本发明公开一种轧辊旋转喷雾淬火工艺控制方法，所使用的淬火温度控制装置包括存储有全局控制程序以及轧辊的理想降温曲线数据的上位机，以及与上位机相连接的测温装置和PLC，PLC的输出端连接喷雾控制装置；在淬火过程中，上位机的全局控制程序接收测温装置测得的实时温度，并依据实时温度与理想温度的差异，对气压和水压进行实时调节，使冷却速度与理想降温曲线的冷却速度接近，从而保证了淬火过程的温度控制精度，提高了淬火效率，另外，本发明还具有冷却均匀、淬火质量稳定等优点。
1.轧辊旋转喷雾淬火工艺控制方法，其特征在于：所使用的淬火温度控制装置包括存储有全局控制程序以及多种轧辊的理想降温曲线及各种温度、时间参数的上位机(2)，上位机的输入端通过信号线连接至少三组沿轧辊表面轴向均匀布置的测温装置(11)，上位机的输出端通过信号线与PLC(3)的输入端相连接；PLC(3)的输出端与喷雾控制装置相连；
所述喷雾控制装置包括与测温装置的位置和数量相对应的喷雾装置(400)，每个喷雾装置(400)均通过支路水压控制阀(411)和支路气压控制阀(421)与总输水管道以及总输气管道相连；总输水管道上设置总水压控制阀(410)，总输气管道上设置总气压控制阀(420)；
a)淬火开始前，根据待处理轧辊的尺寸和材质，调取与待处理轧辊相匹配的理想降温曲线；
c)根据理想降温曲线，查询当前淬火时间的理想温度Ta；
d)测温装置检测轧辊表面实时温度并将检测结果传输到上位机；
e)上位机记录各个测温点的实时温度，并计算出实时温度的平均值Tb；
f)判断实时温度的平均值Tb是否小于开始风冷温度，若Tb不小于开始风冷温度，则执行步骤i)；若Tb小于开始风冷温度，则执行步骤g)；
h)比较实时温度的平均值Tb与当前淬火时间的理想温度Ta的大小，如果Tb大于Ta，则增大总气压；如果Tb小于Ta，则减小总气压；如果Tb等于Ta，则维持总气压不变，然后执行步骤j)；
i)比较实时温度的平均值Tb与当前淬火时间的理想温度Ta的大小，若Tb大于Ta，则调节喷雾控制装置增大总水压和总气压，若Tb小于Ta，则减少总水压和总气压；如果Tb等于Ta，则保持总水压、总气压不变；
j)判断当前淬火时间是否达到理想降温曲线的结束时间，若当前时间未达到淬火曲线的结束时间，则返回步骤c)；若当前时间已经达到淬火曲线的结束时间，则关闭喷雾控制装置，淬火结束；
所述步骤e)中记录各测温点的实时温度后，分别将各测温点的实时温度与理想温度Ta相比较，根据比较结果调整支路水压控制阀(411)和支路气压控制阀(421)对各支路喷雾装置(400)的水压、气压进行调节；
所述步骤i)中若Tb与Ta相差在预设的喷雾误差温度值以上时，则调节喷雾控制装置的总水压控制阀(410)和总气压控制阀(420)以增大或减小水压和气压；
所述步骤h)中若Tb与Ta相差在预设的风冷误差温度值以上时，则调节喷雾控制装置的总气压控制阀(420)以增大或减小气压；
所述总水压控制阀(410)、总气压控制阀(420)、支路水压控制阀(411)以及支路气压控制阀(421)均是电动控制阀。
2.根据权利要求1所述的轧辊旋转喷雾淬火工艺控制方法，其特征在于：所述上位机(2)上设有使全局控制程序进入分段控制模式的分段控制开关，在分段控制模式下的控制方法为：依据生产经验将淬火过程分为若干阶段；在上位机的全局控制程序中依次输入各个阶段的目标气压值、目标水压值以及该阶段的持续时间；上位机(2)根据目标气压值以及目标水压值对PLC发出控制指令，PLC依据上位机的控制指令发出电信号对喷雾控制装置中的各个控制阀开度进行调节，其调节方式是在每个阶段开始的前20秒内采用随动比例调节，随动比例调节时各个控制阀的目标阀位值的算法为：其中，F1是当前水压或气压阀位值，F是目标水压或气压阀位值，J是当前水压或气压值，M是目标水压或气压值；
随动比例调节结束后，对各气压控制阀和水压控制阀的调节采用PID调节。
3.根据权利要求1或2任一项所述的轧辊旋转喷雾淬火工艺控制方法，其特征在于：所述PLC(3)还连接有显示仪表(300)。
轧辊旋转喷雾淬火工艺控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种淬火工艺控制方法，具体涉及一种大型轧辊在旋转喷雾淬火过程中的温度控制方法。
背景技术
[0002] 喷雾淬火是一种利用喷嘴将高速流动的压缩空气与冷却介质混合，由于压缩空气的高速冲击作用使冷却液雾化，然后大量的雾粒高速地喷洒到高温待淬火的工件上，使工件快速冷却而完成淬火的技术。这种淬火技术具有冷却均匀、可控性强、冷却能力可调范围大、安全无污染等其它淬火方式难以比拟的优点，因而广泛应用在大型轧辊热处理领域。
[0003] 目前，我国轧辊的喷雾热处理过程都是采用的分段控制的方法，将整个淬火过程分为喷雾阶段和喷气阶段，喷雾阶段又包括若干具体阶段，并且在各个阶段设定不同的气压值和水压值，从而控制各个阶段的冷却速度，完成轧辊的喷雾淬火；在喷雾淬火的过程中保持轧辊匀速旋转，以保证淬火效果的均匀性。在操作过程中，各个阶段的气压值、水压值都是凭经验设定并且在一个阶段内为恒定值，无法根据生产现场的实际情况进行实时调节。在轧辊生产中，由于轧辊尺寸、材质多种多样，因此淬火过程中应当采用的气压、水压也不一样。如果气压、水压参数设置不当，冷却强度过大，可能会造成轧辊开裂，给企业带来经济损失；若冷却强度过小，又会造成硬度不足，需要重新加热淬火，造成资源浪费。
发明内容
[0004] 本发明需要解决的技术问题是提供一种轧辊旋转喷雾淬火工艺控制方法，该方法可以为轧辊的淬火提供合适的冷却速度，以解决传统的喷雾淬火过程冷却强度难以控制、易出现质量事故的技术问题。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
[0006] 轧辊旋转喷雾淬火工艺控制方法，所使用的淬火温度控制装置包括存储有全局控制程序以及多种轧辊的理想降温曲线及各种温度、时间参数的上位机，上位机的输入端通过信号线连接至少三组沿轧辊表面轴向均匀布置的测温装置，上位机的输出端通过信号线与PLC的输入端相连接；PLC的输出端与喷雾控制装置相连；所述喷雾控制装置包括与测温装置的位置和数量相对应的喷雾装置，每个喷雾装置均通过支路水压控制阀和支路气压控制阀与总输水管道以及总输气管道相连；总输水管道上设置总水压控制阀，总输气管道上设置总气压控制阀；
[0007] 所述全局控制程序的控制方法按如下步骤顺序进行：
[0008] a）淬火开始前，根据待处理轧辊的尺寸和材质，调取与待处理轧辊相匹配的理想降温曲线；
[0009] b）淬火开始时，首先启动喷雾控制装置并开始计时；
[0010] c）根据理想降温曲线，查询当前淬火时间的理想温度Ta；
[0011] d）测温装置检测轧辊表面实时温度并将检测结果传输到上位机；
[0012] e）上位机记录各个测温点的实时温度，并计算出实时温度的平均值Tb；
[0013] f）判断实时温度的平均值Tb是否小于开始风冷温度，若Tb不小于开始风冷温度，则执行步骤i）；若Tb小于开始风冷温度，则执行步骤g）；
[0014] g）关闭总水压控制阀；
[0015] h）比较实时温度的平均值Tb与当前淬火时间的理想温度Ta的大小，如果Tb大于Ta，则增大气压；如果Tb小于Ta，则减小气压；如果Tb等于Ta，则维持气压不变，然后执行步骤j）；
[0016] i）比较实时温度的平均值Tb与当前淬火时间的理想温度Ta的大小，若Tb大于Ta，则调节喷雾控制装置增大水压和气压，若Tb小于Ta，则减少水压和气压；如果Tb等于Ta，则保持水压、气压不变；
[0017] j）判断当前淬火时间是否达到理想降温曲线的结束时间，若当前时间未达到淬火规定的时间，则返回步骤c）；若当前时间已经达到淬火曲线的结束时间，则关闭喷雾控制装置，淬火结束。
[0018] 本发明的进一步改进在于：所述步骤e）中记录各测温点的实时温度后，分别将各测温点的实时温度与理想温度Ta相比较，根据比较结果调整支路水压控制阀和支路气压控制阀对各支路喷雾装置的水压、气压进行调节。
[0019] 本发明中步骤i）的改进在于：所述步骤i）中若Tb与Ta相差在预设的喷雾误差温度值以上时，则调节喷雾控制装置的总水压控制阀和总气压控制阀以增大或减小水压和气压。
[0020] 本发明中步骤h）的改进在于：所述步骤h）中若Tb与Ta相差在预设的风冷误差温度值以上时，则调节喷雾控制装置的总气压控制阀以增大或减小气压。
[0021] 本发明的进一步改进在于：所述上位机上设有使全局控制程序进入分段控制模式的分段控制开关，在分段控制模式下的控制方法为：依据生产经验将淬火过程分为若干阶段；在上位机的全局控制程序中依次输入各个阶段的目标气压值、目标水压值以及该阶段的持续时间；上位机根据目标气压值以及目标水压值对PLC发出控制指令，PLC依据上位机的控制指令发出电信号对喷雾控制装置中的各个控制阀开度进行调节，其调节方式是在每个阶段开始的前20秒内采用随动比例调节，随动比例调节时各个控制阀的目标阀位值的算法为：
[0022]
[0023] 其中，F1是当前水压（或气压）阀位值，F是目标水压（或气压）阀位值，J是当前水压（或气压）值，M是目标水压（或气压）值；
[0024] 随动比例调节结束后，对各气压控制阀和水压控制阀的调节采用PID调节。
[0025] 作为优选，本发明中所用总水压控制阀、总气压控制阀、支路水压控制阀以及支路气压控制阀均是电动控制阀。
[0026] 作为优选，本发明中所用PLC还连接有显示仪表。
[0027] 由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步如下。
[0028] 本发明通过全局控制程序将实际淬火过程的各项参数与理想降温曲线的数据进行实时比较，并通过喷雾控制装置对冷却强度进行调整，极大提高了淬火过程的灵活性和控制精度，提高了淬火效率；在淬火测温及控制过程中无需人工输入参数，自动化程度高，减少了由于人工操作不当造成的失误；在处理新材质的轧辊时，无需依据经验设置具体的气压值和水压值，避免了参数设置不当造成的热处理质量事故。
[0029] 本发明通过将各测温点的实时温度与理想温度相比较，并通过各个支路上的控制阀对支路气压、水压进行调节，进一步提高了淬火的均匀性，提高了淬火过程控制精度；本发明在淬火过程中，实时温度的平均值与理想温度相差30℃以上时对总气压、总水压进行调节，既保证淬火的冷却速度，也避免了控制阀的频繁调节，在不影响淬火质量的情况下，控制过程运行更加平稳；本发明通过设置分段控制开关，在测温装置发生故障时可以采用分段控制方法，而且对传统的分段控制方法做出了改进，采用了随动比例调节与PID调节相结合的方式进行调节，具有响应快、稳态误差小等优点，提高了本发明的抗故障性，使系统性能更加稳定；本发明中各个水压控制阀以及气压控制阀均采用电动控制阀，可以对气体和液体的流量和压力进行精确调节；本发明中所用PLC连接有显示仪表，便于操作人员对淬火过程进行监控，进一步保证了系统的稳定性。
附图说明
[0030] 图1：本发明中的控制装置示意图；
[0031] 图2：本发明中的控制方法流程图。
[0032] 其中：11.测温装置，2.上位机，3.PLC，300.显示仪表，400.喷雾装置，410.总水压控制阀，420.总气压控制阀，411.支路水压控制阀，421.支路气压控制阀。
具体实施方式
[0033] 下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步详细说明：
[0034] 轧辊旋转喷雾淬火工艺控制方法，所用的淬火温度控制装置如图1所示，包括三组测温装置11，一台上位机2，一台西门子S7-300型号的PLC，一台显示仪表300，以及喷雾控制装置。其中，测温装置11是一种红外测温仪，三组红外测温仪依次设置在轧辊待淬火部分的前端、后端、以及中间部位。红外测温仪的测量结果通过信号线传输到上位机2的输入端。上位机2中存储有全局控制程序以及多种轧辊的理想降温曲线及各种温度、时间参数，这些参数包括开始风冷温度、喷雾误差温度值、风冷误差温度值等。上位机2的输出端通过信号线与PLC的输入端相连接。PLC的输出端与喷雾控制装置相连。喷雾控制装置包括三个喷雾装置400，喷雾装置400的位置与三组红外测温仪的位置相对应，每个喷雾装置400通过一个支路水压控制阀411与总输水管道相连，还通过一个支路气压控制阀421与总输气管道相连。总输水管道上设有总水压控制阀410，总输气管道上设有总气压控制阀
420。这些控制阀都是电动控制阀，可以根据PLC发出的电信号对气压和水压进行精确调节。PLC的SM331模块还连接有一台显示仪表300，以便于技术人员对淬火过程进行监控。
[0035] 本实施例中，淬火过程的控制方法如图2所示。淬火开始前，上位机2根据待处理轧辊的尺寸和材质，调取与该轧辊相匹配的理想降温曲线。淬火开始时，开启上述的淬火温度控制装置，打开喷雾控制装置的各个水压控制阀和气压控制阀，并开始计时。然后，全局控制程序根据理想降温曲线查询当前淬火时间的理想温度Ta，再接收并记录由三个测温装置11测得的实时温度T1、T2、T3，并计算三个实时温度的平均温度Tb，然后判断实时温度的平均值Tb是否达到风冷温度，一般轧辊设这个温度为200℃。
[0036] 如果Tb不小于200℃，则比较Tb与Ta的大小，判断Tb与Ta的差值是否达到喷雾误差温度值，喷雾误差温度值是预先设定的，一般为30℃，若Tb比Ta高30℃以上，则发出总水压、总气压增大的指令，若Tb比Ta低30℃以上，则发出总水压、总气压减小的指令，若Tb与Ta相差不超过30℃，则维持总水压、总气压不变。然后分别将T1、T2、T3与Ta相比较，若其中某一个温度与Ta的差值大于30℃，则调节与此测温点相应的喷雾装置的支路水压控制阀和支路气压控制阀，以对该支路的水压、气压进行调节，加快或者降低此处的冷却速度。
[0037] 如果Tb小于200℃，则需要关闭总水压控制阀，进行风冷，以免冷却速度过快造成开裂。关闭总水压控制阀以后，再比较Tb与Ta的大小，判断Tb与Ta的差值是否达到风冷误差温度值，风冷误差温度值是预先设定的，一般为10℃，若Tb比Ta高10℃以上，则发出总气压增大的指令；若Tb比Ta低10℃以上，则发出总气压减小的指令；若Tb与Ta相差不超过10℃，则发出总气压不变的指令。然后，分别将T1、T2、T3与Ta相比较，若其中某一个温度与Ta的差值大于10℃，则调节与此测温点相应的喷雾装置的支路气压控制阀，以对该支路的气压进行调节，加快或者降低此处的冷却速度。
[0038] 最后，判断当前淬火时间t1否达到了理想降温曲线的结束时间t2，若当前淬火时间t1没有达到结束时间t2，则返回查询当前淬火时间理想温度Ta的步骤；若淬火时间t1已经达到或超过理想降温曲线的淬火时间t2，发出关闭各个控制阀的指令，淬火结束。
[0039] 此外，在上位机中还包含一个备用的分段控制开关，当打开分段控制开关时，可以使全局控制程序进入分段控制模式。当测温装置11发生故障时，打开分段控制模式开关，将全局控制程序切换到分段控制模式，此模式下，系统的工作方法为：首先依据生产经验将淬火过程分为若干阶段，在上位机的全局控制程序中依次输入各个阶段的目标气压值、目标水压值以及该阶段的持续时间；上位机根据目标气压值以及目标水压值对PLC发出控制指令，PLC依据上位机的控制指令发出电信号，对喷雾控制装置中的各个控制阀开度进行调节，其调节方式是：在每个阶段开始后的前20秒采用随动比例调节，各个控制阀的目标阀位值的算法为：
[0040]
[0041] 其中，F是目标水压（或气压）阀位值，F1是当前水压（或气压）阀位值，J是当前水压（或气压）值，M是目标水压（或气压）值。
[0042] 随动比例调节结束后，对各气压控制阀和水压控制阀的调节过程采用PID控制的方法。当各个阶段运行完毕后，关闭喷雾控制装置的各个控制阀，淬火结束。
