺旋管升降机上升的开始时间和上升速度的算法；以及加勒特卷取机摆动速度的曲线图，根据实际运行经验，提出加勒特卷取机摆动前需要有一定数量的盘卷收集在卷取机筒内，以保证收集盘卷的卷形，这个数量是可以在HMI上根据生产实际情况进行调整的。