一种热轧平整线换辊区域近控操作方法及其操作设备
阅读说明：本技术 一种热轧平整线换辊区域近控操作方法及其操作设备 (Near-control operation method and operation equipment for roll changing area of hot rolling leveling line ) 是由 王军 盛意 王勇 于 2020-03-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种热轧平整线换辊区域近控操作方法及其操作设备,包括以下步骤：1)设定机械条件和电器条件；2)构建平整线换辊区域的近控便携式装置；3)构建近控便携式装置与换辊PLC之间的通讯连接；4)编制近控便携式装置上HMI的操作画面；5)建立操作画面与换辊PLC之间的数据连接；6)现场人员通过操控操作画面来实现平整线换辊区域近控操作。本发明改变现有平整线换辊区域固定式现场近控操作箱体积大挡视线,布线工程较大,输入输出模块成本高,操作界面不能改变等不足。(The invention discloses a near control operation method and operation equipment for a hot rolling leveling line roll changing area, which comprises the following steps: 1) setting mechanical conditions and electrical equipment conditions; 2) constructing a near control portable device of a leveling line roll changing area; 3) establishing communication connection between the proximity control portable device and the roll changing PLC; 4) compiling an operation picture of an HMI (human machine interface) on the close control portable device; 5) establishing data connection between an operation picture and a roll change PLC; 6) the field personnel realize the near control operation of the roll changing area of the leveling line by controlling the operation picture. The invention overcomes the defects that the fixed field near control operation box in the existing leveling line roll changing area has large volume and large sight blocking, the wiring engineering is large, the cost of an input/output module is high, the operation interface can not be changed, and the like.)
技术领域
本发明涉及热轧平整线换辊区域近控控制技术，更具体地说，涉及一种热轧平整线换辊区域近控操作方法及其操作设备。
背景技术
在国内外钢铁企业中，平整线换辊区域主要由工作辊换辊小车、平整机换辊导槽、支撑辊换辊缸等设备配合平整机架组成，其任务是完成平整机的工作辊和支撑辊更换。随着现在自动化、智能化控制技术的提高，工作辊换辊任务已从原来的手动、半自动控制转为自动控制，支撑辊换辊依然维持手动换辊模式。但是为了处理异常和便于设备的维护，手动近控操作功能是必不可少，所以，平整线的换辊区域设备的电气控制包含自动、半自动、手动处理功能。
现有热轧平整线的平整机设备布置如图1所示，在平整机本体1内设置了上工作辊2，及与其相对应的下工作辊3，上工作辊2的上方有上支撑辊4支撑，下工作辊3的下方有下支撑辊5支撑，热轧带钢6从工作辊2与下工作辊3之间穿过，用来对热轧带钢6进行平整作业。当工作到一定的时间后，工作辊的辊面会被磨损、损伤，因此需进行工作辊的更换作业。
传统的换辊手动近控操作，采用现场机旁操作箱方式操作，即在换辊区域旁安装一个机旁操作箱，布置换辊区域各个设备的操作按钮和动作信号等，将这些信号通过施工布线连接到电气室控制PLC的输入输出板卡上，再由PLC的控制程序控制各设备的动作。
随着近年来劳动效能的不断提升，现场操作岗位越来越少，基本集中在主操作室集中操控，只有在自动模式失效或者发生异常时才需要到机旁手动近控。现有的机旁近控操作箱操作模式，存在以下的不利因素：
1)操作箱体积较大，全自动作业线设备紧凑，操作箱布置比较困难，容易阻挡主控室操作人员的视线；
2)操作箱上的操作按钮、开关较多，电缆量较大，布线的工程量也相应较高；
3)PLC的IO模块多，传统作业线的近控操作箱的操作按钮要占据PLC大约1/3的IO点；
4)注重手动操作状态显示较弱，如需要较完善的状态显示，需要增加OP之类的操作面板，会增加成本，且操作箱的体积也会增大；
5)功能扩展几乎不可能，一旦近控操作箱设计制造安装完成，需要做功能扩展就需要重新更换。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种热轧平整线换辊区域近控操作方法及其操作设备，改变现有平整线换辊区域固定式现场近控操作箱体积大挡视线，布线工程较大，输入输出模块成本高，操作界面不能改变等不足。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，一种热轧平整线换辊区域近控操作方法，包括以下步骤：
1)设定机械条件和电器条件；
2)构建平整线换辊区域的近控便携式装置；
3)构建近控便携式装置与换辊PLC之间的通讯连接；
4)编制近控便携式装置上HMI的操作画面；
5)建立操作画面与换辊PLC之间的数据连接；
6)现场人员通过操控操作画面来实现平整线换辊区域近控操作。
所述机械条件，包括换辊小车，设于所述换辊小车上的换辊横移平台，及设于所述换辊横移平台上的备用工作辊。
所述步骤2)中，在平整线换辊区域旁安装操作面板架子，在操作面板架子上插入近控操作面板，近控操作面板通过WIFI信号或以太网与换辊PLC之间建立通讯。
所述近控操作面板内载有Android操作系统。
所述步骤4)中，采用近控操作面板内载的Android操作系统的Android Studio编辑HMI的操作画面。
所述步骤6)中，近控操作包括换辊小车的前进/后退操作、换辊横移平台的左移/右移操作、备用工作辊的前进/后退操作。
所述换辊小车的前进/后退操作，控制如下：
操作人员按下近控操作面板HMI上的对应按钮后，近控操作面板将控制信号通过WIFI信号或以太网发送给换辊PLC，换辊PLC收到指令后，判断是否在手动模式下，若是，则响应指令，换辊PLC控制换辊小车点动前进或后退。
所述换辊横移平台的左移/右移操作，控制如下：
操作人员按下近控操作面板HMI上的对应按钮后，近控操作面板将控制信号通过WIFI信号或以太网发送给换辊PLC，换辊PLC收到指令后，判断是否在手动模式下，若是，则响应指令，换辊PLC控制换辊横移平台点动左移或右移。
所述备用工作辊的前进/后退操作，控制如下：
操作人员按下近控操作面板HMI上的对应按钮后，近控操作面板将控制信号通过WIFI信号或以太网发送给换辊PLC，换辊PLC收到指令后，判断是否在手动模式下，若是，则响应指令，换辊PLC控制备用工作辊点动前进或后退。
另一方面，一种热轧平整线换辊区域近控操作设备，包括所述的近控便携式装置；
所述近控便携式装置，包括设于所述平整线换辊区域旁的操作面板架子，及设于所述操作面板架子上的近控操作面板；
所述近控操作面板通过WIFI基站或以太网与所述换辊PLC建立通讯。
所述操作面板架子上还设有NFC识别卡、急停开关和选择开关；
所述NFC识别卡用以识别所述近控操作面板的所在位置，并发生定位信息至所述换辊PLC，所述换辊PLC锁定远程换辊操作权限，开放所述近控操作面板换辊操作权限；
所述急停开关通过硬接线接入所述换辊PLC；
所述选择开关用以锁定所述近控操作面板、所述换辊PLC的换辊操作权限。
在上述的技术方案中，本发明所提供的一种热轧平整线换辊区域近控操作方法及其操作设备，突破了传统的平整线换辊区域设备的近控操作采用固定操作盘箱操作的模式，利用计算机通讯技术、NFC智能识别技术，还利用主流的Android操作系统完善的接口支持，平台开放性和扩展性强，解决了固定操作盘箱占地大、挡视线、无法反馈复杂的设备状态信息、制造成本高、布线施工量大的缺点。随着目前智能制作，自动化生产技术的发展，平整线换辊区的近控手动操作会越来越少，但异常作业和维护作业时的近控手动操作是必须的，便携式可移动的近控操作面板非常好的解决了这个问题，平时可作为一个智能终端，显示换辊区域的设备状态信息，需要手动近控操作时，携带到现场就可以作为操作。
附图说明
图1是现有热轧平整线平整机设备布置示意图；
图2是本发明方法实施例的流程示意图；
图3是本发明方法实施例中平整机换辊设备布置示意图；
图4是本发明方法实施例中平整线换辊区域的近控便携式装置构建示意图；
图5是本发明方法实施例中近控操作面板在HMI编辑操作画面示意图；
图6是本发明设备实施例的通讯连接示意图；
图7是现有换辊PLC控制程序流程示意图；
图8是本发明方法实施例换辊PLC控制程序流程示意图；
图9是本发明方法实施例近控操作面板控制框图；
图10是本发明方法实施例近控操作面板相关换辊PLC控制框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
如图2所示，本发明所提供的一种热轧平整线换辊区域近控操作方法，包括以下步骤：
1)设定机械条件和电器条件；
如图3所示，机械条件：包括换辊小车7，设于换辊小车7上的换辊横移平台8，及设于换辊横移平台8上的备用工作辊9，利用换辊小车7移动至平整机设备旁，再通过换辊横移平台8将备用工作辊9移动至在线平整机工作辊组10位置，进行换辊工作。
电气条件：近控操作面板11采用Android操作系统平台开发，接口完善(平台支持和可扩展性强)；硬件采用工业级模块组成，有防震防冲击设计，系统稳定性高(细化)；通讯采用WIFI和以太网双通讯接口，有别于普通pad设备；与换辊PLC12通讯采用开源底层库，结构完善，通讯实时性强；应用层采用标准Android APP开发环境，具有很强的可扩展和升级能力(兼容)。
2)构建平整线换辊区域的近控便携式装置；
如图4所示，在平整线换辊区域旁安装操作面板架子，在操作面板架子上插入近控操作面板11，近控操作面板11通过WIFI信号13或以太网与换辊PLC12之间建立通讯，若采用WIFI信号13建立通讯，则还需设置WIFI基站14来实现。
3)构建近控便携式装置与换辊PLC之间的通讯连接；
利用近控操作面板11内基于Android系统的Siemens S7通讯API。
4)编制近控操作面板11上HMI的操作画面；
如图5所示，利用Android系统的Android Studio编制近控操作面板11操作画面HMI。
5)建立操作画面与换辊PLC之间的数据连接；
换辊操作画面数据连接映射：
6)现场人员通过操控操作画面来实现平整线换辊区域近控操作。
近控操作包括换辊小车7的前进/后退操作、换辊横移平台8的左移/右移操作、备用工作辊9的前进/后退操作。具体如下：
1)换辊小车7的前进/后退操作，控制如下：
操作人员按下近控操作面板11的HMI上的“换辊小车的前进/后退”按钮后，近控操作面板11将控制信号通过WIFI信号13或以太网发送给换辊PLC12，换辊PLC12收到指令后，判断是否在手动模式下，若是，则响应指令，换辊PLC12控制换辊小车7点动前进或后退。
换辊横移平台8的左移/右移操作，控制如下：
操作人员按下近控操作面板11的HMI上的“换辊横移平台的左移/右移”按钮后，近控操作面板11将控制信号通过WIFI信号13或以太网发送给换辊PLC12，换辊PLC12收到指令后，判断是否在手动模式下，若是，则响应指令，换辊PLC12控制换辊横移平台8点动左移或右移。
备用工作辊9的前进/后退操作，控制如下：
操作人员按下近控操作面板11的HMI上的“备用工作辊的前进/后退操作”按钮后，近控操作面板11将控制信号通过WIFI信号13或以太网发送给换辊PLC12，换辊PLC12收到指令后，判断是否在手动模式下，若是，则响应指令，换辊PLC12控制备用工作辊9点动前进或后退。
如图6所示，本发明还提供了一种热轧平整线换辊区域近控操作设备，包括近控便携式装置。
该近控便携式装置，包括安装于平整线换辊区域旁的操作面板架子15，及插入在操作面板架子15上的近控操作面板11。
近控操作面板11通过两台WIFI信号13或以太网与换辊PLC12建立通讯，如图7和图8所示，本发明方法改变了换辊PLC12的传统控制方式，从近控操作面板11的通讯数据中读取操作指令，而不再使用传统的数字量输入/输出模板。
操作面板架子15上还设有NFC识别卡、急停开关和带有钥匙的选择开关。
选择开关用以锁定近控操作面板11操作，当近控操作面板11插入操作面板架子15，换辊PLC12获得近控操作面板11的操作位置，锁定远程操作权限，开放近控操作面板11近控操作权限，如果操作面板架子15上的选择开关钥匙开源被打到锁定位置，那么，除锁定远程操作外，近控操作面板11近控操作也将被锁定；而当近控操作面板11未插入操作面板架子15，此选择开关无效。
急停开关通过硬线接入换辊PLC12，确保设备和人身的安全性。
近控操作面板11内载有Android操作系统，平台开发、接口完善，平台支持和可扩展性强。
近控操作面板11与换辊PLC12通讯采用开源底层库，结构完善，通讯实时性强。
近控操作面板11应用层采用标准Android APP开发环境，具有很强的可扩展和升级能力。
为了防止近控操作面板11与换辊PLC12之间的通讯异常，近控操作面板11每100ms发送一次心跳电文至换辊PLC12，换辊PLC12每100ms验证一次近控操作面板11发送的心跳电文，如果出错将锁定操作，确保通讯的可靠性。
如图9和图10所示，使用便携可移动平整线换辊区域近控操作面板11的具体控制方法：
1)将近控操作面板11插入换辊区域操作面板架子15，近控操作面板11读到操作面板架子15上的NFC信息，自动打开换辊区域近控操作的操作界面，同时通过网络向换辊PLC12发生位置信号和操作请求；
2)换辊PLC12收到近控操作面板11的操作请求，核对位置信息后，将平整线换辊区域的操作模式切换到“近控”模式，封锁远程操作，开放权限给近控操作面板11；
3)近控操作面板11将手动操作信息通过网络以循环扫描方式发送到换辊PLC12并同时发送心态电文；
4)换辊PLC12以循环扫描方式通过网络向近控操作面板11发送响应的设备状态信息和工艺状态信息用于近控操作面板11的画面显示；同时以循环扫描方式读取近控操作面板11发送的操作信息和心态电文，当心跳电文异常时，忽略此次读取的操作信息，如果在一个设定的时间内每次都无法获得正确的心跳电文，则认为通讯失败；
5)换辊PLC12在获得有效的智能操作面板发送的操作信息后，执行相应的操作结果；
6)在近控操作过程中，如果操作面板架子15上的选择开关被打到锁定状态，换辊PLC12会封锁近控操作面板11的操作权限和任何操作请求信息直到选择开关状态被打到释放状态；
7)近控操作面板11近控操作结束后，近控操作面板11从操作面板架子15中拔出，近控操作面板11失去NFC识别标志，将锁定操作画面，只做设备状态和工艺状态显示用，同时换辊PLC12失去近控操作面板11的位置信息，即将换辊区域的操作模式却换为远程操作模式；
8)现场的操作面板架子15上的急停按钮不受近控操作面板11的状态约束，任何时候被按下均起到急停作用。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
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