本發(fā)明涉及金屬材料加工，具體為一種冷軋管機(jī)控制系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、冷軋管機(jī)控制系統(tǒng)起源于20世紀(jì)中期，隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展而逐步演變。最初的冷軋管機(jī)主要依賴(lài)人工操作，控制精度有限。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳感器技術(shù)的進(jìn)步，自動(dòng)化控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)軋制過(guò)程中的速度、壓力和溫度等參數(shù)的精確控制，從而提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量?，F(xiàn)代冷軋管機(jī)控制系統(tǒng)還融入了智能監(jiān)控與反饋機(jī)制，進(jìn)一步優(yōu)化了軋制工藝。

2、但現(xiàn)有的冷軋管機(jī)控制系統(tǒng)采用靠頂直的方式工作，帶來(lái)了以下技術(shù)缺點(diǎn)：

3、1、管材變形不均：由于靠頂直的方式強(qiáng)行調(diào)整工件的姿態(tài)，容易導(dǎo)致管材在軋制過(guò)程中受力不均，出現(xiàn)彎曲、偏斜或橢圓度超標(biāo)的問(wèn)題，影響最終的產(chǎn)品精度和質(zhì)量。

4、2、磨損和設(shè)備損耗加?。喉斨狈绞綍?huì)使機(jī)器部件承受較大的集中應(yīng)力，特別是軋輥、支架和傳動(dòng)部件，長(zhǎng)期使用容易加劇這些部件的磨損，增加設(shè)備維護(hù)和更換的頻率。

5、3、能耗和效率低下：由于需要通過(guò)較大的力來(lái)實(shí)現(xiàn)頂直過(guò)程，系統(tǒng)的能源消耗較高，同時(shí)在調(diào)整工件姿態(tài)時(shí)會(huì)增加加工時(shí)間，降低生產(chǎn)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種冷軋管機(jī)控制系統(tǒng)和方法，解決了上述背景技術(shù)中管材變形不均、磨損和設(shè)備損耗加劇以及能耗和效率低下的技術(shù)問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種冷軋管機(jī)控制系統(tǒng)，包括工件監(jiān)測(cè)模塊、壓力調(diào)整模塊、拉直控制模塊、磨損分析模塊和能耗優(yōu)化模塊；

3、所述工件監(jiān)測(cè)模塊用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軋制過(guò)程中管材的數(shù)據(jù)信息，并生成第一數(shù)據(jù)組，接著計(jì)算評(píng)估管材形變指數(shù)gcxb，依據(jù)管材形變指數(shù)gcxb的評(píng)估內(nèi)容對(duì)管材在軋制過(guò)程中存在的形變情況進(jìn)行識(shí)別；

4、所述壓力調(diào)整模塊用于根據(jù)管材在軋制過(guò)程中存在的形變情況，對(duì)冷軋管機(jī)的軋制壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整；

5、所述拉直控制模塊用于通過(guò)拉直方式對(duì)管材姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，并實(shí)時(shí)記錄拉直過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，接著生成第二數(shù)據(jù)組，通過(guò)將所述第一數(shù)據(jù)組與所述第二數(shù)據(jù)組匯總，形成軋制力數(shù)據(jù)集；

6、所述磨損分析模塊用于對(duì)所述軋制力數(shù)據(jù)集中相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行特征提取，獲取軋制壓力因子yzyl、管材拉直因子lzfx、設(shè)備磨損程度wxcd以及管材受力均勻性slyx后，通過(guò)進(jìn)一步計(jì)算得到設(shè)備磨損狀態(tài)系數(shù)wxzs和管材磨損形變系數(shù)gxzs，最后將所述設(shè)備磨損狀態(tài)系數(shù)wxzs和管材磨損形變系數(shù)gxzs相關(guān)聯(lián)，獲取整體磨損狀態(tài)系數(shù)zgxs；

7、所述能耗優(yōu)化模塊用于預(yù)設(shè)能耗閾值yv，并與所述整體磨損狀態(tài)系數(shù)zgxs進(jìn)行對(duì)比評(píng)估，并生成能耗效率評(píng)估報(bào)告；根據(jù)能耗效率評(píng)估報(bào)告，對(duì)管材姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整時(shí)的參數(shù)以?xún)?yōu)化能耗和效率進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。

8、優(yōu)選的，所述工件監(jiān)測(cè)模塊包括管材數(shù)據(jù)采集單元和管材形變?cè)u(píng)估單元；

9、所述管材數(shù)據(jù)采集單元所采集的管材的數(shù)據(jù)信息包括形狀相關(guān)數(shù)據(jù)和受力狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)，所述形狀相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)激光測(cè)量設(shè)備采集，所述受力狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)應(yīng)力傳感器進(jìn)行采集，將形狀相關(guān)數(shù)據(jù)和受力狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和無(wú)量綱處理后，生成第一數(shù)據(jù)組。

10、優(yōu)選的，所述管材形變?cè)u(píng)估單元提取第一數(shù)據(jù)組中的橫截面偏差系數(shù)hpc、壁厚不均勻性hjy、表面應(yīng)力集中系數(shù)hbm和軋制力矩值hgz，通過(guò)以下公式計(jì)算獲取管材形變指數(shù)gcxb：

11、

12、通過(guò)預(yù)設(shè)第一管材形變閾值q1和第二管材形變閾值q2，與管材形變指數(shù)gcxb進(jìn)行對(duì)比評(píng)估，且第一管材形變閾值q1＞第二管材形變閾值q2，具體生成以下評(píng)估內(nèi)容：

13、當(dāng)管材形變指數(shù)gcxb＞第一管材形變閾值q1時(shí)，表明管材在軋制過(guò)程中存在形變，且影響管材質(zhì)量，此時(shí)生成第一形變結(jié)果；

14、當(dāng)?shù)谝还懿男巫冮撝祋1≥管材形變指數(shù)gcxb＞第二管材形變閾值q2時(shí)，表明管材在軋制過(guò)程中存在形變，但不影響管材質(zhì)量，此時(shí)生成第二形變結(jié)果；

15、當(dāng)?shù)诙懿男巫冮撝祋2≥管材形變指數(shù)gcxb時(shí)，表明管材在軋制過(guò)程中參數(shù)正常，不存在形變。

16、優(yōu)選的，所述壓力調(diào)整模塊接收第一數(shù)據(jù)組與管材形變指數(shù)gcxb的評(píng)估結(jié)果；接著實(shí)時(shí)調(diào)整冷軋管機(jī)的軋制壓力，具體為：

17、當(dāng)?shù)谝恍巫兘Y(jié)果生成時(shí)：生成壓力調(diào)整指令，包括自動(dòng)調(diào)整軋制壓力和暫停軋制；

18、當(dāng)?shù)诙巫兘Y(jié)果生成時(shí)：生成壓力微調(diào)指令，包括調(diào)整軋制壓力和優(yōu)化工藝。

19、優(yōu)選的，所述拉直控制模塊包括姿態(tài)調(diào)整記錄單元和數(shù)據(jù)匯總單元；

20、姿態(tài)調(diào)整記錄單元用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄管材姿態(tài)在拉直過(guò)程中的變化相關(guān)數(shù)據(jù)；首先提取第一數(shù)據(jù)組中的形狀相關(guān)數(shù)據(jù)和當(dāng)前拉直參數(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)拉直裝置的工作狀態(tài)使管材逐步恢復(fù)到預(yù)設(shè)姿態(tài)；其次在拉直過(guò)程中采集管材在不同拉直階段的姿態(tài)數(shù)據(jù)，包括管材的軸線偏移值z(mì)py、彎曲角度變化值z(mì)wq和調(diào)整后直線度zxd，并將所述管材的軸線偏移值z(mì)py、彎曲角度變化值z(mì)wq和調(diào)整后直線度zxd進(jìn)行整合并構(gòu)建第二數(shù)據(jù)組；

21、所述數(shù)據(jù)匯總單元用于將所述姿態(tài)調(diào)整記錄單元生成的第二數(shù)據(jù)組進(jìn)行預(yù)處理與無(wú)量綱處理后，與第一數(shù)據(jù)組進(jìn)行整合，通過(guò)數(shù)據(jù)融合算法，匯總成軋制力數(shù)據(jù)集；

22、所述軋制力數(shù)據(jù)集包含管材在拉直前后的狀態(tài)變化相關(guān)數(shù)據(jù)、壓力調(diào)整前后的力學(xué)表現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，以及整個(gè)拉直過(guò)程的綜合數(shù)據(jù)。

23、優(yōu)選的，所述磨損分析模塊包括第一計(jì)算單元、第二計(jì)算單元和第三計(jì)算單元：

24、所述第一計(jì)算單元通過(guò)提取軋制力數(shù)據(jù)集，通過(guò)以下公式分別計(jì)算軋制壓力因子yzyl、管材拉直因子lzfx、設(shè)備磨損程度wxcd以及管材受力均勻性slyx：

25、

26、

27、式中，zsl表示軋制力數(shù)據(jù)集中的實(shí)時(shí)軋制力，zsd表示軋制力數(shù)據(jù)集中的軋制速度，zwy表示軋制力數(shù)據(jù)集中的固定周期內(nèi)的位移量，zwd表示軋制力數(shù)據(jù)集中的軋制溫度；

28、lwm表示軋制力數(shù)據(jù)集中的軋制輪表面磨損量，gjbl表示軋制力數(shù)據(jù)集中的軋輥間距變化量，ssc表示軋制力數(shù)據(jù)集中的軋制設(shè)備的累計(jì)使用時(shí)長(zhǎng)，zdfd表示軋制力數(shù)據(jù)集中的設(shè)備運(yùn)行振動(dòng)幅度；

29、ymfb表示軋制力數(shù)據(jù)集中的管材表面應(yīng)力分布，ydbd表示軋制力數(shù)據(jù)集中的管材受力點(diǎn)的應(yīng)力波動(dòng)，hdp表示軋制力數(shù)據(jù)集中的管材厚度偏差。

30、優(yōu)選的，所述第二計(jì)算單元通過(guò)將軋制壓力因子yzyl和設(shè)備磨損程度wxcd擬合獲取設(shè)備磨損狀態(tài)系數(shù)wxzs，又通過(guò)將管材拉直因子lzfx和管材受力均勻性slyx擬合獲取管材磨損形變系數(shù)gxzs，具體計(jì)算公式如下：

31、

32、優(yōu)選的，所述第三計(jì)算單元用于通過(guò)以下公式計(jì)算獲取整體磨損狀態(tài)系數(shù)zgxs：

33、

34、優(yōu)選的，所述能耗優(yōu)化模塊用于預(yù)設(shè)能耗閾值yv，并與所述整體磨損狀態(tài)系數(shù)gzxs進(jìn)行對(duì)比評(píng)估，以生成能耗效率評(píng)估報(bào)告，其中具體評(píng)估內(nèi)容如下：

35、當(dāng)整體磨損狀態(tài)系數(shù)gzxs＞能耗閾值yv時(shí)，生成第一能耗等級(jí)，表示當(dāng)前冷軋管機(jī)的能耗效率異常，系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)整管材姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整時(shí)的參數(shù)，調(diào)整能耗與效率，具體包括調(diào)整拉直力度和壓力消耗；

36、當(dāng)整體磨損狀態(tài)系數(shù)gzxs≤能耗閾值yv時(shí)，生成第二能耗等級(jí)，表示當(dāng)前能耗效率正常，此時(shí)系統(tǒng)將保持當(dāng)前管材姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整時(shí)的參數(shù)，并持續(xù)監(jiān)測(cè)軋制狀態(tài)，確保能耗處于正常范圍。

37、一種冷軋管機(jī)控制方法，包括以下步驟：

38、步驟一、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軋制過(guò)程中管材的數(shù)據(jù)信息，并生成第一數(shù)據(jù)組，接著計(jì)算評(píng)估管材形變指數(shù)gcxb，依據(jù)管材形變指數(shù)gcxb的評(píng)估內(nèi)容對(duì)管材在軋制過(guò)程中存在的形變情況進(jìn)行識(shí)別；

39、步驟二、根據(jù)管材在軋制過(guò)程中存在的形變情況，對(duì)冷軋管機(jī)的軋制壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整；

40、步驟三、通過(guò)拉直方式對(duì)管材姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，并實(shí)時(shí)記錄拉直過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，接著生成第二數(shù)據(jù)組，通過(guò)將所述第一數(shù)據(jù)組與所述第二數(shù)據(jù)組匯總，形成軋制力數(shù)據(jù)集；

41、步驟四、對(duì)所述軋制力數(shù)據(jù)集中相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行特征提取，獲取軋制壓力因子yzyl、管材拉直因子lzfx、設(shè)備磨損程度wxcd以及管材受力均勻性slyx后，通過(guò)進(jìn)一步計(jì)算得到設(shè)備磨損狀態(tài)系數(shù)wxzs和管材磨損形變系數(shù)gxzs，最后將所述設(shè)備磨損狀態(tài)系數(shù)wxzs和管材磨損形變系數(shù)gxzs相關(guān)聯(lián)，獲取整體磨損狀態(tài)系數(shù)zgxs；

42、步驟五、預(yù)設(shè)能耗閾值yv與整體磨損狀態(tài)系數(shù)zgxs進(jìn)行對(duì)比評(píng)估，并生成能耗效率評(píng)估報(bào)告；根據(jù)能耗效率評(píng)估報(bào)告，對(duì)管材姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整時(shí)的參數(shù)以?xún)?yōu)化能耗和效率進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。

43、本發(fā)明提供了一種冷軋管機(jī)控制系統(tǒng)和方法。具備以下有益效果：

44、(1)該一種冷軋管機(jī)控制系統(tǒng)和方法，通過(guò)工件監(jiān)測(cè)模塊、壓力調(diào)整模塊和拉直控制模塊相結(jié)合，解決了管材在冷軋過(guò)程中出現(xiàn)的變形不均問(wèn)題。工件監(jiān)測(cè)模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管材的形狀數(shù)據(jù)和受力狀態(tài)數(shù)據(jù)，生成第一數(shù)據(jù)組并計(jì)算管材形變指數(shù)gcxb；壓力調(diào)整模塊根據(jù)管材形變指數(shù)gcxb的評(píng)估結(jié)果，實(shí)時(shí)調(diào)整冷軋壓力，確保管材在軋制過(guò)程中的受力均勻；拉直控制模塊通過(guò)拉直方式對(duì)管材的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)并生成第二數(shù)據(jù)組，結(jié)合第一數(shù)據(jù)組生成軋制力數(shù)據(jù)集，優(yōu)化了管材的姿態(tài)矯正和形變控制。

45、(2)該一種冷軋管機(jī)控制系統(tǒng)和方法，通過(guò)磨損分析模塊與能耗優(yōu)化模塊的結(jié)合，有效解決了設(shè)備磨損和能耗效率低下的問(wèn)題。磨損分析模塊提取軋制力數(shù)據(jù)集中的關(guān)鍵參數(shù)，如軋制壓力因子yzyl、管材拉直因子lzfx、設(shè)備磨損程度wxcd和管材受力均勻性slyx，通過(guò)計(jì)算得到設(shè)備磨損狀態(tài)系數(shù)wxzs和管材磨損形變系數(shù)gxzs；能耗優(yōu)化模塊預(yù)設(shè)能耗閾值yv并與整體磨損狀態(tài)系數(shù)gzxs進(jìn)行對(duì)比評(píng)估，生成能耗效率評(píng)估報(bào)告，自動(dòng)調(diào)整管材姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整時(shí)的參數(shù)，減少設(shè)備磨損和提高生產(chǎn)效率。

46、(3)該一種冷軋管機(jī)控制系統(tǒng)和方法，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與調(diào)整冷軋過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)，確保管材軋制質(zhì)量穩(wěn)定，同時(shí)降低了因設(shè)備磨損而導(dǎo)致的損耗和能耗。通過(guò)優(yōu)化拉直過(guò)程中的壓力調(diào)整和姿態(tài)控制，提升了冷軋管機(jī)的整體能耗效率，解決了管材加工過(guò)程中常見(jiàn)的能耗和效率低下問(wèn)題，提高了生產(chǎn)線的整體運(yùn)營(yíng)效率。