專利名稱：生產(chǎn)金屬制品的多道次聯(lián)動設(shè)備控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多道次聯(lián)動設(shè)備控制器，屬于金屬制品生產(chǎn)的電動控制設(shè)備。
背景技術(shù)：
在眾多的傳統(tǒng)行業(yè)、新興行業(yè)中，需要一種多機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)一起聯(lián)動的設(shè)備，例如造紙業(yè)的造紙機(jī)、金屬制品的拉拔設(shè)備，機(jī)械加工業(yè)的數(shù)控機(jī)床，冶金業(yè)的軋機(jī)，這些設(shè)備在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中對產(chǎn)品的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，同時也是產(chǎn)品能否進(jìn)行深度加工的關(guān)鍵。圖1為用于金屬生產(chǎn)的N道次聯(lián)動設(shè)備示意圖，其中收卷機(jī)為成品收卷用，不作為普通的道次，所以圖1為N道次。每一道次主要有變頻器、電機(jī)、機(jī)械連接到壓輥或者卷筒(簡稱輥/筒)、機(jī)臺信號、調(diào)諧器信號。機(jī)臺信號包括單機(jī)運(yùn)行信號、左聯(lián)動信號、右聯(lián)動信號、切除信號、制動信號和安全信號，這些信號輸入到控制器，由控制器給出相應(yīng)的命令使變頻器或其它執(zhí)行元件完成相應(yīng)的動作。調(diào)諧器是為檢測位置或張力而設(shè)置的，它協(xié)調(diào)了相鄰兩道次的工作速度關(guān)系。由多道次組成的聯(lián)動設(shè)備，其相鄰道次之間存在著一定的速度比例關(guān)系，以保證協(xié)調(diào)工作。例如圖1中，從材料進(jìn)入A點(diǎn)經(jīng)過輥/筒1后到B點(diǎn)、經(jīng)過輥/筒2后到C點(diǎn)、經(jīng)過輥/筒3后到D點(diǎn)、經(jīng)過輥/筒4后到E點(diǎn)、經(jīng)過輥/筒5后到F點(diǎn)、經(jīng)過輥/筒6后到F點(diǎn)、然后到H點(diǎn)最后到收卷機(jī)，然而目前的聯(lián)動設(shè)備控制器還不能很好地實(shí)現(xiàn)多道次的協(xié)調(diào)工作，極大地影響了生產(chǎn)和設(shè)備使用率。另外，數(shù)據(jù)處理在聯(lián)動設(shè)備控制器中是一種非常重要的內(nèi)容，常用有兩種模式一種模式為模擬量輸入輸出和開關(guān)量的輸入輸出模式，另一種為現(xiàn)場總線模式。目前的聯(lián)動設(shè)備控制器只能采用兩種模式中的一種，而不能同時提供此兩種模式，給用戶的使用帶來了不便。
(三)實(shí)用新型內(nèi)容為了克服已有的多道次聯(lián)動設(shè)備控制器的數(shù)據(jù)交換與傳輸使用不方便的不足，本實(shí)用新型提供一種數(shù)據(jù)處理選擇現(xiàn)場總線模式或者模擬量輸入輸出和開關(guān)量的輸入輸出模式，給用戶的使用帶來極大的方便的生產(chǎn)金屬制品的多道次聯(lián)動設(shè)備控制器。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種生產(chǎn)金屬制品的多道次聯(lián)動設(shè)備控制器，包括用于完成整個聯(lián)動設(shè)備的一切數(shù)據(jù)處理、交換和命令的微處理器，用于為微處理器及其它模塊提供供電電源的電源模塊，用于對聯(lián)動設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)定的鍵盤，所述的電源模塊連接微處理器模塊及其它模塊，所述的鍵盤連接微處理器，所述的控制器還包括用于給定各道次的單機(jī)運(yùn)行信號、左聯(lián)動信號、右聯(lián)動信號、切除信號、制動信號、安全信號和其它整機(jī)命令信號的開關(guān)輸入模塊，用于給定各道次的執(zhí)行設(shè)備的運(yùn)行信號和機(jī)械剎車元件的動作信號的開關(guān)輸出模塊，用于各道次的位置或張力模擬參量的輸入的模擬輸入模塊，用于給定各道次的外圍執(zhí)行設(shè)備的速度電壓的模擬輸出模塊，用于連接外圍輸入設(shè)備與微處理器、外圍執(zhí)行設(shè)備與微處理器，形成數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)交換通道的現(xiàn)場總線模塊，外圍輸入設(shè)備包括總線端口、外部輸入開關(guān)量、外部輸入模擬量；外圍執(zhí)行設(shè)備包括總線端口、開關(guān)量輸出、模擬量輸出；所述的現(xiàn)場總線模塊通過現(xiàn)場總線與外圍輸入設(shè)備的總線端口連接，與輸出設(shè)備的總線端口連接；所述的現(xiàn)場總線模塊連接微處理器，所述的外圍輸出設(shè)備的總線端口分別連接所述的外部輸入開關(guān)量、外部輸入模擬量，所述的外圍執(zhí)行設(shè)備的總線端口連接所述的開關(guān)量輸出、模擬量輸出；所述的開關(guān)輸入模塊連接所述外部輸入開關(guān)量，所述的模擬輸入模塊連接所述外部輸入模擬量；所述的開關(guān)輸出模塊連接所述開關(guān)量輸出，所述的模擬量輸出模塊連接所述的模擬量輸出。
進(jìn)一步，所述的控制器包括4個開關(guān)輸入模塊、2個開關(guān)輸出模塊、2個模擬輸入模塊、2個模擬量輸出模塊。
再進(jìn)一步，所述的開關(guān)輸入模塊包括24個接點(diǎn)，24個接點(diǎn)通過24個光藕TLP521隔離后，輸入到3個74HC373，通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線連接微處理器，4個模塊共96開關(guān)量輸入節(jié)點(diǎn)，各個輸入節(jié)點(diǎn)對應(yīng)于各個道次的單機(jī)運(yùn)行信號、左聯(lián)動信號、右聯(lián)動信號、切除信號、制動信號和安全信號；所述的開關(guān)輸出模塊包括16個接點(diǎn)，16個接點(diǎn)通過16個達(dá)林頓光藕PS2732隔離后輸出，2個模塊共有32開關(guān)量輸出節(jié)點(diǎn)對應(yīng)于各道次的執(zhí)行設(shè)備的運(yùn)行信號和機(jī)械剎車元件的動作信號；所述的模擬輸入模塊包括8個接點(diǎn)，8個接點(diǎn)經(jīng)過電阻分壓連接微處理器的A/D入口，2個模塊共有16模擬量輸入節(jié)點(diǎn)對應(yīng)于各道次的位置或張力模擬輸入；所述的模擬輸出模塊包括8個接點(diǎn)，8個接點(diǎn)連接微處理器模塊的PWM濾波產(chǎn)生接口，2個模塊共有16模擬量輸出節(jié)點(diǎn)對應(yīng)于各道次的執(zhí)行設(shè)備的速度電壓給定；所述的現(xiàn)場總線模塊由微處理器CAN總線端口產(chǎn)生。
更進(jìn)一步，所述的現(xiàn)場總線模塊與上位機(jī)通訊連接。
或者是，所述的總線模塊與觸摸屏通訊連接。
所述的開關(guān)輸入模塊與微處理器的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線連接。
所述的開關(guān)輸出模塊與微處理器的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線連接。
所述的外圍執(zhí)行設(shè)備為變頻器。
本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在(1)數(shù)據(jù)處理可以是模擬量輸入輸出和開關(guān)量的輸入輸出模式，也可以為現(xiàn)場總線模式，還可以是這兩種模式的組合，這些都可以通過鍵盤設(shè)置，給用戶的使用帶來了極大的方便；(2)實(shí)現(xiàn)多道次協(xié)調(diào)工作，增加聯(lián)動設(shè)備的運(yùn)行時間和工作效率，降低了生產(chǎn)成本；(3)方便地與電氣設(shè)備連接，組成聯(lián)動設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)，提高設(shè)備安裝與調(diào)試效能；(4)控制器的輸入輸出節(jié)點(diǎn)含義和功能通過鍵盤可以任意定義，極大限度地滿足不同類型的輸入輸出設(shè)備或元件的需求；不同類型的設(shè)備與元件可以方便與控制器連接，發(fā)揮其功效；(5)能夠與觸摸屏、上位機(jī)通訊，極大地方便了用戶的使用，提高了自動化程度；(6)控制器各模塊與CPU的有效組合(7)采用現(xiàn)有的POC模塊，成本較高，而本實(shí)用新型采用單片機(jī)模塊，成本很低。


圖1是聯(lián)動設(shè)備工作示意圖。
圖2是控制器結(jié)構(gòu)圖。
圖3是控制器組成與外圍設(shè)備示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
參照圖2、圖3，圖2給出了整個控制器的組成模塊，控制器包括4個開關(guān)量輸入模塊、2個開關(guān)量輸出模塊、2個模擬量輸入模塊、2個模擬量輸出模塊、1個總線模塊、1個微處理器CPU、1個開關(guān)電源和1個鍵盤。除CPU和開關(guān)電源、鍵盤外，其它接口可以由用戶根據(jù)需要來選擇使用，選擇的方法通過鍵盤設(shè)定即可。其中每一個開關(guān)量輸入接口有24個接點(diǎn)，24個接點(diǎn)通過24個光藕TLP521隔離后，輸入到3個74HC373，通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線被CPU讀取，4個接口共有96開關(guān)量輸入節(jié)點(diǎn)用于各道次的單機(jī)運(yùn)行信號、左聯(lián)動信號、右聯(lián)動信號、切除信號、制動信號、安全信號和整機(jī)命令信號的輸入，滿足了設(shè)備對開關(guān)量輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)量的要求；每一個開關(guān)量輸出接口有16個接點(diǎn)，通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線由CPU寫入2個74HC373，16個接點(diǎn)通過16個達(dá)林頓光藕PS2732隔離后輸出，2個接口共有32開關(guān)量輸出節(jié)點(diǎn)用于各道次的執(zhí)行接口(例如變頻器)的運(yùn)行信號和機(jī)械剎車元件的動作信號，滿足了設(shè)備對開關(guān)量輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)量的要求；每一個模擬量輸入接口有8個接點(diǎn)，經(jīng)過電阻分壓直接到CPU的A/D入口，2個接口共有16模擬量輸入節(jié)點(diǎn)用于各道次的位置或張力模擬輸入，滿足了設(shè)備對模擬輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)量的要求；每一個模擬量輸出接口有8個接點(diǎn)，由PWM產(chǎn)生濾波后為模擬信號，2個接口共有16模擬量輸出節(jié)點(diǎn)用于各道次的執(zhí)行單元(例如變頻器)的速度電壓給定，滿足了設(shè)備對模擬輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)量的要求；現(xiàn)場總線接口利用CPU中的CAN總線，可以很方便地連接輸入輸出設(shè)備、元件的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)交換，只要輸入輸出設(shè)備、元件具有總線接口，非常方便地進(jìn)行連接，現(xiàn)場總線接口還可以與上位機(jī)進(jìn)行通訊，為電子管理提供了必要的條件，現(xiàn)場總線接口還能夠與觸摸屏通訊，方便了用戶的使用，提高了自動化程度；CPU是控制器的核心，完成一切的數(shù)據(jù)處理、交換和命令；開關(guān)電源為整個控制提供電源；鍵盤是由單片機(jī)、按鍵等組成，用于參數(shù)設(shè)定并保存在EEPROM(24LC08)中，可以設(shè)定輸入輸出的開關(guān)量的含義和輸入輸出的模擬量含義，也可以設(shè)定現(xiàn)場總線接口的工作狀況，還可以設(shè)定哪些開關(guān)量通過節(jié)點(diǎn)來輸入輸出的，哪些開關(guān)量通過現(xiàn)場總線來讀取或輸出的；哪些量通過模擬節(jié)點(diǎn)來輸入輸出的，哪些量通過現(xiàn)場總線來輸入輸出的。所有的這些能夠靈活設(shè)定，極大地方便了用戶，用戶可以根據(jù)輸入輸出設(shè)備或元件的具體情況，做出相應(yīng)的設(shè)定。
為了便于理解，把圖1中的變頻器輸入輸出信號、調(diào)諧器信號、機(jī)臺輸入輸出信號進(jìn)行統(tǒng)一分類，結(jié)合圖2的控制器組成圖，圖3給出了控制器與外圍輸入設(shè)備或元件部分和外圍執(zhí)行設(shè)備或元件的連接。另外，控制器能自動實(shí)現(xiàn)運(yùn)行道次的速度協(xié)調(diào)關(guān)系，極大地增加了聯(lián)動設(shè)備的運(yùn)行時間和工作效率，降低了生產(chǎn)成本。
參照圖3，聯(lián)動設(shè)備是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，在金屬制品的生產(chǎn)中，其功能是把截面較大的金屬材料通過多道擠壓(或模徑逐道次細(xì)小的模子)加工成各種不同規(guī)格的截面較小的金屬材料。工作時，各道次的輥/筒是由交流電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動的，而交流電機(jī)的運(yùn)行是由變頻器來控制的，因此，輥/筒的運(yùn)行速度實(shí)際上是由送給變頻器的速度給定電壓值來決定的。
輥/筒的速度要求很精密，要嚴(yán)格保證各道工作過程的金屬材料秒體積流量相等SiVi＝Si-1Vi-1(1)式(1)中Vi-第i道金屬材料的線速度；Si-第i道金屬材料的截面積。根據(jù)壓縮率的定義Vi-1＝(1-qi)Vi(2)設(shè)ni為對應(yīng)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，它與Vi之間有一定的比例關(guān)系，當(dāng)穩(wěn)定工作時Vi＝2πRi·ni/Ci(3)式(5)中，Ci為第i道電動機(jī)至輥/筒的傳動比，Ri為第i道輥/筒的半徑。
根據(jù)式(2)、(3)，相鄰兩道次的電動機(jī)速度關(guān)系為(1-qi)·2πRi·ni/Ci＝2πRi-1·ni-1/Ci-1(4)即ni-1＝(1-qi)Ci-1·Ri·ni/(Ci·Ri-1) (5)設(shè)Ki-1＝(1-qi)Ci-1·Ri/(Ci·Ri-1)，理想情況下
ni-1＝Ki-1·ni(6)Ki-1為理想情況下的第i-1道次的電機(jī)速度與第i道次的電機(jī)速度比值，由于ni與相應(yīng)變頻器的速度給定電壓Gi之間也有一定的比例關(guān)系，上式也可以寫成Gi-1＝Ki-1·Gi(7)式(6)、(7)中，對于已經(jīng)設(shè)計制造完畢的聯(lián)動設(shè)備來說，各道次輥/筒半徑Ri和傳動比Ci是不變的，故Ki-1隨著壓縮率qi的變化而變化。此時要考慮兩種情況(1)在設(shè)計設(shè)備時，一般會根據(jù)金屬工藝，給出各道次理想的壓縮率；(2)工作過程中，壓縮率將根據(jù)實(shí)際的情況有所調(diào)整，或者在工作過程中也會出現(xiàn)偏差現(xiàn)象，于是，實(shí)際工作過程中的壓縮率不同于理想壓縮率，兩者之間有一定的差異。這兩種情況，在控制器設(shè)計中也要有所體現(xiàn)，以達(dá)到聯(lián)動設(shè)備能夠良好工作的目的。據(jù)此，可對式(7)、(8)進(jìn)行優(yōu)化，不妨設(shè)qi為第i道理想的壓縮率，則Ki-1為理想壓縮率qi時的系數(shù)，當(dāng)實(shí)際壓縮率與理想壓縮率不一致或?qū)嶋H壓縮率發(fā)生變化時，則式(8)、(9)可分別表示為ni-1＝Ki-1·ni+Δni-1(8)Gi-1＝Ki-1·Gi+ΔGi-1(9)式(6)、(7)表明了聯(lián)動設(shè)備相鄰兩道次之間的速度存在著某種的比值關(guān)系，而式(8)、(9)則表明了當(dāng)外界條件(比如壓縮率)發(fā)生變化時，這種比值關(guān)系不再恒定，前一道次的速度或速度給定量可以表示成后一道次的速度或速度給定量乘以比例系數(shù)與相應(yīng)偏差量之和，這就給控制器設(shè)計一種啟示，以N道次為例，第N道次為最后一道次，它的輥/筒速度決定了成品材料的生產(chǎn)速度，因此這一道次的電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度往往由操作臺直接給定，第N-1道次的電機(jī)旋轉(zhuǎn)由第N道次的電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度乘以比例系數(shù)加上第N-1道次的偏差量，其它依此類推。
從圖1可以看出，相鄰的兩個輥/筒之間，存在著一個活動的調(diào)諧器，放置調(diào)諧器的目的就是為了協(xié)調(diào)兩個輥/筒速度的，在每個調(diào)諧器處都裝有位置或張力傳感器，用來檢測調(diào)諧器的位置或張力，一般來說，當(dāng)金屬材料沒有張緊時，調(diào)諧器依靠自身的反力向外運(yùn)動(圖1中的向下箭頭方向)，當(dāng)金屬材料張緊時，調(diào)諧器則被金屬材料拉向內(nèi)運(yùn)動(圖1中的向上箭頭方向)。調(diào)諧器的運(yùn)動范圍是有最里和最外極限的，一般調(diào)諧器的中間位置為金屬材料工作的最佳位置，電氣控制時同樣要把中間位置作為控制的目標(biāo)位置。以輥/筒N、輥/筒N-1、調(diào)諧器N-1三者的關(guān)系為例，運(yùn)行時，當(dāng)調(diào)諧器N-1位置偏外時，說明輥/筒N-1的運(yùn)行速度比輥/筒N快，通過控制算法，要降低輥/筒N-1的速度；反之，當(dāng)調(diào)諧器N-1位置偏內(nèi)時，說明輥/筒N-1的運(yùn)行速度比輥/筒N慢，通過控制算法，要提高輥/筒N-1的速度。這樣，可以始終保持調(diào)諧器N-1在中間位置。同樣，以輥/筒3、輥/筒4、調(diào)諧器3三者的關(guān)系為例，當(dāng)調(diào)諧器3位置偏外時，說明輥/筒3的運(yùn)行速度比輥/筒4快，通過控制算法，要降低輥/筒3的速度；反之，當(dāng)調(diào)諧器3位置偏內(nèi)時，說明輥/筒3的運(yùn)行速度比輥/筒4慢，通過控制算法，要提高輥/筒3的速度。這樣，可以始終保持調(diào)諧器3在中間位置。其它輥/筒的速度與調(diào)諧器之間的關(guān)系類推。
從上面的分析可以看出，為了使第i-1道次的電機(jī)速度ni-1完全跟蹤第i道次的電機(jī)速度，采用了前饋+調(diào)節(jié)的控制方式，調(diào)節(jié)器的控制算法為先進(jìn)控制+PID，其中前饋量為前一道次的電機(jī)速度ni(或Gi-1)乘以比例系數(shù)Ki-1，調(diào)節(jié)量為Δni-1(或ΔGi-1)，也就是式子(8)、(9)所表示的情況。這種方案最為實(shí)用，精度最高、響應(yīng)最快。
收卷機(jī)的速度是跟隨成品輥/筒N的速度，其工作情況與輥/筒的工作情況有所不同，當(dāng)金屬材料沒有拉緊時，調(diào)諧器依靠自身的反力向外運(yùn)動(圖1中的向下箭頭方向)，說明收卷機(jī)的工作速度太慢，此時應(yīng)提高收卷機(jī)的工作速度；反之，當(dāng)金屬材料拉緊時，調(diào)諧器則被金屬材料拉向內(nèi)運(yùn)動(圖1中的向上箭頭方向)，說明收卷機(jī)的工作速度太快，此時應(yīng)降低收卷機(jī)的工作速度。另外，在工作過程中收卷輪子上金屬材料的卷徑越來越大，收卷半徑發(fā)生了變化，則收卷機(jī)電機(jī)的速度ns與成品道次的電機(jī)速度nN的比值也是變化的，此時，應(yīng)分別計算出最大卷徑和最小卷徑所對應(yīng)的比值，然后取平均值作為前饋比例系數(shù)，即2πRN·nN/CN＝2πRs·ns/Cs(10)ns＝Cs·R8·nN/(CN·Rs) (11)式(10)、(11)中，R8為收卷半徑，Cs為收卷機(jī)傳動比，ns為收卷機(jī)運(yùn)行速度，設(shè)Ksv＝Cs·R8/(CN·Rs)，則Ksvmin＝Cs·RN/(CN·Rsmax)(12)Ksvmax＝Cs·RN/(CN·Rsmin)(13)Ks＝(Ksvmax+Ksvmin)/2(14)式(12)、(13)、(14)中，Rsmax、Rsmin分別為最大、最小收卷半徑，Ksvmin、Ksvmax分別為收卷電機(jī)與成品電機(jī)的最小、最大速度比值，Ks為速度比值的平均值，仿照式子(8)、(9)，則ns＝Ks·nN+ΔnN(15)Gs＝KN·GN+ΔGN(16)如果說聯(lián)動設(shè)備各種工作關(guān)系可以通過操作人員的經(jīng)驗可以確定的話，那么其它涉及到深層次的技術(shù)問題則需要技術(shù)人員的設(shè)計；涉及到理論問題則需要數(shù)學(xué)的支撐。聯(lián)動設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)中，停止、快停的時間一般遠(yuǎn)小于啟動爬行時間，為了在快速停止時金屬材料不斷開，就要求各輥/筒的速度保持嚴(yán)格的協(xié)調(diào)關(guān)系，在式子(8)、(9)中，Δni和ΔGi由調(diào)節(jié)器(控制器)的輸出產(chǎn)生，在快速停止過程中，同樣要求能夠快速產(chǎn)生合理的ΔGi(Δni)，在PID控制方法里，快速性和穩(wěn)定性是矛盾的，設(shè)計時，一般首先保證穩(wěn)定性，然后解決快速性。解決快速跟蹤的方法有二一是通過先進(jìn)控制理論，檢測調(diào)諧器的位置，設(shè)定極限位置，當(dāng)調(diào)諧器的位置在機(jī)臺的里面并接近極限位置時，則快速提高前一道次變頻器的速度給定電壓，快速提高前一道次電機(jī)的速度和輥/筒的運(yùn)行速度以快速跟蹤后一道次輥/筒的速度；當(dāng)調(diào)諧器的位置在機(jī)臺的外面并接近極限位置時，則快速降低前一道次變頻器的速度給定電壓，快速降低電機(jī)的速度和輥/筒的運(yùn)行速度以與后一道次輥/筒的速度協(xié)調(diào)(注在機(jī)械上所說后一道次，在控制上應(yīng)該是的前一道次，為了統(tǒng)一，都以機(jī)械上說法為準(zhǔn))。二是通過參數(shù)自學(xué)習(xí)方法，計算出實(shí)際的速度比值Kis，使調(diào)節(jié)量Δni和ΔGi趨于0，實(shí)現(xiàn)了快速響應(yīng)。
以前的聯(lián)動設(shè)備控制算法往往是單道次控制、整體組合，即每一道次的運(yùn)動速度是根據(jù)前一道次機(jī)構(gòu)運(yùn)動后導(dǎo)致后一道次機(jī)構(gòu)位置傳感器變化反饋后進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的，這種方法無法滿足聯(lián)動設(shè)備既對控制穩(wěn)定性有很高的要求，又對控制快速性有嚴(yán)格的指標(biāo)要求。從控制角度首先要保證設(shè)備的控制穩(wěn)定性，其快速性通過異步自學(xué)習(xí)算法來實(shí)現(xiàn)。為了說明此方法的可行性，首先假設(shè)已知聯(lián)動設(shè)備相鄰兩道次速度關(guān)系的比值，那么后一道次機(jī)構(gòu)的基準(zhǔn)速度是前一道次的速度乘以此比值，后一道次機(jī)構(gòu)的實(shí)際速度就是基準(zhǔn)速度加上位置傳感器反饋的控制調(diào)節(jié)量，由于控制調(diào)節(jié)量只是起一個微調(diào)的作用，而且決定了設(shè)備的穩(wěn)定性，因此控制器的參數(shù)整定可以主要考慮穩(wěn)定性。而設(shè)備的快速性由相鄰兩道次速度關(guān)系的比值來決定。
雖然這個比值的初始值可通過現(xiàn)場調(diào)試或計算獲得，但是在實(shí)際系統(tǒng)中相鄰兩道次速度關(guān)系的比值關(guān)系是變化的，因而在控制器中采用了異步自學(xué)習(xí)控制?？刂葡到y(tǒng)在運(yùn)行的過程中可以不斷地調(diào)整這個參數(shù)，使它們逐步地逼近最佳值，從而改進(jìn)系統(tǒng)的性能以提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。聯(lián)動設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)算法如下①運(yùn)行前根據(jù)操作人員的設(shè)定，從數(shù)據(jù)庫中獲得與某品種金屬材料相應(yīng)的各輥/筒間的預(yù)置的速度比值Ki。②運(yùn)行時，從變頻器中讀取各電機(jī)的速度。③分別計算實(shí)際的各輥/筒速度比值Ki。④按照學(xué)習(xí)所得的速度比值Kis以及所設(shè)定的預(yù)置的速度比值Ki，使預(yù)置的速度比值Ki逐漸向?qū)嶋H的速度比值Kis逼近，在此值基礎(chǔ)上對各輥/筒速度的調(diào)節(jié)器正常工作。⑤將學(xué)習(xí)所得的速度比值存入記憶單元。通過自學(xué)習(xí)達(dá)到了快速性和穩(wěn)定性的完美統(tǒng)一。
權(quán)利要求1.一種生產(chǎn)金屬制品的多道次聯(lián)動設(shè)備控制器，包括用于完成整個聯(lián)動設(shè)備的一切數(shù)據(jù)處理、交換和命令的微處理器，用于為控制器中所有器件提供供電電源的電源模塊，用于對聯(lián)動設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)定的鍵盤，所述的電源模塊連接微處理器模塊及其它模塊，所述的鍵盤連接微處理器，其特征在于所述的控制器還包括用于給定各道次的單機(jī)運(yùn)行信號、左聯(lián)動信號、右聯(lián)動信號、切除信號、制動信號、安全信號和其它整機(jī)命令信號的開關(guān)輸入模塊；用于給定各道次的外圍執(zhí)行設(shè)備的運(yùn)行信號和機(jī)械剎車元件的動作信號的開關(guān)輸出模塊，用于各道次的位置或張力模擬參量的輸入的模擬輸入模塊；用于給定各道次的外圍執(zhí)行設(shè)備的速度電壓的模擬輸出模塊；用于連接外圍輸入設(shè)備與微處理器、外圍執(zhí)行設(shè)備與微處理器，形成數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)交換通道的現(xiàn)場總線模塊；外圍輸入設(shè)備包括總線端口、外部輸入開關(guān)量、外部輸入模擬量；外圍執(zhí)行設(shè)備包括總線端口、開關(guān)量輸出、模擬量輸出；所述的現(xiàn)場總線模塊通過現(xiàn)場總線與外圍輸入設(shè)備的總線端口連接，所述的現(xiàn)場總線模塊通過現(xiàn)場總線與外圍執(zhí)行設(shè)備的總線端口連接；所述的現(xiàn)場總線模塊連接微處理器，所述的外圍輸出設(shè)備的總線端口分別連接所述的外部輸入開關(guān)量、外部輸入模擬量，所述的外圍執(zhí)行設(shè)備的總線端口連接所述的開關(guān)量輸出、模擬量輸出；所述的開關(guān)輸入模塊連接所述外部輸入開關(guān)量，所述的模擬輸入模塊連接所述外部輸入模擬量；所述的開關(guān)輸出模塊連接所述開關(guān)量輸出，所述的模擬量輸出模塊連接所述的模擬量輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)金屬制品的多道次聯(lián)動設(shè)備控制器，其特征在于所述的控制器包括4個開關(guān)輸入模塊、2個開關(guān)輸出模塊、2個模擬輸入模塊、2個模擬量輸出模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)金屬制品的多道次聯(lián)動設(shè)備控制器，其特征在于所述的開關(guān)輸入模塊包括24個接點(diǎn)，24個接點(diǎn)通過24個光藕TLP521隔離后，輸入到3個74HC373，4個模塊共96開關(guān)量輸入節(jié)點(diǎn)，各個輸入節(jié)點(diǎn)對應(yīng)于各個道次的單機(jī)運(yùn)行信號、左聯(lián)動信號、右聯(lián)動信號、切除信號、制動信號和安全信號；所述的開關(guān)輸出模塊包括16個接點(diǎn)，16個接點(diǎn)通過16個達(dá)林頓光藕PS2732隔離后輸出，2個模塊共有32開關(guān)量輸出節(jié)點(diǎn)對應(yīng)于各道次的執(zhí)行設(shè)備的運(yùn)行信號和機(jī)械剎車元件的動作信號；所述的模擬輸入模塊包括8個接點(diǎn)，8個接點(diǎn)經(jīng)過電阻分壓連接微處理器的A/D入口，2個模塊共有16模擬量輸入節(jié)點(diǎn)對應(yīng)于各道次的位置或張力模擬輸入；所述的模擬輸出模塊包括8個接點(diǎn)，8個接點(diǎn)連接微處理器模塊的PWM濾波產(chǎn)生接口，2個模塊共有16模擬量輸出節(jié)點(diǎn)對應(yīng)于各道次的執(zhí)行設(shè)備的速度電壓給定；所述的現(xiàn)場總線與微處理器CAN總線端口連接。
4.如權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)金屬制品的多道次聯(lián)動設(shè)備控制器，其特征在于所述的現(xiàn)場總線模塊與上位機(jī)通訊的連接。
5.如權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)金屬制品的多道次聯(lián)動設(shè)備控制器，其特征在于所述的現(xiàn)場總線模塊與觸摸屏通訊的連接。
6.如權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)金屬制品的多道次聯(lián)動設(shè)備控制器，其特征在于所述的開關(guān)輸入模塊與微處理器的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線連接。
7.如權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)金屬制品的多道次聯(lián)動設(shè)備控制器，其特征在于所述的開關(guān)輸出模塊與微處理器的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線連接。
8.如權(quán)利要求1-5之一所述的生產(chǎn)金屬制品的多道次聯(lián)動設(shè)備控制器，其特征在于所述的外圍執(zhí)行設(shè)備為變頻器。
專利摘要一種多道次聯(lián)動設(shè)備控制器，本實(shí)用新型屬于金屬制品生產(chǎn)的電動控制設(shè)備。目的在于提供一種金屬制品生產(chǎn)的聯(lián)動設(shè)備控制器，包括數(shù)字量輸入接口、數(shù)字量輸出接口、模擬量輸入接口、模擬量輸出接口、總線控制接口、CPU、開關(guān)電源和鍵盤。除CPU、和開關(guān)電源、鍵盤外，其它接口可以由用戶根據(jù)需要來選擇使用。另外，還可以與觸摸屏、上位機(jī)通訊，極大地方便了用戶的使用，提高了自動化程度，也提高了聯(lián)動設(shè)備的運(yùn)行時間和工作效率，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號B21B37/00GK2840129SQ200520101639
公開日2006年11月22日 申請日期2005年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月15日
發(fā)明者南余榮, 俞立, 孫明軒 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)