專利名稱：金屬板帶計重分卷自動控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬板帶縱剪分卷生產(chǎn)設(shè)備中的自動控制系統(tǒng)，涉及一種可根據(jù)設(shè)定參數(shù)控制縱剪分卷生產(chǎn)設(shè)備(機組)自動完成金屬板帶的定長或定重計量卷取并且可以控制設(shè)備按預(yù)定的加速度自動減速停機的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
目前公知的金屬板帶縱剪分卷設(shè)備僅具有長度檢測功能或簡單長度控制功能，即它是以板帶的卷取長度作為機組分卷生產(chǎn)控制的執(zhí)行指令因數(shù)，當板帶運行達到設(shè)定的卷取長度之后便發(fā)出停機指令，是一個開環(huán)長度位置控制系統(tǒng)，不具有對卷取重量的控制功能。但在實際生產(chǎn)中，往往需要將一定重量的來料大卷等分為幾個小卷產(chǎn)品，或根據(jù)用戶要求以一特定重量的小卷產(chǎn)品成批供貨，生產(chǎn)統(tǒng)計中往往也是以產(chǎn)品的重量為統(tǒng)計單位，因此對于縱剪分卷生產(chǎn)中的卷取重量的精確控制就顯得尤為重要。顯然，采用目前公知的生產(chǎn)設(shè)備是難以滿足實際分卷生產(chǎn)中卷取重量精確控制的需求的。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種可根據(jù)設(shè)定參數(shù)控制設(shè)備自動完成計量卷取重量或長度從而有效解決分卷生產(chǎn)中卷取重量精確控制問題的金屬板帶計重分卷自動控制系統(tǒng)。另外，由于采用該系統(tǒng)的機組在生產(chǎn)中的速度是由兩部分指令來控制的，一部分是卷取重量或長度的閉環(huán)控制指令，另一部分是工藝操作的控制指令，因此，本發(fā)明的另一目的是解決閉環(huán)控制和工藝操作控制對機組的綜合控制問題。
用于實現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是這樣的該金屬板帶計重分卷自動控制系統(tǒng)的工作原理結(jié)構(gòu)如

圖1所示，它由用于拖動縱剪分卷生產(chǎn)機組工作的電機8、電機調(diào)速器7、用于檢測板帶卷取長度的光電編碼器4、可編程序控制器和用于向可編程序控制器輸入運算控制參數(shù)并顯示控制結(jié)果的人機界面1組成，其中可編程序控制器包括一個用于完成板帶定長或定重計算及逆運算并根據(jù)計算結(jié)果給出定長或定重送料模式的運算單元2、一個用于對運算單元2給定數(shù)值信號和光電編碼器4反饋脈沖進行誤差比例運算的位置閉環(huán)控制單元3、一個用于人為控制電機調(diào)速器7進行工作的工藝操作單元5以及一個通過對位置閉環(huán)控制單元3輸出信號及工藝操作單元5控制信號進行綜合從而控制電機調(diào)速器7工作的機組控制功能執(zhí)行單元6。工作中，由人機界面1輸出的運算控制參數(shù)信號經(jīng)運算單元2運算后發(fā)出定長度設(shè)定脈沖數(shù)值或定重量設(shè)定脈沖數(shù)值進入位置閉環(huán)控制單元3，該數(shù)值在與光電編碼器4發(fā)出的測長反饋脈沖值進行比較運算及比例調(diào)節(jié)后進入執(zhí)行單元6，在此與工藝操作單元5控制指令信號進行綜合后，輸出“加速(I)”、“減速(D)”或“速度保持(K)”給定信號進而通過調(diào)速器7控制電機8運轉(zhuǎn)，由測長光電編碼器4發(fā)出的反饋脈沖值同時再經(jīng)過運算單元2逆運算后，得到實際卷取重量或長度數(shù)值返回人機界面。
以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工作原理做進一步說明。
圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2～圖4為本發(fā)明之三種實施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖5～圖6為機組工藝操作單元控制機組速度的兩種工作原理圖參見圖1，本發(fā)明所述的金屬板帶計重分卷自動控制系統(tǒng)簡單地說是一個長度閉環(huán)控制系統(tǒng)，它由人機界面1、運算器2、位置閉環(huán)控制單元3、光電編碼器4、工藝操作單元5、機組控制功能執(zhí)行單元6、電機調(diào)速器7、驅(qū)動電機8及電機速度反饋器9等部分組成。系統(tǒng)設(shè)計時，首先將來料基本參數(shù)轉(zhuǎn)換為所需控制卷取板帶長度對應(yīng)的脈沖數(shù)，并由此導(dǎo)出如下給出的按照預(yù)設(shè)卷取長度進行控制的轉(zhuǎn)換公式(1)和按照預(yù)設(shè)卷取重量進行長度控制的轉(zhuǎn)換公式(2)S1=BA------(1)]]>式(1)中S1為對應(yīng)設(shè)定長度的脈沖數(shù)，B為卷取長度設(shè)定值(mm)，A為測長光電編碼器的脈沖當量(mm/脈沖)；S2=EA×C×D×G------(2)]]>式(2)中S2為對應(yīng)設(shè)定卷取重量的脈沖數(shù)，E為卷取重量設(shè)定值(kg)，C為來料板寬設(shè)定值(mm)，D為來料板厚設(shè)定值(mm)，G為來料比重(kg/m3)。生產(chǎn)機組工作時，通過向人機界面1輸入運算控制參數(shù)使運算器2根據(jù)式(2)或式(1)輸出定重脈沖數(shù)值S2或定長脈沖數(shù)值S1，由測長光電編碼器4檢測通過生產(chǎn)機組的板帶長度，其反饋脈沖數(shù)值S3與式(2)或式(1)中的S2或S1進行比較及比例調(diào)節(jié)運算，最終得到控制卷取機運轉(zhuǎn)的速度信號SP，同時，反饋脈沖數(shù)值S3再經(jīng)與式(2)或式(1)的逆運算，得到實際卷取重量或長度數(shù)值返回人機界面1。附圖中除功能構(gòu)件1、4、5、7、8、9外，其它一般都可以是由可編程序控制器軟件完成的功能環(huán)節(jié)。
與典型位置閉環(huán)控制系統(tǒng)不同，本發(fā)明為了使位置控制過程中的減速控制與生產(chǎn)機組的工藝操作控制相結(jié)合，增加了若干特殊環(huán)節(jié)，根據(jù)機組工藝操作形式的不同，特殊環(huán)節(jié)的數(shù)量和工作原理也有所區(qū)別。本發(fā)明中機組工藝操作控制機組速度的方法由兩種，一種是電位器模擬給定，信號的大小和變化斜率均由操作者掌握；另一種是按鈕操作，信號變化斜率在系統(tǒng)設(shè)計時已確定，操作者只能按圖5或圖6所示的以三個按鈕或兩個按鈕的操作方式控制機組速度信號的大小變化。圖5的操作硬件為三個按鈕，即加速按鈕(I)、減速按鈕(D)和速度保持按鈕(K)，當人為操作按鈕之后，可編程序控制器便根據(jù)指令以預(yù)設(shè)定的加速度輸出“加速”或“減速”的變化給定信號，或者是“速度保持”的恒定給定信號；而圖6所示的兩個按鈕操作的形式則不需要速度保持按鈕(K)。
實際工作中，根據(jù)對生產(chǎn)機組速度進行干預(yù)時不同的工藝要求，本發(fā)明之技術(shù)方案擁有如圖2～圖4所示的三種實施例。
實施例一參見圖2，本實施例方案的工藝要求是對任何時刻工藝操作都能對機組速度進行干預(yù)，即重量閉環(huán)控制已進入減速控制階段，工藝操作仍能對機組速度實施干預(yù)。本實施例結(jié)構(gòu)中的運算單元2包含有四只算術(shù)運算器，分別是用于完成定長度計算的定長脈沖數(shù)運算器21、用于完成定重量計算的定重脈沖數(shù)運算器22以及對長度反饋脈沖進行逆運算的長度脈沖數(shù)逆運算器23和對重量反饋脈沖進行逆運算的重量脈沖數(shù)逆運算器24；位置閉環(huán)控制單元3由減法器31、位置誤差調(diào)節(jié)器32、速度邏輯控制器33、信號變換器35和速度余長運算器34組成；機組控制功能執(zhí)行單元6由速度邏輯綜合器61、選擇控制開關(guān)63和具有“加速(I)”、“減速(D)”或“速度保持(K)”輸出功能的功能執(zhí)行控制器62組成。圖中標號10為轉(zhuǎn)換控制開關(guān)，用于完成定長控制或定重量控制的選擇；減法器31用于給定脈沖和反饋脈沖的誤差運算；信號變換器35用于將光電編碼器4的脈沖頻率信號轉(zhuǎn)變?yōu)樗俣刃盘枴９に嚥僮鲉卧?為一組可由操作者通過人為給定速度信號以控制機組工作的按鈕。
相對典型的位置閉環(huán)系統(tǒng)而言，本實施例系統(tǒng)增加了“減速余長運算”、“速度邏輯控制”和“速度邏輯綜合”三個工作單元。
“速度余長運算”單元的工作原理是根據(jù)機組當前時刻的實際工作速度和機組加減速所規(guī)定的加速度，計算出減速過程所需要卷取板帶長度的對應(yīng)脈沖數(shù)S0，其量值由式(3)導(dǎo)出S0=V22×a×A------(3)]]>式(3)中V為機組工作速度(mm/s)，a為加減速過程的加速度(mm/s2)，A為脈沖當量(mm/脈沖)。
“速度邏輯控制”單元的工作原理是由運算單元2輸出并經(jīng)轉(zhuǎn)換控制開關(guān)10揀出的定長設(shè)定脈沖數(shù)值信號S1或定重設(shè)定脈沖數(shù)值信號S2和由光電編碼器4輸出的位置反饋脈沖信號S3通過減法器31進行誤差運算后，產(chǎn)生的位置誤差信號S4(S4為S3與S2或S1相減運算后而得到的位置誤差值)送入位置誤差調(diào)節(jié)器32內(nèi)，得到控制機組運轉(zhuǎn)的速度信號SP(位置誤差調(diào)節(jié)器為比例調(diào)節(jié)器即乘法運算器，比例系數(shù)為P，SP＝S4×P)，由光電編碼器4輸出的位置反饋脈沖信號S3同時經(jīng)信號變換器35轉(zhuǎn)變?yōu)樗俣刃盘柌⒂伤俣扔嚅L運算器34計算出機組減速過程所需卷取板帶長度的對應(yīng)脈沖數(shù)S0，用位置誤差調(diào)節(jié)器32輸出的速度信號值SP與減速余長運算器34計算出的值S0進行比較，當SP大于S0時，說明卷取長度還未達到進入減速控制的余長值，因此速度邏輯選擇機組速度控制狀態(tài)為“保持”狀態(tài)，即保持機組現(xiàn)行速度不變；當SP小于S0時，速度邏輯選擇機組速度控制狀態(tài)為“減速”狀態(tài)，這時機組便以確定的加速度a開始減速。上述工作過程是一個循環(huán)控制過程，在整個減速過程中速度邏輯控制器33不斷地根據(jù)SP與S0的比較結(jié)果，在速度“保持”與“減速”兩種狀態(tài)中切換，直至位置調(diào)節(jié)器32的輸出為“0”，機組工作速度為零，卷取重量等于設(shè)定重量。
“速度邏輯綜合”單元的作用是將速度邏輯控制器單元33的結(jié)果與工藝操作單元5控制的結(jié)果進行綜合后通過控制開關(guān)63向功能執(zhí)行控制器62發(fā)出指令并使其輸出相應(yīng)的最終速度控制指令。
本實施例的優(yōu)點在于使位置調(diào)節(jié)器32對機組速度的控制與工藝操作對機組速度的控制相結(jié)合，任何時刻都可以根據(jù)要求在兩者之間進行切換，在保證閉環(huán)控制精度的前提下，可以保證減速過程是按照設(shè)定的加速度進行工作。
實施例二參見圖3，本實施例方案的工藝要求是工藝操作只在位置調(diào)節(jié)器處于飽和狀態(tài)時對機組速度進行干預(yù)，重量閉環(huán)控制進入減速控制階段后，工藝操作不需要再對機組速度實施干預(yù)。本實施例結(jié)構(gòu)中的運算單元2仍包括實施例一結(jié)構(gòu)所述的四只算術(shù)運算器21～24；閉環(huán)調(diào)節(jié)控制器3由減法運算器31和位置誤差調(diào)節(jié)器32構(gòu)成，機組控制功能執(zhí)行單元6由速度邏輯綜合器61、退飽和監(jiān)視器64、選擇控制開關(guān)63、65和具有“加速(I)”、“減速(D)”或“速度保持(K)”輸出功能的功能執(zhí)行控制器62組成；工藝操作單元5同樣為一組可由操作者通過人為給定速度信號以控制機組工作的按鈕。
由于本實施例在工藝上只要求工藝操作單元5在位置誤差調(diào)節(jié)器32處于飽和狀態(tài)時對機組速度進行干預(yù)，因此，在典型位置閉環(huán)系統(tǒng)中增加了“退飽和監(jiān)視”單元和“速度邏輯綜合”單元?！巴孙柡捅O(jiān)視”單元(64)實質(zhì)上是一個電平檢測器，用于監(jiān)視位置調(diào)節(jié)器32的輸出狀態(tài)?！八俣冗壿嬀C合”單元的功能與實施例一相比較為簡單，只對工藝操作單元(按鈕)5的邏輯信號進行綜合。系統(tǒng)工作時，由運算單元2輸出并經(jīng)選擇開關(guān)10揀出的定長設(shè)定脈沖數(shù)值信號S1或定重設(shè)定脈沖數(shù)值信號S2和由光電編碼器4輸出的位置反饋脈沖信號S3通過減法器31進行誤差運算后，產(chǎn)生的位置誤差信號S4再送入位置誤差調(diào)節(jié)器32進行比例運算，得到控制機組運轉(zhuǎn)的速度信號SP；控制開關(guān)65根據(jù)位置誤差調(diào)節(jié)器32是否處于飽和狀態(tài)選擇對電機實施工藝操作控制或重量閉環(huán)控制，當位置調(diào)節(jié)器32處于飽和狀態(tài)時，比較器控制開關(guān)65選擇工藝操作對機組速度進行控制，當位置調(diào)節(jié)器32退出飽和狀態(tài)，說明重量閉環(huán)控制進入減速控制階段，比較器控制開關(guān)65選擇重量閉環(huán)對機組速度進行控制，此時工藝操作不再起作用。
本實施例的特點是控制簡單，但不如實施例一靈活。
實施例三參見圖4，本實施例中工藝操作單元5為速度給定電位器，機組工藝操作速度控制是通過電位器模擬給定的，工藝要求是任何時刻工藝操作都能對機組速度進行干預(yù)，也就是在重量閉環(huán)控制進入減速控制階段后，工藝操作仍能對機組速度實施干預(yù)，。因此，在典型位置閉環(huán)系統(tǒng)中增加了“限幅控制器”單元，即以一個限幅控制器作為機組控制功能執(zhí)行單元6。限幅控制器的作用是由工藝操作電位器5的給定信號對位置調(diào)節(jié)器32輸出信號進行限幅控制，其工作原理實質(zhì)上是一個“小值選擇器”，它在工藝操作和重量閉環(huán)控制的信號之間選擇小者進行輸出。當位置調(diào)節(jié)器32處于飽和狀態(tài)時，機組工作速度只能跟隨機組工藝操作電位器5的模擬給定信號進行變化；當位置調(diào)節(jié)器32退出飽和狀態(tài)且輸出小于工藝操作電位器5的信號時，則系統(tǒng)進入閉環(huán)控制狀態(tài)，直至位置調(diào)節(jié)器32的輸出為“0”，機組工作速度為零，卷取重量等于設(shè)定重量。
本實施例的特點與實施例一的特點類似，只是減速時的加速度是變化的。
權(quán)利要求
1.一種金屬板帶計重分卷自動控制系統(tǒng)，由用于拖動縱剪分卷生產(chǎn)機組工作的電機(8)、電機調(diào)速器(7)、用于檢測板帶卷取長度的光電編碼器(4)、可編程序控制器和用于向可編程序控制器輸入運算控制參數(shù)并顯示控制結(jié)果的人機界面(1)組成，其特征在于所說的可編程序控制器包括一個用于完成板帶定長或定重計算及逆運算并根據(jù)計算結(jié)果給出定長或定重送料模式的運算單元(2)、一個用于對運算單元(2)給定數(shù)字信號和光電編碼器(4)反饋脈沖進行誤差比例運算的位置閉環(huán)控制單元(3)、一個用于人為控制電機調(diào)速器(7)進行工作的工藝操作單元(5)以及一個通過對位置閉環(huán)控制單元(3)輸出信號及工藝操作單元(5)控制信號進行綜合從而控制電機調(diào)速器(7)工作的機組控制功能執(zhí)行單元(6)，由人機界面(1)輸出的運算控制參數(shù)信號經(jīng)運算單元(2)運算后發(fā)出定長度設(shè)定脈沖數(shù)值或定重量設(shè)定脈沖數(shù)值進入位置閉環(huán)控制單元(3)，該數(shù)值在與測長光電編碼器(4)發(fā)出的測長反饋脈沖值進行比較運算后進入執(zhí)行單元(6)，并在與由工藝操作單元(5)控制指令信號進行綜合后，輸出“加速(I)”、“減速(D)”或“速度保持(K)”給定信號以控制電機(8)運轉(zhuǎn)，由測長光電編碼器(4)發(fā)出的反饋脈沖值同時再經(jīng)過運算單元(2)逆運算后，得到實際卷取重量或長度數(shù)值返回人機界面(1)。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬板帶計重分卷自動控制系統(tǒng)，其特征在于所說的位置閉環(huán)控制單元(3)由減法器(31)、位置誤差調(diào)節(jié)器(32)、速度邏輯控制器(33)、信號變換器(35)和速度余長運算器(34)組成，由運算單元(2)輸出并經(jīng)轉(zhuǎn)換控制開關(guān)(10)揀出的定長設(shè)定脈沖數(shù)值信號(S1)或定重設(shè)定脈沖數(shù)值信號(S2)和由光電編碼器(4)輸出的位置反饋脈沖信號(S3)通過減法器(31)進行誤差運算后，產(chǎn)生的位置誤差信號(S4)再送入位置誤差調(diào)節(jié)器(32)進行比例運算，得到控制機組運轉(zhuǎn)的速度信號(SP)，由光電編碼器(4)輸出的位置反饋脈沖信號(S3)同時經(jīng)信號變換器(35)轉(zhuǎn)變?yōu)樗俣刃盘柌⒂伤俣扔嚅L運算器(34)計算出機組減速過程所需卷取板帶長度的對應(yīng)脈沖數(shù)(S0)，通過速度邏輯控制器(33)將SP和S0進行比較，直至位置誤差調(diào)節(jié)器(32)的輸出為“0”，機組控制功能執(zhí)行單元(6)將速度邏輯控制器(33)的結(jié)果與工藝操作單元(5)控制的結(jié)果進行綜合后，得到最終的速度控制指令。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬板帶計重分卷自動控制系統(tǒng)，其特征在于所說的閉環(huán)調(diào)節(jié)控制器(3)由減法運算器(31)和位置誤差調(diào)節(jié)器(32)構(gòu)成，由運算單元(2)輸出并經(jīng)選擇開關(guān)(10)揀出的定長設(shè)定脈沖數(shù)值信號(S1)或定重設(shè)定脈沖數(shù)值信號(S2)和由光電編碼器(4)輸出的位置反饋脈沖信號(S3)通過減法器(31)進行誤差運算后，產(chǎn)生的位置誤差信號(S4)再送入位置誤差調(diào)節(jié)器(32)進行比例運算，得到控制機組運轉(zhuǎn)的速度信號(SP)，機組控制功能執(zhí)行單元(6)將該信號與工藝操作單元(5)控制的結(jié)果進行綜合后，得到最終的速度控制指令。
4.如權(quán)利要求1或2所述的金屬板帶計重分卷自動控制系統(tǒng)，其特征在于所說的機組控制功能執(zhí)行單元(6)由速度邏輯綜合器(61)、選擇控制開關(guān)(63)和具有“加速(I)”、“減速(D)”或“速度保持(K)”輸出功能的功能執(zhí)行控制器(62)組成，速度邏輯綜合器(61)將速度邏輯控制器(33)的結(jié)果與工藝操作單元(5)控制的結(jié)果進行綜合后通過選擇開關(guān)(63)向功能執(zhí)行控制器(62)發(fā)出指令并使其輸出相應(yīng)的最終速度控制指令。
5.如權(quán)利要求1或3所述的金屬板帶計重分卷自動控制系統(tǒng)，其特征在于所說的機組控制功能執(zhí)行單元(6)由速度邏輯綜合器(61)、退飽和監(jiān)視器(64)、選擇控制開關(guān)(63、65)和具有“加速(I)”、“減速(D)”或“速度保持(K)”輸出功能的功能執(zhí)行控制器(62)組成，退飽和監(jiān)視器(64)為一個用于監(jiān)視位置調(diào)節(jié)器(32)輸狀態(tài)的電平檢測器，控制開關(guān)(65)根據(jù)位置誤差調(diào)節(jié)器(32)是否處于飽和狀態(tài)選擇對電機實施工藝操作控制或重量閉環(huán)控制。
6.如權(quán)利要求1或3所述的金屬板帶計重分卷自動控制系統(tǒng)，其特征在于所說的機組控制功能執(zhí)行單元(6)為一個由工藝操作單元(5)的給定信號對位置調(diào)節(jié)器(32)輸出信號進行限幅控制的限幅控制器。
全文摘要
本發(fā)明是一種可根據(jù)設(shè)定參數(shù)控制縱剪分卷生產(chǎn)設(shè)備自動完成計量卷取重量或長度并可控制設(shè)備按預(yù)定加速度自動減速停機的閉環(huán)控制系統(tǒng),由電機、電機調(diào)速器、光電編碼器、可編程序控制器和人機界面組成,其中可編程序控制器包括運算單元、位置閉環(huán)控制單元、工藝操作單元及控制功能執(zhí)行單元。運算單元輸出的定長或定重脈沖數(shù)值與光電編碼器輸出的位置反饋脈沖數(shù)值通過位置閉環(huán)控制單元比較并與操作單元控制指令信號綜合后,由執(zhí)行單元輸出“加速”、“減速”或“保持”信號以控制電機運轉(zhuǎn),位置反饋脈沖值同時經(jīng)運算單元逆運算后得到實際卷取重量或長度數(shù)值返回人機界面。
文檔編號G06M7/00GK1326823SQ0011383
公開日2001年12月19日 申請日期2000年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月6日
發(fā)明者周德奇, 李劍, 萬保平 申請人:機械工業(yè)部西安重型機械研究所