CN106311775A - 一种适用于辊盘式冷床的独立分区控制方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于辊盘式冷床的独立分区控制方法，属控制领域。所述冷床为辊盘式冷床；其将整个冷床工作区域分解为数个分区，对冷床进行分区检测，由PLC程序根据来料钢板的宽度，计算每个独立区域上可容纳的钢板数，并结合冷床目标区域的布料情况以及钢板需要的冷却温度设定模型，自动选择该区域的运行模式，以提高冷床的利用率。通过该装置同时对热处理过程中的不同冷却模型钢板进行分类冷却处理，可有效避免常规冷床整体控制造成的利用率低下，减少钢板上、下冷床的等待时间；使不同规格的钢板在冷床上遵循各自冷却温控模型功能得以实现，大大增强冷床的利用率及控制灵活性。可广泛用于热处理线大规模连续生产过程中的冷床降温控制领域。

Description

一种适用于辊盘式冷床的独立分区控制方法

技术领域

本发明属于控制领域，尤其涉及一种用于热处理线大规模连续生产过程中的冷床降温控制方法。

背景技术

在申请人所辖厚板厂热处理线的生产过程中，经热处理炉加热或经淬火后的钢板在冷床上进行自然冷却，待温度满足要求后再进入收集或搬运处理。

冷床作为热处理炉出口设备，与热处理炉及其入口设备组成一条独立的热处理生产线，后工序的矫直等工艺则归属于另一条独立的生产线，因此钢板在冷床上的自然冷却(空气冷却)时间和收集温度并无严格工艺要求。

该冷床为步进控制模式，由液压驱动步进梁缓慢单一步进前进，从而将冷床上的钢板运输向前(见图1、图2中所示)。

这种自动控制模式的特点是：

1、运输方向单一：在冷床上的钢板通过步进梁的周期运动，只能自动进行前进运输；

2、控制方式简单：受机械结构限制，冷床必须作为整体而无法分区运行，即当步进梁前进时，冷床上的所有钢板同时进行前进传输；

3、冷却温度无法受控：钢板进入、运出冷床时L1自动控制系统(在申请人企业，习惯上称用于基础自动化控制的1级PLC为L1，用于过程管理的2级PLC为L2，下同)使用传统的“先进先出”队列模式，是否达到要求的冷却温度全由操作人员确认，无自动过程计算机控制，更无法实现温度控制模型。

由于热轧2050热处理线的冷床为在线设备，连接热处理炉与冷矫直机，钢板在冷床上的运输时间受控于冷却温控模型。此外，由于热处理线工艺繁多，对于每种规格钢板的热处理工艺各有不同，因而对其的降温要求也有所不同。传统单一的队列式冷床控制无法满足实际工艺需求。

在授权公告日为2013年08月21日，授权公告号为CN203140457U的中国实用新型专利中，公开了“一种多段冷床主从控制系统”，其包括冷床本体、上位机、可编程序控制器、冷床主从步进跨装置、冷床本体主从步进跨位置检测装置、主从传动电机、主从减速机装置、主从传动控制装置，上位机连接可编程序控制器I/O模块，主传动控制装置通过主传动通讯电缆依次连接主传动电机、主传动减速装置、冷床主步进跨装置、冷床本体主进跨位置检测装置，冷床本体主进跨位置检测装置通过主传动信号线连接可编程序控制器，从传动控制装置通过从传动通讯电缆依次连接从传动电机、从传动减速装置、冷床从步进跨装置、冷床本体从进跨位置检测装置，冷床本体从进跨位置检测装置通过从传动信号线路连接可编程序控制器。该技术方案主要适用于实现冷床多段的主从同步控制。

在公开日为2014年01月29日，公开号为CN103537492A的中国发明专利申请中，公开了“一种用于多段冷床的同步控制方法”，该技术在可编程控制器中安装角同步模块(1)，角同步模块(1)从传动装置中读取实际转速值，计算出冷床段偏心轮旋转的实际角度α1及αn，α1为主段冷床的实际旋转角度，αn为辅段冷床的实际旋转角度；各辅段的实际角度αn均与主段的实际角度α1比较，如果差值Δα<＝1％,则认为角度同步；若差值Δα>1％，则将差值通过PI调节器输出转换成速度附加给定Nadd叠加到自身传动装置速度调节器的输入端，参与速度闭环调解；所述的多段冷床指机械上断开的两段以上的冷床设备；首先将多段冷床定义成n段，n为≥2的整数，将n段冷床中的第一段冷床定义为主段冷床，其余的冷床段为辅段冷床；PLC将工艺设定的转速Nset传送到每段冷床传动装置的速度调节器的输入端，作为每个传动装置的主速度给定；主段冷床按常用的速度闭环系统控制，辅段冷床通过PLC中的角同步模块(1)计算出速度Nadd，Nadd传送到自身传动装置速度调节器的附加给定的输入端，作为自身段的附加速度给定，与主速度叠加，共同完成本段冷床的速度调节。该技术方案主要涉及到多段非机械同轴冷床在多步连续运行模式下的同步控制。

在实际应用中，尚未见到在热轧热处理加热工艺后，适用于单一区域独立控制，可同时满足实现不同钢板的温降需求的冷床降温控制方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于辊盘式冷床的独立分区控制方法，其采用对整个冷床工作区域分解为若干个独立分区的控制方式，根据来料的不同要求实现设定的温控模型，并具备独立前进、摆动等功能，适用于辊盘式机械结构的电机驱动冷床，同时满足实现不同钢板的温降需求的冷床降温控制模式，是一种能够大大增强冷床的利用率及控制灵活性的控制方法。

本发明的技术方案是：提供一种适用于辊盘式冷床的独立分区控制方法，包括冷床和用于控制冷床运行的PLC，其特征是：

所述的冷床为辊盘式冷床；

所述的辊盘式冷床包括数根传动轴、交错布置在每根传动轴上的多个辊盘、位于传动轴一端的齿轮电机、速度编码器及数组光电传感器；

其中，对于每一根传动轴，所述的辊盘套装在传动轴上并由托辊进行支撑，所述的齿轮电机带动辊盘传动轴转动，所述的辊盘在托辊上随传动轴一起转动；

设置在齿轮电机上的速度编码器以及设置在两根根传动轴之间的光电传感器，分别实现对辊盘速度及钢板实际位置的检测和控制；

所述的辊盘式冷床通过PLC自动化逻辑控制驱动传动轴带动辊盘运转，完成待冷钢板在冷床区域的运输及定位动作；

所述的独立分区控制方法，将整个冷床工作区域分解为数个分区，采用光电传感器对冷床进行分区检测，由PLC程序根据来料钢板的宽度，计算每个独立区域上可容纳的钢板数，并结合冷床目标区域的布料情况以及钢板需要的冷却温度设定模型，自动选择该区域的运行模式，以提高冷床的利用率；

所述的独立分区控制方法，将冷床划分为若干个小型冷却区域，每个小型冷却区域各自具备驱动待冷钢板前进、后退、停止以及摆动的运行操作功能；

所述的独立分区控制方法，对于每一块钢板以出炉时间为起始时刻点；以出炉钢板温度为起始温度进行周期计算，每分钟计算一次钢板温度，通过PLC的控制画面，可直观显示冷床钢板温度，当钢板运行到冷床本体出口时，可以获取此时钢板实际测量温度，为钢板是否需要下料提供参考；

所述的独立分区控制方法，采用独立分区控制的模式，消除了钢板上、下冷床时对冷床本体运行的影响，也使不同规格的钢板在冷床上遵循各自冷却温控模型功能得以实现，大大增强冷床的利用率及控制灵活性。

具体的，所述的运行模式包括前进、摆动、停止或摆动。

具体的，所述的独立分区控制方法，将整个冷床工作区域分解为数个分区，按照下列控制方法对每个分区中的设备和待冷钢板进行运行控制：

1)根据当前钢板的规格信息，第一区辊盘前进运行，利用光电传感器检测钢板前沿是否进入第一区，利用齿轮电机上的速度传感器检测并由PLC计算钢板在第一区上的实际位置，将钢板准确定位在第一区后沿位置；

2)PLC接收到后一块钢板规格信息，判定是否与当前钢板规格相同：若为不同规格，无法采用相同冷却温控模型，第一区进入下一步流程；若为相同规格，可采用相同冷却温控模型进行冷却，PLC需计算当前钢板对于第一区空间占用率来判定是否能够容纳后一块钢板，若空间足够，第一区等待后一块钢板进入，并返回前一步作循环判断；若空间不足，第一区进入下一步流程；

3)当第一区完成独立区域上料流程后，需要将本区域内的钢板运输至第二区，则先判断第二区是否为空；若第二区空置，则第一区辊盘前进运行，将所有钢板运送至第二区后，当光电传感器检测到钢板完全离开第一区时，PLC将第一区标记为空，等待下一运转周期；若第二区非空，PLC需判断当前钢板的冷却时间是否到达温控系统的设定，若已达到降温设定，该区辊盘停止等待第二区钢板清空；若尚未达到降温设定，则该区启动摆动模式，当完成一次区域摆动流程后，再次判断第二区是否为空，并根据判断结果进行后续控制；

4)当第二区完成独立区域上料流程后，需要将本区域内的钢板运输至第三区，则先判断第三区是否为空；若第三区空置，则第二区辊盘前进运行，将所有钢板运送至第三区后，当光电传感器检测到钢板完全离开第二区时，PLC将第二区标记为空，等待下一运转周期；若第三区非空，PLC需判断当前钢板的冷却时间是否到达温控系统的设定，若已达到降温设定，该区辊盘停止等待第三区钢板清空；若尚未达到降温设定，则该区启动摆动模式，当完成一次区域摆动流程后，再次判断第三区是否为空，并根据判断结果进行后续控制；

5)当第三区完成独立区域上料流程后，需要将本区域内的钢板运输至下料区，则PLC先判断下料区是否为空，若下料区空置，则第三区辊盘前进运行，将所有钢板运送至下料区后，当光电传感器检测到钢板完全离开第三区时，PLC将第三区标记为空，等待下一运转周期；若下料区非空，PLC需判断当前钢板的冷却时间是否到达温控系统的设定，若已达到降温设定，该区辊盘停止等待下料区钢板清空；若尚未达到降温设定，则该区启动摆动模式，当完成一次区域摆动流程后，再次判断下料区是否为空，并根据判断结果进行后续控制；

当所述的待冷钢板完全离开第三区时，钢板在冷床上的整个运行控制过程结束。

进一步的，所述的由数个光电传感器组成的线型检测区域，结合速度传感器对钢板前进运行方向的检测，可快速确认钢板是否进入第一区、第二区及第三区；而由数个光电传感器组成的线型检测区域，结合速度传感器对钢板前进运行方向的检测，也可快速确认钢板是否离开第一区、第二区及第三区。

进一步的，所述的适用于辊盘式冷床的独立分区控制方法，能够同时实现以若干个冷却区组成的冷床独立控制；根据钢板来料宽度的不同，每个冷却区可容纳若干块规格相同的钢板；钢板进入或运出各冷却区域由光电传感器检测信号进行物料跟踪。

进一步的，所述的适用于辊盘式冷床的独立分区控制方法，根据实测温度与计算温度偏差，得到当前钢板的钢板温控模型变化计算公式，所述的钢板温控模型变化计算公式可以用于修正同一钢种规格后续钢板的温降计算；

所述的钢板温控模型变化计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}TAC=Tmk-Tmsk\\ Em=\&lsqb;b_1\&times;(r-1)+b_2\&rsqb;\&times;(1/r)\\ r=\frac{H_0}{H}\\ {\left(}^{\frac{1000}{Tmk}}-{\left(}^{\frac{1000}{Tmsk}}=10\&times;t\&times;\&lsqb;\frac{1}{H}\&times;(a_{1}Em+a_2\mathrm{\&alpha;}conv)+a_3+\frac{a_4}{{10}^4}\&times;H\&rsqb;\end{array}\right.$

其中，ΔTAC为空冷的温度变化；

Tmk为t秒以后的钢板平均温度；

Tmsk为钢板冷却开始温度；

T为空冷时间；

H为板厚；

Em为辐射率；

Αconv为热传导率；

H₀为钢板的板厚。

进一步的，所述的适用于辊盘式冷床的独立分区控制方法，通过该装置同时对热处理过程中的不同冷却模型钢板进行分类冷却处理，可有效避免常规冷床整体控制造成的利用率低下，减少钢板上、下冷床的等待时间。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.采用电机驱动辊盘式结构设计，设备小巧且通风性能好，特别适用于薄规格钢板的冷却；

2.采用独立分区控制，消除了钢板上、下冷床时对冷床本体运行的影响，也使不同规格的钢板在冷床上遵循各自冷却温控模型功能得以实现，大大增强冷床的利用率及控制灵活性。

附图说明

图1为传统步进式冷床的布置结构示意图；

图2为传统步进式冷床的控制流程示意图；

图3为本发明的工艺及控制要求流程图；

图4(a)～(c)为本发明技术方案的机械结构示意图；

图5为本发明技术方案的逻辑控制流程方框图。

图6为发明技术方案的独立分区控制冷床控制示意图。

图中，1为辊盘，2为传动轴，3为托辊，4为齿轮电机，5为速度编码器，6为光电传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

在热轧厂热处理线，经热处理炉加热后的钢板需要在冷床上冷却到一定温度后方能进行下一工序的处理。由于传统的冷床控制方式为归一化的“同进同停”模式，对不同规格钢板的温控模型几乎无法实现。此外，由于冷床运行动作统一，一旦有钢板需要进入或运出时，整个冷床均需等待这一过程完成后方能进行下一步控制，对于冷床空间利用率存在较大浪费。

针对上述问题，本方案设计一种适用于辊盘式冷床的独立分区控制方法。该方法采用光电传感器对冷床进行分区检测，由PLC程序根据来料钢板的宽度，计算每个独立区域上可容纳的钢板数，并结合冷床目标区域的布料情况以及钢板需要的冷却温度设定模型，自动选择该区域运行模式：前进、摆动或停止，同时满足实现不同钢板的温降需求的冷床降温控制方法，大大增强冷床的利用率及控制灵活性的控制方法。

本技术方案的主要工艺及控制要求流程如图3所示。

图4(a)～(c)中，本技术方案的冷床本体主要由交错布置的辊盘组成。装置主要由若干辊盘1、传动轴2、托辊3、齿轮电机4、速度编码器5以及光电传感器组成。辊盘1套装在传动轴2上并由托辊3进行支撑。齿轮电机4带动辊盘传动轴2转动，辊盘1在托辊3上随传动轴2一起转动。速度编码器6及激光测距仪分别实现对辊盘速度及钢板实际位置的检测和控制。通过自动化逻辑控制驱动传动轴带动辊盘运转，完成冷床运输及定位动作。

本技术方案的控制方式能够同时实现以若干个冷却区组成的冷床独立控制；根据钢板来料宽度的不同，每个冷却区可容纳若干块规格相同的钢板；钢板进入或运出各冷却区域由光电传感器检测信号进行物料跟踪。

①控制流程

本控制方法将冷床划分为若干个小型冷却区域，各自具备前进、后退、停止以及摆动的功能。以将冷床分为三个冷却区域(简称第一区、第二区和第三区)为例，所述的控制流程为：

a)根据当前钢板的规格信息，第一区辊盘前进运行，利用光电传感器检测钢板前沿是否进入第一区，利用齿轮电机上的速度传感器检测并由PLC计算钢板在第一区上的实际位置，将钢板准确定位在第一区后沿(100mm-400mm)位置。

b)接收到后一块钢板规格信息，判定是否与当前钢板规格相同：若为不同规格，无法采用相同冷却温控模型，第一区进入下一步流程。若为相同规格，可采用相同冷却温控模型进行冷却，PLC需计算当前钢板对于第一区空间占用率来判定是否能够容纳后一块钢板，若空间足够，第一区等待后一块钢板进入，并返回前一步作循环判断；若空间不足，第一区进入下一步流程。

c)当第一区完成独立区域上料流程后，需要将本区域内的钢板运输至第二区，则先判断第二区是否为空。若第二区空置，则第一区辊盘前进运行，将所有钢板运送至第二区后，当光电传感器检测到钢板完全离开第一区时，PLC将第一区标记为空，等待下一运转周期。若第二区非空，PLC需判断当前钢板的冷却时间是否到达温控系统的设定，若已达到降温设定，该区辊盘停止等待第二区钢板清空；若尚未达到降温设定，则该区启动摆动模式，当完成一次区域摆动流程后，再次判断第二区是否为空，并根据判断结果进行后续控制。

d)当第二区完成独立区域上料流程后，需要将本区域内的钢板运输至第三区，则先判断第三区是否为空。若第三区空置，则第二区辊盘前进运行，将所有钢板运送至第三区后，当光电传感器检测到钢板完全离开第二区时，PLC将第二区标记为空，等待下一运转周期。若第三区非空，PLC需判断当前钢板的冷却时间是否到达温控系统的设定，若已达到降温设定，该区辊盘停止等待第三区钢板清空；若尚未达到降温设定，则该区启动摆动模式，当完成一次区域摆动流程后，再次判断第三区是否为空，并根据判断结果进行后续控制。

e)当第三区完成独立区域上料流程后，需要将本区域内的钢板运输至下料区，则先判断下料区是否为空。若下料区空置，则第三区辊盘前进运行，将所有钢板运送至下料区后，当光电传感器检测到钢板完全离开第三区时，PLC将第三区标记为空，等待下一运转周期。若下料区非空，PLC需判断当前钢板的冷却时间是否到达温控系统的设定，若已达到降温设定，该区辊盘停止等待下料区钢板清空；若尚未达到降温设定，则该区启动摆动模式，当完成一次区域摆动流程后，再次判断下料区是否为空，并根据判断结果进行后续控制。

当钢板完全离开第三区时，钢板在冷床上的整个控制过程结束。

上述自动控制流程如图5中所示。

②信号检测：

在图6中，以三个冷却区域为例，由光电传感器LS01-LS02-LS03、LS11-LS12-LS13及LS21-LS22-LS23组成的线型检测区域，结合速度传感器PG01、PG02及PG03前进运行方向的检测，可快速确认钢板是否进入第一区、第二区及第三区；而LS11-LS12-LS13、LS21-LS22-LS23以及LS31-LS32-LS33组成的线型检测区域，结合速度传感器PG01、PG02及PG03前进运行方向的检测，也可快速确认钢板是否离开第一区、第二区及第三区。

由光电传感器LS01-LS02-LS03、LS11-LS12-LS13及LS21-LS22-LS23组成的线型检测区域，结合速度传感器PG01、PG02及PG03后退运行方向的检测，可快速确认钢板是否离开第一区、第二区及第三区；而LS11-LS12-LS13、LS21-LS22-LS23以及LS31-LS32-LS33组成的线型检测区域，结合速度传感器PG01、PG02及PG03前进运行方向的检测，也可快速确认钢板是否进入第一区、第二区及第三区。

(3)过程控制原理

根据工艺要求，出炉后的钢板需在冷床上冷却到一定温度时才能下料，因此对于每一块钢板以出炉时间为起始时刻点；以出炉钢板温度为起始温度进行周期计算，每分钟计算一次钢板温度，通过画面，可直观显示冷床钢板温度，当钢板运行到冷床本体出口时，可以获取此时钢板实际测量温度，为钢板是否需要下料提供参考。PLC根据实测温度与计算温度偏差，得到当前钢板的钢板温控模型，所述的钢板温控模型可以修正同一钢种规格后续钢板的温降计算。

所述的钢板温控模型(亦称空冷模型)变化计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}TAC=Tmk-Tmsk\\ Em=\&lsqb;b_1\&times;(r-1)+b_2\&rsqb;\&times;(1/r)\\ r=\frac{H_0}{H}\\ {\left(}^{\frac{1000}{Tmk}}-{\left(}^{\frac{1000}{Tmsk}}=10\&times;t\&times;\&lsqb;\frac{1}{H}\&times;(a_{1}Em+a_2\mathrm{\&alpha;}conv)+a_3+\frac{a_4}{{10}^4}\&times;H\&rsqb;\end{array}\right.$

ΔTAC空冷的温度变化(℃)；

Tmk t秒以后的钢板平均温度(°K)；

Tmsk 钢板冷却开始温度(°K)；

t 空冷时间；

H 板厚；

Em 辐射率；

αconv 热传导率7.5(Kcal/m²hr℃)；

H₀ 板厚。

其余系数a_i、b_i的确定与钢板的厚度值相关，具体取值可参照下表：

实施例：

例：热处理生产三种规格的钢板，其规格、出炉的初始温度、下冷床设定的目标冷却温度以及冷却时间分别是：

根据前述的钢板温控模型(亦称空冷模型)可知，三种不同规格的钢板A、B、C在冷床上需用冷却时间均不相等，且满足关系式：t₁<t₂<t₃。因此在使用本技术方案时，可将三种不同规格的钢板按照前述的控制流程图，分别置于不同区域内进行独立冷却。

1、钢板A在独立分区冷床上的运送控制：

1)当第一块钢板A完全进入第一区后，判定后一块钢板规格与当前钢板规格相同且独立区域内剩余空间可再容纳钢板，第一区等待将后一块钢板运输至冷床上，同时将当前钢板的信息更新为第二块钢板A的信息。

2)当第二块钢板A完全进入第一区后，判定后一块钢板规格与当前钢板规格相同且独立区域内剩余空间可再容纳钢板，第一区等待将后一块钢板运输至冷床上，同时将当前钢板的信息更新为第三块钢板A的信息。

3)当第三块钢板A完全进入第一区后，判定后一块钢板规格与当前钢板规格不同，且第二区为空，第一区、第二区同时整体前进，将第一区内的所有钢板A运送至第二区。

4)当第三块钢板A完全离开第一区时，将第一区标记为空，允许其再次接受后续钢板。同时，判断第三区为空，第二区、第三区同时整体前进，将第二区内的所有钢板A运送至第三区。

5)当第三块钢板A完全离开第二区时，将第二区标记为空，允许其再次接受后续钢板。同时，根据现场测温元件判断钢板A的表面温度是否达到下冷床的设定温度，若未达到，第三区进入独立摆动模式，每一个摆动周期结束时再次进行温度检测，直至实测温度满足设定要求。

6)当第三区上的钢板A实测温度满足设定要求时，判断冷床下料区域为空，则第三区内的钢板A逐块下料，直至第三块钢板完全离开第三区，第三区标记为空，允许其再次接受后续钢板。

2、钢板B在独立分区冷床上的运送控制：

1)当第一块钢板B完全进入第一区后，判定后一块钢板规格与当前钢板规格相同且独立区域内剩余空间可再容纳钢板，第一区等待将后一块钢板运输至冷床上，同时将当前钢板的信息更新为第二块钢板B的信息。

2)当第二块钢板B完全进入第一区后，判定后一块钢板规格与当前钢板规格不同，且第二区为空，第一区、第二区同时整体前进，将第一区内的所有钢板B运送至第二区。

3)当第二块钢板B完全离开第一区时，将第一区标记为空，允许其再次接受后续钢板。同时，判断第三区不为空且钢板B的冷却时间未达到下冷床所设定的冷却时间t₂，第二区进入独立摆动模式，每一个摆动周期结束时再次进行第三区空位检测及冷却时间比对。

4)若已达到钢板B的设定冷却时间而第三区仍未空时，第二区进入独立停止模式，等待第三区空位标志出现。

5)当第三区为空标志出现时，第二区、第三区同时整体前进，将第二区内的所有钢板B运送至第三区。

6)当第二块钢板B完全离开第二区时，将第二区标记为空，允许其再次接受后续钢板。同时，根据现场测温元件判断钢板B的表面温度是否达到下冷床的设定温度，若未达到，第三区进入独立摆动模式，每一个摆动周期结束时再次进行温度检测，直至实测温度满足设定要求。

7)当第三区上的钢板B实测温度满足设定要求时，判断冷床下料区域为空，则第三区内的钢板B逐块下料，直至第三块钢板完全离开第三区，第三区标记为空，允许其再次接受后续钢板。

3、钢板C在独立分区冷床上的运送控制：

1)当第一块钢板C完全进入第一区后，判定独立区域内剩余空间已无法再容纳钢板，同时，判断第二区不为空且钢板C的冷却时间未达到下冷床所设定的冷却时间t₃，第一区进入独立摆动模式，每一个摆动周期结束时再次进行第二区空位检测及冷却时间比对。

2)若已达到钢板C的设定冷却时间t₃而第二区仍未空时，第一区进入独立停止模式，等待第二区空位标志出现。

3)当第二区为空标志出现时，第一区、第二区同时整体前进，将第一区内的钢板C运送至第二区。

4)当钢板C完全离开第一区时，将第一区标记为空，允许其再次接受后续钢板。同时，判断第三区不为空且钢板C的冷却时间未达到下冷床所设定的冷却时间，第二区进入独立摆动模式，每一个摆动周期结束时再次进行第三区空位检测及冷却时间比对。

5)若已达到钢板C的设定冷却时间而第三区仍未空时，第二区进入独立停止模式，等待第三区空位标志出现。

6)当第三区为空标志出现时，第二区、第三区同时整体前进，将第二区内的钢板C运送至第三区。

7)当钢板C完全离开第二区时，将第二区标记为空，允许其再次接受后续钢板。同时，根据现场测温元件判断钢板C的表面温度是否达到下冷床的设定温度，若未达到，第三区进入独立摆动模式，每一个摆动周期结束时再次进行温度检测，直至实测温度满足设定要求。

8)当第三区上的钢板C实测温度满足设定要求时，判断冷床下料区域为空，则第三区内的钢板C逐块下料，直至钢板C完全离开第三区，第三区标记为空，允许其再次接受后续钢板。

此外，为了更好的利用本技术，在实际的热处理生产时根据钢板冷却时间的长短优化生产组织模式：装钢时将冷却时间短的钢板先行装入热处理炉中进行加热，冷却时间长的钢板后装。当钢板出炉后在冷床上进行冷却时，冷却时间长的钢板可充分利用其所在的独立区域，不影响冷床上下料的运行前提下进行独立摆动冷却，有效加强了冷床的利用率。

由于本发明采用了对整个冷床工作区域分解为若干个独立分区的控制方式，根据来料的不同要求实现设定的温控模型，并具备独立前进、摆动等功能，适用于辊盘式机械结构的电机驱动冷床，特别适用于热处理线区域，特别适用于热处理线区域，通过该装置同时对热处理过程中的不同冷却模型钢板进行分类冷却处理，可有效避免常规冷床整体控制造成的利用率低下，减少钢板上、下冷床的等待时间，具有较大的经济推广价值。

本发明可广泛用于热处理线大规模连续生产过程中的冷床降温控制领域。

Claims (7)

1.一种适用于辊盘式冷床的独立分区控制方法，包括冷床和用于控制冷床运行的PLC，其特征是：

所述的冷床为辊盘式冷床；

所述的辊盘式冷床包括数根传动轴、交错布置在每根传动轴上的多个辊盘、位于传动轴一端的齿轮电机、速度编码器及数组光电传感器；

其中，对于每一根传动轴，所述的辊盘套装在传动轴上并由托辊进行支撑，所述的齿轮电机带动辊盘传动轴转动，所述的辊盘在托辊上随传动轴一起转动；

设置在齿轮电机上的速度编码器以及设置在两根根传动轴之间的光电传感器，分别实现对辊盘速度及钢板实际位置的检测和控制；

所述的辊盘式冷床通过PLC自动化逻辑控制驱动传动轴带动辊盘运转，完成待冷钢板在冷床区域的运输及定位动作；

所述的独立分区控制方法，将整个冷床工作区域分解为数个分区，采用光电传感器对冷床进行分区检测，由PLC程序根据来料钢板的宽度，计算每个独立区域上可容纳的钢板数，并结合冷床目标区域的布料情况以及钢板需要的冷却温度设定模型，自动选择该区域的运行模式，以提高冷床的利用率，

所述的独立分区控制方法，将冷床划分为若干个小型冷却区域，每个小型冷却区域各自具备驱动待冷钢板前进、后退、停止以及摆动的运行操作功能；

所述的独立分区控制方法，对于每一块钢板以出炉时间为起始时刻点；以出炉钢板温度为起始温度进行周期计算，每分钟计算一次钢板温度，通过PLC的控制画面，可直观显示冷床钢板温度，当钢板运行到冷床本体出口时，可以获取此时钢板实际测量温度，为钢板是否需要下料提供参考；

所述的独立分区控制方法，采用独立分区控制的模式，消除了钢板上、下冷床时对冷床本体运行的影响，也使不同规格的钢板在冷床上遵循各自冷却温控模型功能得以实现，大大增强冷床的利用率及控制灵活性。

2.按照权利要求1所述的适用于辊盘式冷床的独立分区控制方法，其特征是所述的运行模式包括前进、摆动、停止或摆动。

3.按照权利要求1所述的适用于辊盘式冷床的独立分区控制方法，其特征是所述的独立分区控制方法，将整个冷床工作区域分解为数个分区，按照下列控制方法对每个分区中的设备和待冷钢板进行运行控制：

a.根据当前钢板的规格信息，第一区辊盘前进运行，利用光电传感器检测钢板前沿是否进入第一区，利用齿轮电机上的速度传感器检测并由PLC计算钢板在第一区上的实际位置，将钢板准确定位在第一区后沿位置；

b.PLC接收到后一块钢板规格信息，判定是否与当前钢板规格相同：若为不同规格，无法采用相同冷却温控模型，第一区进入下一步流程；若为相同规格，可采用相同冷却温控模型进行冷却，PLC需计算当前钢板对于第一区空间占用率来判定是否能够容纳后一块钢板，若空间足够，第一区等待后一块钢板进入，并返回前一步作循环判断；若空间不足，第一区进入下一步流程；

c.当第一区完成独立区域上料流程后，需要将本区域内的钢板运输至第二区，则先判断第二区是否为空；若第二区空置，则第一区辊盘前进运行，将所有钢板运送至第二区后，当光电传感器检测到钢板完全离开第一区时，PLC将第一区标记为空，等待下一运转周期；若第二区非空，PLC需判断当前钢板的冷却时间是否到达温控系统的设定，若已达到降温设定，该区辊盘停止等待第二区钢板清空；若尚未达到降温设定，则该区启动摆动模式，当完成一次区域摆动流程后，再次判断第二区是否为空，并根据判断结果进行后续控制；

d.当第二区完成独立区域上料流程后，需要将本区域内的钢板运输至第三区，则先判断第三区是否为空；若第三区空置，则第二区辊盘前进运行，将所有钢板运送至第三区后，当光电传感器检测到钢板完全离开第二区时，PLC将第二区标记为空，等待下一运转周期；若第三区非空，PLC需判断当前钢板的冷却时间是否到达温控系统的设定，若已达到降温设定，该区辊盘停止等待第三区钢板清空；若尚未达到降温设定，则该区启动摆动模式，当完成一次区域摆动流程后，再次判断第三区是否为空，并根据判断结果进行后续控制；

e.当第三区完成独立区域上料流程后，需要将本区域内的钢板运输至下料区，则PLC先判断下料区是否为空，若下料区空置，则第三区辊盘前进运行，将所有钢板运送至下料区后，当光电传感器检测到钢板完全离开第三区时，PLC将第三区标记为空，等待下一运转周期；若下料区非空，PLC需判断当前钢板的冷却时间是否到达温控系统的设定，若已达到降温设定，该区辊盘停止等待下料区钢板清空；若尚未达到降温设定，则该区启动摆动模式，当完成一次区域摆动流程后，再次判断下料区是否为空，并根据判断结果进行后续控制；

当所述的待冷钢板完全离开第三区时，钢板在冷床上的整个运行控制过程结束。

4.按照权利要求1或3所述的适用于辊盘式冷床的独立分区控制方法，其特征是所述的由数个光电传感器组成的线型检测区域，结合速度传感器对钢板前进运行方向的检测，可快速确认钢板是否进入第一区、第二区及第三区；而由数个光电传感器组成的线型检测区域，结合速度传感器对钢板前进运行方向的检测，也可快速确认钢板是否离开第一区、第二区及第三区。

5.按照权利要求1所述的适用于辊盘式冷床的独立分区控制方法，其特征是所述的适用于辊盘式冷床的独立分区控制方法，能够同时实现以若干个冷却区组成的冷床独立控制；根据钢板来料宽度的不同，每个冷却区可容纳若干块规格相同的钢板；钢板进入或运出各冷却区域由光电传感器检测信号进行物料跟踪。

6.按照权利要求1所述的适用于辊盘式冷床的独立分区控制方法，其特征是所述的适用于辊盘式冷床的独立分区控制方法，根据实测温度与计算温度偏差，得到当前钢板的钢板温控模型，所述的钢板温控模型变化计算公式可以用于修正同一钢种规格后续钢板的温降计算；

所述的钢板温控模型变化计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}TAC=Tmk-Tmsk\\ Em=\&lsqb;b_1\&times;(r-1)+b_2\&rsqb;\&times;(1/r)\\ r=\frac{H_0}{H}\\ {\left(\frac{1000}{Tmk}\right)}^3-{\left(\frac{1000}{Tmsk}\right)}^3=10\&times;t\&times;\&lsqb;\frac{1}{H}\&times;\left(a_{1}Em+a_2\mathrm{\&alpha;}conv\right)+a_3+\frac{a_4}{{10}^4}\&times;H\&rsqb;\end{array}\right.$

其中，ΔTAC为空冷的温度变化；

Tmk为t秒以后的钢板平均温度；

Tmsk为钢板冷却开始温度；

T为空冷时间；

H为板厚；

Em为辐射率；

Αconv为热传导率；

H₀为钢板的板厚。

7.按照权利要求1所述的适用于辊盘式冷床的独立分区控制方法，其特征是所述的适用于辊盘式冷床的独立分区控制方法，特别适用于热处理线区域，通过该装置同时对热处理过程中的不同冷却模型钢板进行分类冷却处理，可有效避免常规冷床整体控制造成的利用率低下，减少钢板上、下冷床的等待时间。