專利名稱：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一、通過PLC完成；二、由工藝板T400完成(T400是西門子公司為其傳動(dòng)裝置(如6RA70、6SE70等)配置的標(biāo)準(zhǔn)選件)。通過PLC完成飛剪的定位控制不可避免存在以下問題以西門子S300 CUP(6ES7 315-2AG10-0AB0)配置FM354軸定位模塊(6ES7 354-1AH01-0AE0)為例，其他類型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輸出信號只能為正負(fù)IOV模擬量，其信號作為傳動(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)場剪刃編碼信號，無論以何種通訊方式傳輸，若該信號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，對應(yīng)機(jī)械安裝設(shè)計(jì)、信號傳輸抗干擾保護(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)。無論采用(1)、(2)方法，由于Τ400本身特點(diǎn)不可避免存在以下問題4)控制系統(tǒng)復(fù)雜、對工程人員及維護(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采集、 剪刃位置編碼器信號采集、冷熱金屬檢測器信號采集等等；利用S7-CFC編程開發(fā)飛剪對應(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)離不開對應(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PR0FIBUS-DP傳輸?shù)募羟兄噶詈徒咏_關(guān)的信號時(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，接收到剪刃位置比較單元輸出的差值后，根據(jù)該速度特征曲線得到該差值對應(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工藝軟件功能切換模塊切換至速度給定模塊對傳動(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)，接近開關(guān)向傳動(dòng)裝置發(fā)出信號，傳動(dòng)裝置接收到該信號后通過工藝軟件功能切換模塊切換至位置給定模塊對傳動(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，也會適時(shí)地對其調(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)特征曲線圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。[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量及料位跟蹤系統(tǒng)，它與6RA70 裝置通過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“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軸分量線速度與軋件線速度相等，保證剪刃在入切角與離切角之間剪刃線速度與軋見線速度相等。當(dāng)剪刃到達(dá)離切角時(shí)，接近開關(guān)發(fā)出脈沖信號；此時(shí)飛剪由“剪切控制狀態(tài)” 通過“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”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。為了更好說明本實(shí)用新型工作原理、工作過程，首先看飛剪剪切示意圖，如圖2 所示，同時(shí)規(guī)定1、剪刃接近開關(guān)在剪刃處在離切角位置時(shí)接近開關(guān)信號為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使用說明書中規(guī)定符號和表達(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傳遞給特性曲線模塊106，根據(jù)事先設(shè)定好特性曲線外形構(gòu)成負(fù)反饋控制，如圖通過一系列傳遞到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，也會適時(shí)調(diào)整到位；圖4中上面部分通過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，滿足飛剪剪刃與軋件速度跟隨要求。當(dāng)剪刃離開離切角時(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)用新型可以通過建立小的飛剪模型進(jìn)行驗(yàn)證。[0035]下面以本人通過實(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，接近開關(guān)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號)，一套S7300 PLC(這里不描述)。如圖6所示，實(shí)驗(yàn)電氣接線原理圖。實(shí)驗(yàn)步驟1、按上圖接線。2、將電機(jī)機(jī)械接手脫開，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)波形圖也能充分說明問題如圖7所示，圖中最下方為2個(gè)開關(guān)量狀態(tài)剪切指令B3101，剪刃接近開關(guān)B16。圖中藍(lán)曲線1為電機(jī)實(shí)際速度；橙色曲線3為電樞實(shí)際電流；黃色曲線4為速度給定；綠色曲線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、接受剪刃接近開關(guān)信號作為起始點(diǎn)，3、對電機(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。通過接受外部剪切信號，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5萬元左右；本實(shí)用新型控制成本低是一目了然。對工程人員及維護(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，涉及外圍知識相對少許多。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PR0FIBUS-DP傳輸?shù)募羟兄噶詈徒咏_關(guān)的信號時(shí)完成在速度給定模塊和位置給定模塊之間的功能切換。
專利摘要本實(shí)用新型公開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、信號不穩(wěn)定等問題而發(fā)明。本實(shí)用新型通過在傳動(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)置接近開關(guān)，功能切換模塊通過接收外部系統(tǒng)的剪切指令和接近開關(guān)發(fā)出的信號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，受外界信號干擾程度小，節(jié)約成本，操控簡單，對操作者的要求較低。
文檔編號B23Q15/00GK202147179SQ20112001806
公開日2012年2月22日 申請日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者吳江 申請人:中冶華天南京自動(dòng)化工程有限公司