一种带肋钢筋负偏差监测系统及负偏差检测计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种带肋钢筋轧制生产线上的带肋钢筋负偏差监测系统及负偏差检 测计算方法，属于钢铁冶炼中钢筋线材的生产技术领域。
【背景技术】
[0002] 冶金行业轧钢企业在进行带肋钢筋(俗称螺纹钢）轧制时，在不增加生产成本或降 低成本的前提下可通过合理的负偏差轧制来提高钢材成材率。螺纹钢的负偏差轧制是保证 产品的各项性能完全满足国家标准和用户要求的前提下，在轧制过程中使成品钢材的断面 尺寸按规定标准控制在公称尺寸的负偏差范围内，但由于螺纹钢重量负偏差受横肋、纵肋、 内径、钢温、张力等因素的影响，导致钢筋尺寸变化较大，使得其负偏差不易监测。传统的负 偏差监测方式是由精轧调整工每轧一段时间后采用游标卡尺测量带肋钢筋的几何尺寸，并 根据最大负偏差的可能几何尺寸凭经验进行带肋钢筋的负偏差控制。这种经验监测方式不 仅存在精轧调整工的主观调整误差大，使得轧制的成品钢材存在较大的尺寸偏差，成品钢 材的合格率比较低，致使企业的效益严重受损，同时也由于整个轧制过程带肋钢筋是高速 运动且连续不断地前进的使得这种方式存在信息反馈不及时，无法实现动态实时监测，严 重影响了螺纹钢的生产效率。
【发明内容】
[0003] 本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种带肋钢筋负偏差监测系统 及负偏差检测计算方法，该系统整体自动化程度高，能够在线实时监测带肋钢筋的几何尺 寸，从而更好地控制带肋钢筋的负偏差，操作方便，大大减少了操作人员的劳动强度及控制 难度，有效提高钢坯的成材率，降低轧制成本。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种带肋钢筋负偏差监测系统及 负偏差检测计算方法，其特征在于，所述负偏差监测系统包括数据采集系统、数据处理系 统、现有棒材轧线自动控制系统和现场显示系统，所述数据采集系统以及现有棒材轧线自 动控制系统与数据处理系统采用工业以太网进行通讯，所述数据处理系统与现场显示系统 之间采用串行总线相连；所述数据采集系统包括钢材称重终端、热金属监测器和可编程序 控制器PLCl，所述钢材称重终端通过现场总线与可编程序控制器PLCl相连，所述热金属监 测器采用屏蔽电缆与可编程序控制器PLCl相连；所述现有棒材轧线自动控制系统包括上 位机、直流调速装置和可编程序控制器PLC2,所述上位机与可编程序控制器PLC2之间采用 工业以太网进行通讯，所述直流调速装置通过现场总线与可编程序控制器PLC2相连。
[0005] 所述现场显示系统为一设置在钢材轧制现场的LCD液晶显示屏或LED显示屏，所 述显示屏通过RS232/RS485转换器与所述数据处理系统的上位机相连。所述工业以太网选 用一种标准开放式的网络，即为基于TCP/IP网络协议的以太网，由其组成的系统兼容性和 互操作性好，资源共享能力强，可以很容易实现将控制现场的数据与信息系统上的资源共 享，且数据的传输距离长、传输效率高。所述可编程序控制器PLCl和可编程序控制器PLC2 采用西门子S7-300 PLC，它包括电源模块、CPU模块、存储器模块、高速计数模块、CP通讯 模块和I/O模块等模块，把所述数据采集系统以及现有棒材轧线自动控制系统所采集的 信息进行处理并传输至上位机。所述钢材称重终端采用型号为XK3139的IND560称重显 示控制器，可连接广泛使用的应变式称重传感器和电磁力补偿式传感器，且其具有众多与 上位机或可编程序控制器PLC的通讯接口方式和数字I/O控制端口。所述现场总线采用 PROFIBUS-DP总线，便于利用IND560称重显示控制器的PROFIBUS-DP接口与可编程序控制 器PLCl的Prof ibus-DP通讯模块互连通讯，把钢坯的实际重量读到可编程序控制器PLCl 里。
[0006] 带肋钢筋负偏差监测系统所采用的负偏差检测计算方法为在带肋钢筋生产过程 中，对钢坯进行连续称重，通过所述数据采集系统采集加热炉出口钢坯的实际重量和成品 轧机处的热金属检测信号，并通过所述现有棒材轧线自动控制系统采集成品轧机的转速， 所述数据处理系统计算出钢筋的理论重量及负偏差，并将钢筋的负偏差数据输出至所述现 场显示系统。所述负偏差检测计算方法是利用钢筋比重（即每米重量，亦为钢筋密度）不变 的原理，采用称重的方法，具体包括以下步骤： 步骤1:在带肋钢筋生产线开机之前，在所述现有棒材轧线自动控制系统的上位机上 设置包含钢筋轧制规格、钢筋比重、钢坯根数和成品轧机辊径等带肋钢筋轧制工艺参数； 步骤2:在带肋钢筋生产过程中，采用所述钢材称重终端对加热炉出口处的钢坯进行 连续称重，所得钢坯的实际重量读取到可编程序控制器PLCl上并通过工业以太网传输至 所述数据处理系统的上位机，采用所述热金属监测器监测钢筋信号或成品轧机咬钢电流信 号，并通过工业以太网传输至所述数据处理系统的上位机； 步骤3:在带肋钢筋生产过程中，采用所述可编程序控制器PLC2读取所述直流调速装 置上成品轧机的转速，并通过工业以太网传输至所述数据处理系统的上位机； 步骤4:在带肋钢筋生产过程中，所述数据处理系统的上位机接收所述数据采集系统 和现有棒材轧线自动控制系统传输来的工艺参数、成品轧机转速、热金属检测信号以及钢 坯的实际重量，根据成品轧机转速与线速度的转换公式（1)计算成品轧机的线速度，并根据 公式（2)编写程序计算钢筋的理论长度，再根据公式（3)计算钢筋的理论重量，最后根据公 式（4)计算带肋钢筋的负偏差数据；
【主权项】
1. 一种带肋钢筋负偏差监测系统，其特征在于：所述负偏差监测系统包括数据采集系 统、数据处理系统、现有棒材轧线自动控制系统和现场显示系统，所述数据采集系统以及现 有棒材轧线自动控制系统与数据处理系统采用工业以太网进行通讯，所述数据处理系统与 现场显示系统之间采用串行总线相连；所述数据采集系统包括钢材称重终端、热金属监测 器和可编程序控制器PLCl，所述钢材称重终端通过现场总线与可编程序控制器PLCl相连， 所述热金属监测器采用屏蔽电缆与可编程序控制器PLCl相连；所述现有棒材轧线自动控 制系统包括上位机、直流调速装置和可编程序控制器PLC2,所述上位机与可编程序控制器 PLC2之间采用工业以太网进行通讯，所述直流调速装置通过现场总线与可编程序控制器 PLC2相连。
2. 如权利要求1所述的一种带肋钢筋负偏差监测系统，其特征在于：所述现场显示系 统为一设置在钢材轧制现场的显示屏，所述显示屏通过RS232/RS485转换器与所述数据处 理系统的上位机相连。
3. 如权利要求2所述的一种带肋钢筋负偏差监测系统，其特征在于：所述工业以太网 为基于TCP/IP网络协议的以太网。
4. 如权利要求1或2所述的一种带肋钢筋负偏差监测系统，其特征在于：所述现场总 线采用PROFIBUS-DP总线。
5. 如权利要求4所述的一种带肋钢筋负偏差监测系统，其特征在于：所述钢材称重终 端采用IND560称重显示控制器。
6. 如权利要求1所述的一种带肋钢筋负偏差监测系统，其特征在于：所述可编程序控 制器PLCl和可编程序控制器PLC2采用西门子S7-300 PLC。
7. 如权利要求6所述的一种带肋钢筋负偏差监测系统，其特征在于：所述显示屏采用 IXD液晶显示屏或LED显示屏。
8. 如权利要求1所述的一种带肋钢筋负偏差监测系统所采用的负偏差检测计算方法， 其特征在于：该方法为：在带肋钢筋生产过程中，对钢坯进行连续称重，通过所述数据采集 系统采集加热炉出口钢坯的实际重量和成品轧机处的热金属检测信号，通过所述现有棒材 轧线自动控制系统采集成品轧机的转速，所述数据处理系统计算出钢筋的理论重量及负偏 差，并将钢筋的负偏差数据输出至所述现场显示系统。
9. 如权利要求8所述的一种带肋钢筋负偏差检测计算方法，其特征在于，该方法具体 包括以下步骤： 步骤1:在带肋钢筋生产线开机之前，在所述现有棒材轧线自动控制系统的上位机上 设置包含有钢筋轧制规格、钢筋比重、钢坯根数和成品轧机辊径的带肋钢筋轧制工艺参 数； 步骤2:在带肋钢筋生产过程中，采用所述钢材称重终端对加热炉出口处的钢坯进行 连续称重，所得钢坯的实际重量读取到可编程序控制器PLCl上并通过工业以太网传输至 所述数据处理系统的上位机，采用所述热金属监测器监测钢筋信号或成品轧机咬钢电流信 号，并通过工业以太网传输至所述数据处理系统的上位机； 步骤3:在带肋钢筋生产过程中，采用所述可编程序控制器PLC2读取所述直流调速装 置上成品轧机的转速，并通过工业以太网传输至所述数据处理系统的上位机； 步骤4:在带肋钢筋生产过程中，所述数据处理系统的上位机接收所述数据采集系统 和现有棒材轧线自动控制系统传输来的工艺参数、成品轧机转速、热金属检测信号以及钢 坯的实际重量，根据成品轧机转速与线速度的转换公式（1)计算成品轧机的线速度，并根据 公式（2)编写程序计算钢筋的理论长度，再根据公式（3)计算钢筋的理论重量，最后根据公 式（4)计算带肋钢筋的负偏差数据；
其中，Wa为钢筋的理论重量（kg)，We是钢筋的实际重量（kg); 步骤5:在带肋钢筋生产过程中，所述数据处理系统将计算所得的负偏差数据经所述 RS232/RS485转换器传送至所述现场显示系统的显示屏进行输出显示。
10.如权利要求9所述的一种带肋钢筋负偏差检测计算方法，其特征在于，在计算钢筋 的理论长度的程序中采用OB35定时中断组织块，其工作周期设定为15ms。
【专利摘要】本发明涉及一种带肋钢筋负偏差监测系统及负偏差检测计算方法，包括数据采集系统、数据处理系统、现有棒材轧线自动控制系统和现场显示系统，数据采集系统以及现有棒材轧线自动控制系统与数据处理系统采用工业以太网进行通讯，数据处理系统与现场显示系统之间采用串行总线相连；数据采集系统包括钢材称重终端、热金属监测器和可编程序控制器PLC1，钢材称重终端通过现场总线与PLC1相连，热金属监测器采用屏蔽电缆与PLC1相连；现有棒材轧线自动控制系统包括上位机、直流调速装置和可编程序控制器PLC2，上位机与PLC2之间采用工业以太网进行通讯，直流调速装置通过现场总线与PLC2相连。本系统能有效提高钢坯的成材率，降低轧制成本。
【IPC分类】B21B1-16, B21B37-16
【公开号】CN104858242
【申请号】CN201510158493
【发明人】孙伟, 李鹏
【申请人】江苏永钢集团有限公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月7日