刷辊移动控制方法、系统及装置
阅读说明：本技术 刷辊移动控制方法、系统及装置 (Brush roll movement control method, system and device ) 是由 傅如学 于 2020-04-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种刷辊移动控制方法、系统及装置,涉及无酸去氧化皮技术领域。本发明包括：接收刷辊与钢材之间的压力值、电机的实时转速数据、控制参数数据；确定刷辊目标转速值R、下限值R1、上限值R2；根据R、R1、R2设定控制参数；响应于所述压力值大于R2,则向执行单元发送加压控制信号；响应于所述压力值小于R1,则向执行单元发送减压控制信号。本发明可使毛刷与钢材之间的压力始终控制在一个理想的范围,当毛刷摩擦造成损耗使压力减小时,刷辊会自动加压,当毛刷摩擦造成损耗使压力增大时,刷辊会自动减压,使得刷辊一直稳定在一个有效的压力范围内,刷辊会根据钢材的实际情况实时调节压力,提升了去除氧化皮的效果。(The invention discloses a method, a system and a device for controlling the movement of a brush roller, and relates to the technical field of acid-free descaling. The invention comprises the following steps: receiving a pressure value between the brush roll and steel, real-time rotating speed data of a motor and control parameter data; determining a target rotating speed value R, a lower limit value R1 and an upper limit value R2 of the brush roll; setting control parameters according to R, R1 and R2; in response to the pressure value being greater than R2, sending a pressurization control signal to an execution unit; and responding to the pressure value being smaller than R1, sending a decompression control signal to an execution unit. The invention can control the pressure between the brush and the steel in an ideal range all the time, when the pressure is reduced due to loss caused by brush friction, the brush roll can be automatically pressurized, when the pressure is increased due to loss caused by brush friction, the brush roll can be automatically depressurized, so that the brush roll is always stabilized in an effective pressure range, the pressure can be adjusted by the brush roll in real time according to the actual condition of the steel, and the effect of removing oxide skin is improved.)
技术领域
本发明属于无酸去氧化皮技术领域，特别是涉及一种刷辊移动控制方法、系统及装置。
背景技术
众所周知，目前国内氧化皮处理大多采用酸洗方式去除，酸洗技术目前发展较为成熟，被广大生产企业认可并大量使用，其工艺主要都是通过酸液来实现的，根据不同材质的钢种，将对应配方的酸液放入酸池，钢材表面上的氧化皮(FeO、Fe3O4、Fe2O3)都是不溶解于水的氧化物，当把它们浸泡在酸液里时，这些氧化物就分别与酸发生一系列化学反应。热轧钢材通过酸液时，使酸液与钢表面氧化皮发生化学反应，生成溶于水的铁盐而溶解于酸溶液内。目前酸洗仍是钢铁生产和钢铁表面处理时不可或缺的工艺过程。但是，钢材酸洗处理工艺的采用也带来如下的一些问题：
(1)大量消耗钢铁材料和酸:在酸洗的过程中，有的主要通过酸与铁皮的化学反应，溶解相应的金属氧化物来除去铁皮，有的，如使用硫酸进行钢材酸洗时，还要借助于酸与钢铁发生化学反应产生的氢气泡的剥离作用来除去氧化铁皮，因此在酸洗过程中，大量消耗酸是必然的，虽然在酸洗中使用酸洗缓蚀剂可以降低钢铁的金属消耗，但是仍有相当量的金属铁损失掉，造成原材料的浪费，工艺成本的增加。
(2)可能降低钢材的物理性能:在酸洗过程中，金属铁和酸之间发生化学反应并产生氢气。由于酸洗液中的氢的化学位高于被酸洗的钢材中氢的化学位，生成的氢会渗入钢中并积存起来造成氢脆，从而影响钢材的机械性能及以后的加工处理。
(3)会带来一系列的环境污染问题:采用酸洗工艺对钢材进行表面处理，由于钢材的品种、产品的规格和生产的规模各不相同，从而造成了在生产装备和生产环境方面有着很大差别。如酸洗槽体的密封、对生产设备的腐蚀、酸洗车间的通风排风、酸雾的排出和处理以及污水的处理和排放等方面，处理方法和处理水平相差悬殊。从而会带来许多环境保护方面的问题，而需要一一加以处理和解决。
(4)废酸和铁盐的处理问题:钢铁的酸洗在消耗大量金属铁的同时还产生大量的废酸液与相应的酸和氧化铁或生成的铁盐溶液。为了回收和利用这些废酸液和铁盐，需要较大的投资来建设相应的回收和处理设备。特别是对于一些小型的、小批量的钢铁件进行酸洗处理时，往往会出现酸洗废液难以集中进行处理的情况，一旦发生直接排放的情况，就会对对环境造成严重污染。
(5)酸洗工艺过程中会产生大量的废水、废气、废渣，其中包含大量的有害因子，且具有较强的腐蚀性，对环境和生物也会产生一定的危害。如果不加治理直接排放，会腐蚀灌渠和建筑物；排入水体，会改变水体的酸碱度，废液中的含磷量会使水体出现大量藻类植物，让河流生出蓝藻，干扰并影响水生植物的生长和渔业生产；排入农田，会改变土壤的性质，使土壤酸化或盐碱化，严重危害农作物的生长；酸碱原料的流失也是一种浪费。
在日趋严峻的环保形式下酸洗技术已经到了穷途末路的地步。从2013年起国家逐步整治过剩产能行业，逐渐淘汰落后，污染严重的产能过剩企业，板材酸洗成为众矢之的，大量不具备环保处理设备的企业被勒令关停。据调查近几年各地区关停的小型酸洗线就有成千上万条，一些具有酸洗生产资质的企业也在国家严格管控下谨慎生产，并随时面临环保审查。同时，生产企业的成本也在不断攀升，部分被迫关停酸洗生产线的企业只能依靠具有生产资质的专业酸洗厂家进行委托加工，这样一来成本就大大的提高，因此很多生产企业一直处于倒闭和破产的边缘，急需寻找取代酸洗的环保氧化皮处理的解决方案。据了解，按照国家排放标准处理达标后排放的废酸溶液处理成本高达万元，按处理一顿钢材消耗20公斤酸计算，每吨钢材仅环保均摊成本费用达到上百元，就目前市场的价格国内没有一家企业能够做到废液完全达标排放，我国在东南亚及其他国家投资的流水线，环保要求也是非常的严格，甚至禁止采用酸洗技术工艺，所以，酸洗技术必须被新型技术所代替，才能一劳永逸，彻底解决污染问题。
而现有刷辊的控制方法，其刷辊的毛刷在与钢材高速摩擦的过程中，本身的消耗很快，如果毛刷与钢材接触较多，高速摩擦时毛刷很容易折断，使原材料成本增加，去除氧化皮的效果也不理想。如果毛刷与钢材接触较少，就达不到摩擦去除氧化皮的效果，所以让毛刷与钢材摩擦强度控制在一个合理的范围内，是生产效率的关键所在。
发明内容
本发明的目的在于提供一种刷辊移动控制方法、系统及装置，可使毛刷与钢材之间的压力始终控制在一个理想的范围，当毛刷摩擦造成损耗使压力减小时，刷辊会自动加压，当毛刷摩擦造成损耗使压力增大时，刷辊会自动减压，使得刷辊一直稳定在一个有效的压力范围内，这样当设备正常运行时，刷辊会根据钢材的实际情况实时调节压力，提升了去除氧化皮的效果，解决了现有的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种刷辊移动控制方法，包括以下步骤：
接收刷辊与钢材之间的压力值、电机的实时转速数据、控制参数数据；
根据以下算法确定刷辊目标转速值R、下限值R1、上限值R2：
R1＝R-Δr；R2＝R+Δr；
其中，R为刷辊目标转速值，L为带钢宽度值，Δr为刷辊正常工作转速跳动范围值
根据R、R1、R2设定控制参数；
响应于所述压力值大于R2，则向执行单元发送加压控制信号；
响应于所述压力值小于R1，则向执行单元发送减压控制信号。
可选的，在带钢为特种钢材的情况下，按以下算法确定R值：
其中，e为带钢上氧化皮的附着系数。
可选的，根据刷辊转速数据向执行单元发送控制信号，其中转速读取次数n由以下公式计算得出：
转速读取次数n＝去抖时间Δt*转速读取频率。
可选的，根据刷辊转速数据向执行单元发送控制信号包括以下步骤：
从第一次读取刷辊实际转速值不在R1-R2之间开始，若n次连续读取都不在R1-R2之间，则执行单元进行相应动作；若n次连续读取中至少有一次在R1-R2之间，则重新开始判断，计数器复位，从下一个不在R1-R2之间转速出现开始计数，重复判断。
可选的，刷辊与钢材之间的压力值、电机的实时转速数据由检测单元获取，检测单元包括压力传感器和增量式编码器；
其中压力传感器装设于与钢材接触的托辊上，用于检测刷辊与钢材之间的压力值；增量式编码器装设于刷辊电机的尾端，用于测量电机的实时转速
一种刷辊移动控制系统，包括：
检测单元，检测单元包括压力传感器和增量式编码器；压力传感器用于检测刷辊与钢材之间的压力值，增量式编码器用于测量电机的实时转速；
人机交互单元，用于接收用户输入的压力设定范围数据、实时压力数据反馈数据、执行单元动作延时时间数据、执行单元的运行状态数据；
控制单元，用于接收检测单元传输回来的信号和人机交互单元设置的参数数据，并通过处理该信号和参数数据后再向执行单元发送执行命令。
可选的，根据上述任一刷辊移动控制方法处理检测单元传输回来的信号和人机交互单元设置的参数数据。
可选的，压力传感器装设于与钢材接触的托辊上，增量式编码器装设于刷辊电机的尾端。
可选的，控制单元包括PLC、AD转换模块、计数模块，控制单元通过AD转换模块将传感器传输过来的模拟信号转变为数字信号。
一种刷辊移动控制装置，该装置应用有如上任一方面所述方法。
本发明的实施例具有以下有益效果：
1、本发明的一个实施例可使毛刷与钢材之间的压力始终控制在一个理想的范围，当毛刷摩擦造成损耗使压力减小时，刷辊会自动加压，当毛刷摩擦造成损耗使压力增大时，刷辊会自动减压，使得刷辊一直稳定在一个有效的压力范围内，这样当设备正常运行时，刷辊会根据钢材的实际情况实时调节压力，提升了去除氧化皮的效果。
2、本发明的一个实施例采用模块化设计，能够快速、高效地清除带钢表面氧化皮，效果优于传统技术，并且运营成本低，零排放无污染，是取代酸洗技术较稳定、可行的物理解决方案，它是通过刷辊高速转动，带动毛刷与钢材表面发生摩擦，从而去除钢材表面氧化皮的新型工艺。
3、本发明的一个实施例能有效去除钢材在轧钢过程中产生的氧化皮，尤其是针对不锈钢、碳钢等材质，摆脱了传统酸洗加工技术无法环保替代的禁锢，解决了酸洗去氧化皮技术所造成环境污染的重大难题。该技术不仅能快速有效的去除氧化皮，并且能源消耗、成本都低于传统工艺，真正做到了节能，废水、废气、废渣零排放无污染等要求。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。
图1为本发明一实施例的刷辊移动控制方法流程图；
图2为本发明一实施例的刷辊移动控制系统图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明，本发明省略了已知功能和已知部件的详细说明。
请参阅图1所示，在本实施例中提供了一种刷辊移动控制方法，包括以下步骤：
S01、接收刷辊与钢材之间的压力值、电机的实时转速数据、控制参数数据；
S02、根据以下算法确定刷辊目标转速值R、下限值R1、上限值R2：
R1＝R-Δr；R2＝R+Δr；
其中，R为刷辊目标转速值，L为带钢宽度值，Δr为刷辊正常工作转速跳动范围值
S03、根据R、R1、R2设定控制参数；
S04、响应于所述压力值大于R2，则向执行单元发送加压控制信号；
响应于所述压力值小于R1，则向执行单元发送减压控制信号；
响应于所述压力值在R1-R2之间，则执行单元不动作。
本实施例的技术方案相对于现有技术，采用模块化设计，能够快速、高效地清除带钢表面氧化皮，效果优于传统技术，并且运营成本低，零排放无污染，是取代酸洗技术较稳定、可行的物理解决方案，它是通过刷辊高速转动，带动毛刷与钢材表面发生摩擦，从而去除钢材表面氧化皮的新型工艺。但现有技术中的毛刷在与钢材高速摩擦的过程中，本身的消耗很快，如果毛刷与钢材接触较多，高速摩擦时毛刷很容易折断，使原材料成本增加，去除氧化皮的效果也不理想。如果毛刷与钢材接触较少，就达不到摩擦去除氧化皮的效果，所以让毛刷与钢材摩擦强度控制在一个合理的范围内，是生产效率的关键所在。而本实施例的技术方案可使毛刷与钢材之间的压力始终控制在一个理想的范围，当毛刷摩擦造成损耗使压力减小时，刷辊会自动加压，当毛刷摩擦造成损耗使压力增大时，刷辊会自动减压，使得刷辊一直稳定在一个有效的压力范围内，这样当设备正常运行时，刷辊会根据钢材的实际情况实时调节压力，提升了去除氧化皮的效果，此项技术必将在带钢去氧化皮技术领域起到颠覆性革新。
本实施例20倍的带钢宽度L与设备加工带钢宽度下限值的差值，与设备加工带钢宽度上限值与下限值差值的比值，即为设备加工带钢时刷辊损耗部分的转速值，刷辊正常空转的转速与Δr、刷辊损耗部分的转速值的差值，即为加工带钢时较为理想的转速。
具体的，本实施例中的执行单元可选用三相异步电机、伺服电机、步进电机，响应于电机接收到控制单元给它的正转或者反转信号时，电机发生动作，达到调节刷辊压力的目的。
本实施例一个方面的应用包括以下步骤：
安装好执行单元、压力传感器及编码器，完成电气接线，检查电路确保无误；
手动控制执行单元，调节升降使刷辊与钢材接触，目测毛刷与钢材接触后再下调5-10MM，手动转动电机，感觉毛刷与钢材的接触阻力是否合理，手动开启设备并运行2-5分钟，等设备运行正常而且工艺处理效果符合要求后，观察人机交互单元上显示的传感器压力数据及电机的转速并记录；
参考手动运行时记录的数据，在人机交互单元上设置压力传感器和编码器的运行参数，根据R、R1、R2设定控制参数，并将其保存到控制单元中；
启动设备，开启自动控制模式，设备即按照设定的工艺参数运行。
本发明具有多种实施方式，现提供一种可选的实施方式，值得注意的是，本申请并不以此为限：
刷辊的宽度选用500MM，直径选用250MM，选用1个500KG的压力传感器和1个300脉冲的增量编码器，一台三菱5U系列PLC和一台三菱GS2110触摸屏。运行设备，手动下调刷辊使刷辊和钢材接触，牵引钢材，当钢材表面氧化皮去除效果较好时，停止下调刷辊，观察压力传感器和电机转速，如此时压力是210KG,转速是1420RPM,增触摸屏上设置压力范围为205KG-215KG,转速范围为1415RPM-1425RPM,电机延时5S动作，开启自动模式运行设备；
以所加工带钢为普碳钢为例，刷辊正常空转转速为1497RPM,最大带负载转速为1475RPM，工作环境温度25℃-35℃，设备加工带钢宽度范围为800MM-1550MM，Δr＝2，则即R＝1489.7，R1＝1487.7，R2＝1491.7，根据R、R1、R2的值在人机交互单元上设定控制参数，将刷辊实时转速与刷辊转速范围作比较，响应于所述压力值大于R2，则向执行单元发送加压控制信号；响应于所述压力值小于R1，则向执行单元发送减压控制信号；响应于所述压力值在R1-R2之间，则执行单元不动作。
本发明刷辊与钢材的压力是通过电机升降来实现的，所以电机的转速和丝杆的螺距是电机升降精度的关键，电机转速越低，丝杆螺距越小，升降的速度就越慢，控制精度也越高，但是更换刷辊的时间就延长了，影响了生产效率。所以设计时要将自动运行的电机速度设置小一点，更换刷辊时速度设置大一点，合理利用电机多段速度的功能。
此外，为了使刷辊能够平稳的运行，传感器不受外界因素的干扰，刷辊工作不受钢材表面平整度和光滑度的影响，可对其运行过程进行优化；具体包括对干扰信号的屏蔽，执行单元延时动作，设置上下限保护参数防止因传感器故障导致执行单元误动作损坏设备，增加限位开关检测刷辊使用程度及使用寿命。
在本实施例的一个方面中，在带钢为特种钢材的情况下，可按以下算法确定R值：
其中，e为带钢上氧化皮的附着系数。
本实施例中e的取值范围一般在0-5‰之间，以宽度为1000MM的2Cr13不锈钢的附着系数为4.2‰为例，即R＝1483.4，R1＝1481.4,R2＝1485.4。普碳钢相对于不锈钢等特种钢材来说，氧化皮的附着力相对比较小，所以对于特种钢的压力范围，通过将附着系数e代入算法内，提升了对带钢表面氧化皮的去除效果。
在本实施例的另一方面中，根据刷辊转速数据向执行单元发送控制信号，其中转速读取次数n由以下公式计算得出：
转速读取次数n＝去抖时间Δt*转速读取频率。
刷辊在工作过程中与带钢高速摩擦碰撞，以及部分带钢表面不平整等因素，导致刷辊实际转速也在不断的跳动，从而执行单元也会很频繁的动作。但实际上这种跳动时间是很短暂的，也不是刷辊毛刷消耗引起的转速变化，而是执行单元频繁的动作也会降低使用寿命，所以在使用时增加了一个去抖过程，定义去抖时间为Δt，从而在一定程度上提升了使用寿命。其中，去抖时间Δt可根据对带钢处理质量的要求定义，可选用1S-5S之间。
在本实施例的其它方面中，根据刷辊转速数据向执行单元发送控制信号包括以下步骤：
从第一次读取刷辊实际转速值不在R1-R2之间开始，若n次连续读取都不在R1-R2之间，则执行单元进行相应动作；若n次连续读取中至少有一次在R1-R2之间，则重新开始判断，计数器复位，从下一个不在R1-R2之间转速出现开始计数，重复判断。
在本实施例中以宽度为1000MM的2Cr13不锈钢为例，代入上述算法可得R＝1483.4，R1＝1481.4，R2＝1485.4，若去抖时间Δt＝3S，转速读取频率为10Hz，则即3S时间总共读取30次转速，从第一次读取实际转速不在R1-R2之间开始，若30次连续读取都不在R1-R2之间，则执行单元进行相应动作；若30次连续读取中至少有一次在R1-R2之间，则从新开始判断，计数器复位，从下一个不在R1-R2之间转速出现开始计数，重复判断。
在本实施例的其它方面中，刷辊与钢材之间的压力值、电机的实时转速数据由检测单元获取，检测单元包括压力传感器和增量式编码器；
其中压力传感器装设于与钢材接触的托辊上，用于检测刷辊与钢材之间的压力值；增量式编码器装设于刷辊电机的尾端，用于测量电机的实时转速
请参阅图2所示，一种刷辊移动控制系统，包括：
检测单元，检测单元包括压力传感器和增量式编码器；压力传感器用于检测刷辊与钢材之间的压力值，增量式编码器用于测量电机的实时转速；设备正常运行时，系统会根据压力传感器的数据及电机的转速反馈给控制单元，经过运算比较再通过执行单元控制刷辊的升降来调节刷辊与钢材的接触压力；
人机交互单元，用于接收用户输入的压力设定范围数据、实时压力数据反馈数据、执行单元动作延时时间数据、执行单元的运行状态数据；人机交互单元可选用工业触摸屏或上位机，通过编译软件设计好显示界面及参数设置窗口，通过在触摸屏或上位机上输入控制参数，传输给控制单元，经过运算比较再通过执行单元控制刷辊的升降来调节刷辊与钢材的接触压力，同时将检测数据显示在触摸屏或者上位机上，方便对系统运行数据的判断来优化设置参数；
控制单元，用于接收检测单元传输回来的信号和人机交互单元设置的参数数据，并通过处理该信号和参数数据后再向执行单元发送执行命令。
在本实施例的一个方面中，根据上述任一方面的刷辊移动控制方法处理检测单元传输回来的信号和人机交互单元设置的参数数据。
在本实施例的另一方面中，压力传感器装设于与钢材接触的托辊上，增量式编码器装设于刷辊电机的尾端。
在本实施例的其它方面中，控制单元包括PLC、AD转换模块、计数模块，控制单元通过AD转换模块将传感器传输过来的模拟信号转变为数字信号，方便对刷辊压力范围做一个量性的判断，编码器的信号作为一个电机转速反馈信号，PLC再根据这些反馈信号做一个运算，计算出刷辊的实时转速。
一种刷辊移动控制装置，该装置应用有如上任一方面所述方法。
上述实施例可以相互结合。
需要注意的是，在本说明书的描述中，诸如“第一”、“第二”等的描述仅仅是用于区分各特征，并没有实际的次序或指向意义，本申请并不以此为限。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
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