專(zhuān)利名稱(chēng)：飛剪定位及剪切控制的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及棒線(xiàn)材軋鋼領(lǐng)域，特別涉及啟停飛剪傳動(dòng)及自動(dòng)化控制領(lǐng)域飛剪定位及剪切控制裝置。
背景技術(shù)：
飛剪是棒線(xiàn)材軋鋼系統(tǒng)中重要設(shè)備之一，其工作的穩(wěn)定性和可靠性直接影響產(chǎn)品的成材率以及生產(chǎn)產(chǎn)量。啟停飛剪定位及剪切控制是飛剪控制重要環(huán)節(jié)，目前實(shí)現(xiàn)這一控制方法歸納有兩類(lèi)一、通過(guò)PLC完成；二、由工藝板T400完成(T400是西門(mén)子公司為其傳動(dòng)裝置(如6RA70、6SE70等)配置的標(biāo)準(zhǔn)選件)。通過(guò)PLC完成飛剪的定位控制不可避免存在以下問(wèn)題以西門(mén)子S300 CUP(6ES7 315-2AG10-0AB0)配置FM354軸定位模塊(6ES7 354-1AH01-0AE0)為例，其他類(lèi)型PLC以及其他配置方式工作原理基本相同，不一一闡述1)控制系統(tǒng)復(fù)雜、干擾源多、穩(wěn)定性差。由于FM354輸出信號(hào)只能為正負(fù)IOV模擬量，其信號(hào)作為傳動(dòng)裝置速度給定，若PLC與傳動(dòng)裝置不在一處，該信號(hào)的傳輸極易受到干擾；同時(shí)OV零漂也影響著系統(tǒng)穩(wěn)定；FM354還必須接受現(xiàn)場(chǎng)剪刃編碼信號(hào)，無(wú)論以何種通訊方式傳輸，若該信號(hào)受到影響也直接影響到系統(tǒng)穩(wěn)定性。2)控制成本高。剪刃位置編碼器、FM354軸定位模塊是該系統(tǒng)中必不可少設(shè)備，對(duì)應(yīng)機(jī)械安裝設(shè)計(jì)、信號(hào)傳輸抗干擾保護(hù)材料是必須的。由工藝板T400完成飛剪的定位、剪切控制，目前方法有兩種(1)工藝板T400不含標(biāo)準(zhǔn)剪切軟件，工程人員利用S7-CFC編程工具完成有關(guān)飛剪的控制程序。3)T400含標(biāo)準(zhǔn)剪切軟件，工程人員通過(guò)外部連接、Τ400參數(shù)設(shè)置完成系統(tǒng)搭建及功能實(shí)現(xiàn)。無(wú)論采用(1)、(2)方法，由于Τ400本身特點(diǎn)不可避免存在以下問(wèn)題4)控制系統(tǒng)復(fù)雜、對(duì)工程人員及維護(hù)人員要求素質(zhì)高。不論采用(1)、(2)方法，由于Τ400存在固定了飛剪控制系統(tǒng)復(fù)雜外圍結(jié)構(gòu)末軋機(jī)或前夾送輥速度編碼器信號(hào)采集、 剪刃位置編碼器信號(hào)采集、冷熱金屬檢測(cè)器信號(hào)采集等等；利用S7-CFC編程開(kāi)發(fā)飛剪對(duì)應(yīng)功能軟件或?qū)Ζ?00功能參數(shù)及工藝參數(shù)設(shè)置都非常復(fù)雜，對(duì)工程人員及維護(hù)人員要求素質(zhì)高。5)控制成本高。復(fù)雜控制系統(tǒng)離不開(kāi)對(duì)應(yīng)硬件和軟件支出Τ400本身、S7-CFC或標(biāo)準(zhǔn)剪切軟件、剪刃位置編碼器、脈沖分配板等等。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服上述缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種簡(jiǎn)單易行、干擾性低、準(zhǔn)確性高的飛剪定位及剪切控制的裝置。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)飛剪定位及剪切控制的裝置，包括飛剪電機(jī)、自帶可編程塊的傳動(dòng)裝置及設(shè)置在飛剪離切角處的與傳動(dòng)裝置連接接近開(kāi)關(guān)，所述飛剪電機(jī)設(shè)置有編碼器，所述傳動(dòng)裝置連接外部輔助系統(tǒng)通過(guò)PR0FIBUS-DP與所述傳動(dòng)裝置
3完成數(shù)據(jù)交換，可編程塊包括速度給定模塊，用于剪切狀態(tài)即剪刃從起始角轉(zhuǎn)動(dòng)至離切角過(guò)程中飛剪電機(jī)速度的控制，使剪刃在入切角至離切角范圍轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)剪刃水平方向分量線(xiàn)速度與軋件速度保持一致；位置給定模塊，用于定位狀態(tài)即剪刃從離切角轉(zhuǎn)動(dòng)至起始角過(guò)程中飛剪電機(jī)速度的控制，使剪刃在起始角位置時(shí)速度為零；功能切換模塊，用于在接收到外部輔助系統(tǒng)的通過(guò)PR0FIBUS-DP傳輸?shù)募羟兄噶詈徒咏_(kāi)關(guān)的信號(hào)時(shí)完成在速度給定模塊和位置給定模塊之間的功能切換。進(jìn)一步地，所述的位置給定模塊包括剪刃位置比較單元，向速度特征曲線(xiàn)單元輸出剪刃位置與設(shè)定起始角參考給定位置比較的差值；速度特征曲線(xiàn)單元，根據(jù)設(shè)定的剪刃的起始角、傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比、飛剪電機(jī)編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)以及剪刃在不同位置段速度給定值而設(shè)定速度特征曲線(xiàn)，接收到剪刃位置比較單元輸出的差值后，根據(jù)該速度特征曲線(xiàn)得到該差值對(duì)應(yīng)的速度并將該速度作為速度給定值輸送至負(fù)反饋控制單元；負(fù)反饋控制單元，接收到上述速度給定值并通過(guò)傳動(dòng)裝置控制飛剪電機(jī)轉(zhuǎn)速。外部輔助系統(tǒng)向傳動(dòng)裝置發(fā)送剪切指令，傳動(dòng)裝置接收到該剪切指令后通過(guò)工藝軟件功能切換模塊切換至速度給定模塊對(duì)傳動(dòng)裝置進(jìn)行速度閉環(huán)控制使剪刃在入切角至離切角之間水平方向分量線(xiàn)速度與軋件速度保持一致完成依次速度跟隨剪切控制；剪刃轉(zhuǎn)動(dòng)至離切角位置時(shí)，接近開(kāi)關(guān)向傳動(dòng)裝置發(fā)出信號(hào)，傳動(dòng)裝置接收到該信號(hào)后通過(guò)工藝軟件功能切換模塊切換至位置給定模塊對(duì)傳動(dòng)裝置進(jìn)行控制使剪刃在從離切角轉(zhuǎn)動(dòng)至起始角位置時(shí)速度為零，動(dòng)態(tài)調(diào)整剪刃位置，這樣，剪刃處在起始角位置，剪刃的速度為零處在靜止?fàn)顟B(tài)，完成了位置環(huán)定位控制，由于位置環(huán)始終處在工作狀態(tài)，即使由于某種原因?qū)е录羧衅x設(shè)定起始角位置，也會(huì)適時(shí)地對(duì)其調(diào)整到位；上述的方法，僅利用飛剪電機(jī)的傳動(dòng)裝置中自帶可編程塊完成飛剪的精確定位、剪切控制，并且，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、干擾源少、工作穩(wěn)定性高，節(jié)約大量控制成本，同時(shí)對(duì)工程人員及維護(hù)人員要求降低，而目前飛剪的傳動(dòng)裝置中基本帶有可編程塊。

圖1為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例的控制框圖。圖2為本實(shí)用新型的飛剪剪切示意圖。圖3為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例中剪刃位置寄存器的量程轉(zhuǎn)換示意圖。圖4為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例中位置環(huán)控制及剪切控制示意圖。圖5為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例中數(shù)據(jù)交換圖。圖6為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例中電氣連接原理圖。圖7為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例中參數(shù)特征曲線(xiàn)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。[0028]如圖1-7所示，本實(shí)用新型僅利用飛剪電機(jī)的傳動(dòng)裝置中自帶可編程塊完成飛剪的精確定位、剪切控制。目前飛剪的傳動(dòng)裝置中基本帶有工藝軟件或可編程塊。例如 SIEMENS直流裝置6RA70帶有工藝軟件SOO，SIEMENS交流傳動(dòng)裝置6SE70帶有免費(fèi)自由功能塊，ABB交流ACS800及直流DCS800裝置均帶有自定義編程功能。由于軋線(xiàn)上啟停式飛剪驅(qū)動(dòng)電機(jī)大部分為直流電機(jī)，且傳動(dòng)裝置多為SIEMENSS IMOREG DC-MASTER 6RA70。下面以SIEMENS 6RA70傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)飛剪直流電機(jī)為例，詳細(xì)描述該實(shí)用新型主要技術(shù)方案如圖1所示，外部輔助系統(tǒng)屬于飛剪控制中料速測(cè)量及料位跟蹤系統(tǒng)，它與6RA70 裝置通過(guò)PR0FIBUS-DP通訊方式完成有關(guān)數(shù)據(jù)交換。僅用直流裝置6RA70帶有工藝軟件SOO 搭建功能框圖。當(dāng)“外部輔助系統(tǒng)”發(fā)出剪切指令后，傳動(dòng)裝置接受到后飛剪由“定位控制狀態(tài)”通過(guò)“功能切換”轉(zhuǎn)換為“剪切控制狀態(tài)”，速度給定立即為軋件速度；傳遞到“6RA70 基本功能圖”中的“速度調(diào)節(jié)器”等等，通過(guò)編碼器完成速度閉環(huán)，在剪刃到達(dá)入切角前剪刃在X軸分量線(xiàn)速度與軋件線(xiàn)速度相等，保證剪刃在入切角與離切角之間剪刃線(xiàn)速度與軋見(jiàn)線(xiàn)速度相等。當(dāng)剪刃到達(dá)離切角時(shí)，接近開(kāi)關(guān)發(fā)出脈沖信號(hào)；此時(shí)飛剪由“剪切控制狀態(tài)” 通過(guò)“功能切換”轉(zhuǎn)換為“定位控制狀態(tài)”，剪刃寄存器值清零，根據(jù)齒輪傳動(dòng)比、編碼器脈沖數(shù)可以準(zhǔn)確計(jì)算出剪刃實(shí)時(shí)位置，與設(shè)定位置值進(jìn)行比較，得出不同差值查找出“事先設(shè)定好的特征曲線(xiàn)”速度給定值，直到剪刃在設(shè)定起始位時(shí)速度為零，完成位置環(huán)控制。事先設(shè)定好的特征曲線(xiàn)是根據(jù)剪刃的啟始角、齒輪傳動(dòng)比、電機(jī)編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)以及剪刃在不同位置段速度給定值。為了更好說(shuō)明本實(shí)用新型工作原理、工作過(guò)程，首先看飛剪剪切示意圖，如圖2 所示，同時(shí)規(guī)定1、剪刃接近開(kāi)關(guān)在剪刃處在離切角位置時(shí)接近開(kāi)關(guān)信號(hào)為1，其它位置均為0;2、飛剪剪刃的停止位設(shè)定在900。圖3、圖4、圖5是根據(jù)SIEMENS 6RA70使用說(shuō)明書(shū)中規(guī)定符號(hào)和表達(dá)方式繪制的。圖3是完成數(shù)據(jù)量程功能。反映剪刃位置寄存器有高位K43和低位K42，為了后面數(shù)據(jù)處理一致性用單字完成，必須將其合二為一。在電機(jī)編碼器每圈脈沖個(gè)數(shù)很大或減速箱減速比很大時(shí)，剪刃轉(zhuǎn)動(dòng)一周，K43中值不為零。圖1就是將其數(shù)值(二進(jìn)制)向右移動(dòng) 2位，實(shí)際將其數(shù)值(十進(jìn)制)除以4后傳遞給K9113，將每轉(zhuǎn)最大值控制在65535內(nèi)，數(shù)據(jù)不溢出。圖4中中間部分接受圖1中輸出K9113值(剪刃的位置值)與K402值(剪刃停止位設(shè)定90°值)進(jìn)行比較，其差值K9122傳遞給特性曲線(xiàn)模塊106，根據(jù)事先設(shè)定好特性曲線(xiàn)外形構(gòu)成負(fù)反饋控制，如圖通過(guò)一系列傳遞到K9213，將其速度給定值，動(dòng)態(tài)調(diào)整剪刃位置，直至K9122在死區(qū)范圍內(nèi)是K9213值為零，這樣剪刃處在90°位置，剪刃速度為零處在相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，完成了位置環(huán)定位控制。由于位置環(huán)始終處在工作狀態(tài)，即使由于某種導(dǎo)致剪刃偏離設(shè)定位，也會(huì)適時(shí)調(diào)整到位；圖4中上面部分通過(guò)DP通訊接受到剪切指令 B3101時(shí)，邏輯功能中自動(dòng)轉(zhuǎn)換為飛剪剪切狀態(tài)，同時(shí)自動(dòng)要求剪刃在入切角與離切角之間以K3002值剪切，滿(mǎn)足飛剪剪刃與軋件速度跟隨要求。當(dāng)剪刃離開(kāi)離切角時(shí)，控制功能自動(dòng)轉(zhuǎn)入位置環(huán)，即飛剪定位；圖4中下面部分完善了飛剪碎段功能及檢修時(shí)正向點(diǎn)動(dòng)和反向點(diǎn)動(dòng)功能。圖5中說(shuō)明了將有關(guān)重要數(shù)據(jù)傳遞給其它系統(tǒng)。本項(xiàng)實(shí)用新型可以通過(guò)建立小的飛剪模型進(jìn)行驗(yàn)證。[0035]下面以本人通過(guò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)本相實(shí)用新型為例介紹實(shí)驗(yàn)方法和步驟主要硬件組成一個(gè)尾端帶編碼器(2048脈沖/每轉(zhuǎn))3KW直流電機(jī)，一個(gè)小型減速箱(減速比3. 57)，一套帶DP通訊卡6RA7025-6DV62裝置，一個(gè)接近開(kāi)關(guān)(機(jī)械安裝要求減速箱輸出軸安裝一個(gè)感應(yīng)鐵條，模擬飛剪剪刃，輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周，接近開(kāi)關(guān)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào))，一套S7300 PLC(這里不描述)。如圖6所示，實(shí)驗(yàn)電氣接線(xiàn)原理圖。實(shí)驗(yàn)步驟1、按上圖接線(xiàn)。2、將電機(jī)機(jī)械接手脫開(kāi)，調(diào)試出飛剪電機(jī)傳動(dòng)特性要求(斜坡函數(shù)要盡可能短、 電樞電流要放開(kāi)等)。3、調(diào)試PLC與傳動(dòng)裝置通訊(這里下傳只有2個(gè)參數(shù)剪切指令B3101，模擬軋件速度 K3002。)4、接上電機(jī)接手。5、將功能圖1、圖2、圖3參數(shù)輸入到傳動(dòng)裝置中。6、上電。通過(guò)PLC下達(dá)剪切指令B3101 = 1 (0. 5秒脈沖，上升沿為起始點(diǎn))，同時(shí)下達(dá)軋件速度K3002。則飛剪完成一次剪切后停止在起始點(diǎn)。分別給出K3002 不同值(范圍0-16384)，可以看出剪切速度變化。下面是用SIEMENS傳動(dòng)調(diào)試軟件DriveMonitor在實(shí)驗(yàn)時(shí)(K3002 = 819250% )記錄有關(guān)波形圖也能充分說(shuō)明問(wèn)題如圖7所示，圖中最下方為2個(gè)開(kāi)關(guān)量狀態(tài)剪切指令B3101，剪刃接近開(kāi)關(guān)B16。圖中藍(lán)曲線(xiàn)1為電機(jī)實(shí)際速度；橙色曲線(xiàn)3為電樞實(shí)際電流；黃色曲線(xiàn)4為速度給定；綠色曲線(xiàn)5為剪刃位置值。利用飛剪電機(jī)的傳動(dòng)裝置中自帶可編程塊完成飛剪的精確定位、剪切控制。根據(jù)1、減速齒輪箱減速比，2、接受剪刃接近開(kāi)關(guān)信號(hào)作為起始點(diǎn)，3、對(duì)電機(jī)編碼器值進(jìn)行計(jì)數(shù)。適時(shí)計(jì)算出剪刃實(shí)際位置值，與設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)事先設(shè)定好特性曲線(xiàn)外形構(gòu)成負(fù)反饋控制，實(shí)現(xiàn)剪刃精確定位控制。通過(guò)接受外部剪切信號(hào)，根據(jù)設(shè)計(jì)邏輯功能圖自動(dòng)完成一次速度跟隨剪切控制。上述的方法，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、干擾源少、工作穩(wěn)定性高。根據(jù)上圖，本系統(tǒng)中電氣硬件設(shè)備只有飛剪電機(jī)、電機(jī)編碼器、6RA70傳動(dòng)裝置、剪刃接近開(kāi)關(guān)。與以往控制系統(tǒng)比較不需要剪刃編碼器、軸定位模塊、T400工藝板、脈沖分配板等設(shè)備，控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；定位、剪切控制是6RA70傳動(dòng)裝置內(nèi)部完成，減少了許多外部信號(hào)傳輸環(huán)節(jié)，干擾源自然減少，工作穩(wěn)定性相應(yīng)得到提高。節(jié)約大量控制成本。本相實(shí)用新型技術(shù)中與以往方案比較增加了 1個(gè)接近開(kāi)關(guān)及SOO授權(quán)兩項(xiàng)，增加費(fèi)用為3千元左右；減少的硬軟件成本約有5萬(wàn)元左右；本實(shí)用新型控制成本低是一目了然。對(duì)工程人員及維護(hù)人員要求素質(zhì)降低。 本系統(tǒng)功能完成主要在6RA70傳動(dòng)裝置中，涉及外圍知識(shí)相對(duì)少許多。本實(shí)用新型不局限于上述實(shí)施方式，不論在其形狀或結(jié)構(gòu)上做任何變化，凡是利用上述的都是本實(shí)用新型的一種變形，均應(yīng)認(rèn)為落在本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1. 一種飛剪定位及剪切控制的裝置，包括飛剪電機(jī)、自帶可編程塊的傳動(dòng)裝置及設(shè)置在飛剪離切角處的與傳動(dòng)裝置連接接近開(kāi)關(guān)，所述飛剪電機(jī)設(shè)置有編碼器，所述傳動(dòng)裝置連接外部輔助系統(tǒng)通過(guò)PR0FIBUS-DP與所述傳動(dòng)裝置完成數(shù)據(jù)交換，可編程塊包括速度給定模塊，用于剪切狀態(tài)即剪刃從起始角轉(zhuǎn)動(dòng)至離切角過(guò)程中飛剪電機(jī)速度的控制，使剪刃在入切角至離切角范圍轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)剪刃水平方向分量線(xiàn)速度與軋件速度保持一致；位置給定模塊，用于定位狀態(tài)即剪刃從離切角轉(zhuǎn)動(dòng)至起始角過(guò)程中飛剪電機(jī)速度的控制，使剪刃在起始角位置時(shí)速度為零；功能切換模塊，用于在接收到外部輔助系統(tǒng)的通過(guò)PR0FIBUS-DP傳輸?shù)募羟兄噶詈徒咏_(kāi)關(guān)的信號(hào)時(shí)完成在速度給定模塊和位置給定模塊之間的功能切換。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種飛剪定位及剪切控制的裝置，為解決現(xiàn)有技術(shù)中成本高、信號(hào)不穩(wěn)定等問(wèn)題而發(fā)明。本實(shí)用新型通過(guò)在傳動(dòng)裝置自帶的可編程塊中自定義設(shè)置速度給定模塊、位置給定模塊及功能切換模塊，并在飛剪離切角位置設(shè)置接近開(kāi)關(guān)，功能切換模塊通過(guò)接收外部系統(tǒng)的剪切指令和接近開(kāi)關(guān)發(fā)出的信號(hào)完成在速度給定模塊和位置給定模塊之間的切換控制，在傳動(dòng)裝置內(nèi)部控制完成飛剪定位和剪切的準(zhǔn)確控制。上述的方法及結(jié)構(gòu)，大大減少了控制硬件，受外界信號(hào)干擾程度小，節(jié)約成本，操控簡(jiǎn)單，對(duì)操作者的要求較低。
文檔編號(hào)B23Q15/00GK202147179SQ20112001806
公開(kāi)日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者吳江 申請(qǐng)人:中冶華天南京自動(dòng)化工程有限公司