CN101323033B - 一种中厚板液压滚切剪的控制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种中厚板液压滚切剪的控制方法和装置，属于轧钢自动控制技术领域，包括对左液压缸和右液压缸的控制，将左液压缸的实际位移曲线与左液压缸和右液压缸的理论位移曲线之差进行比较得出右液压缸新的设定位移曲线；将计算出右液压缸的设定位移曲线与右液压缸的实际位移曲线组成独立的闭环控制，将右液压缸设定位移曲线作为设定值，右液压缸的实际位移曲线作为反馈值，将设定值和反馈值输入位置PID控制器中，通过控制比例伺服阀的开口使右液压缸的实际位移曲线接近右液压缸设定位移曲线。本发明有效的解决了左液压缸和右液压缸实际位移曲线与理论位移曲线相差较大的问题，既有较快的响应速度，又具有较高的控制精度，提高了板材产品的剪切质量。
Description
技术领域
本发明属于轧钢自动控制技术领域，特别是涉及一种中厚板液压滚切剪的控制方法和装置。
背景技术
出版于2001年第5期《宽厚板》“滚切式定尺剪的剪切优势”一文提到在中厚板切头、切尾、分段的过程中，一种液压式滚切剪正在逐步的被越来越多的钢厂所应用。液压滚切剪具有结构简单，质量轻，成本低，剪切力大，钢板断口质量好，对框架地基冲击小等特点。液压滚切剪结构如图1所示。
出版于2008年第3期《重工与起重技术》“滚切式定尺剪简介”一文提到液压滚切剪的运动轨迹是左液压缸先动作一段时间，右液压缸才动作，左液压缸和右液压缸的位移差和速度差在整个剪切过程中使上剪刃和下剪刃上的钢板形成一个相对稳定的切入角。右液压缸未动作时，液压油全部供给左液压缸，当左液压缸和右液压缸同时运动时液压油分配给左液压缸和右液压缸。液压滚切剪因其结构上的特点要求左液压缸和右液压缸必须按照一定的运动关系，这样既能保证不会产生刀架水平倾斜角度过大与机械本身外部框架发生碰撞，又能保证在整个剪切过程的剪切力最大。
常规液压剪的控制方法是先由工艺人员根据设备的具体情况提出左液压缸和右液压缸的理论位移曲线，然后将左液压缸和右液压缸的理论位移曲线与位移传感器读出的实际位移曲线的差值分别输入PID控制器，PID控制器的输出值转化成比例伺服阀的开口度控制液压缸动作来消除各自的位置偏差，使左液压缸和右液压缸的实际位移曲线接近理论位移曲线。常规液压剪的控制方法原理图如图2所示。
但在实际应用中发现，在左液压缸动作而右液压缸未动作时，液压油全部供给左液压缸，当左液压缸和右液压缸同时运动时，因为液压油被分配到左液压缸和右液压缸导致流量减少使左液压缸动作产生一个明显减慢的过程，剪切轨迹因此发生变化。
截止目前为止，因左液压缸和右液压缸同时动作使液压系统流量减少而导致的左液压缸和右液压缸实际位移曲线与理论位移曲线相差较大，造成整个剪切轨迹发生变化，剪切角变小，剪切力变小，钢板断口质量差，这种变化很难通过常规PID控制调整比例伺服阀开口控制液压缸动进行有效的解决。
发明内容
针对现有中厚板液压滚切剪左液压缸和右液压缸位移控制技术存在的问题，本发明提供一种能够有效解决左液压缸和右液压缸同步或保持一定运动关系的方法，以替代目前中厚板液压剪的传统控制方法，从而提高系统的稳定性和断口质量。本发明方法对剪切控制装置，有如下的基本电气硬件要求：
1)左液压缸和右液压缸分别安装一台位移传感器用于检测两个液压缸活塞杆的位移，
2)左液压缸和右液压缸分别安装一台有接受模拟量信号控制的比例伺服阀，或者比例伺服阀可采用伺服阀替换，用于控制两个液压缸的动作，
3)模拟量输入模板、模拟量输出模板和控制器，有一台带有模拟输入输出接口模板、可以进行数学运算的控制器，例如装有模拟输入和输出模板的SIEMENS S7-300PLC，模拟量输入模板读取由位移传感器读取的左液压缸和右液压缸的位移信号，模拟量输出模板输出控制信号控制比例伺服阀的开口度，控制器接受模拟量输入模板的输入信号，对剪切过程进行跟踪和计算，再将结果传给模拟量输出模板。如果一个现有的中厚板液压滚切剪系统已兼备了以上基本条件，则只要加入相关的控制程序即可。
本发明的控制方法，包括以下步骤：
第一步：对左液压缸的控制，将左液压缸的理论位移曲线(由工艺人员提出)与左液压缸的实际位移曲线(由左液压缸位移传感器测得)组成独立的闭环控制，将左液压缸理论位移曲线作为设定值，左液压缸实际位移曲线作为反馈值，将设定值和反馈值输入位置PID控制器中，控制器将左液压缸位置PID控制器输出信号g(S左)转换成左液压缸比例伺服阀的开口度，通过控制比例伺服阀的开口使左液压缸的实际位移曲线接近左液压缸理论位移曲线，其中左液压缸位置PID控制器输出信号g(S左)与液压缸位移控制关系流程图如图5；
第二步：对右液压缸的控制，将左液压缸的实际位移曲线与左液压缸和右液压缸的理论位移曲线(由工艺人员提出)之差进行比较得出右液压缸新的设定位移曲线；计算公式如下：
S右设＝S左实-(S左理-S右理) (1)
式中S右设-右液压缸设定位移曲线；
S左实-左液压缸实际位移曲线；
S左理-左液压缸理论位移曲线；
S右理-右液压缸理论位移曲线。
将计算出右液压缸的设定位移曲线与右液压缸的实际位移曲线(由右缸位移传感器测得)组成独立的闭环控制，将右液压缸设定位移曲线作为设定值，右液压缸实际位移曲线作为反馈值，将设定值和反馈值输入位置PID控制器中，右液压缸位置PID控制器输出信号g(S右)转换成右液压缸比例伺服阀的开口度，通过控制比例伺服阀的开口使右液压缸的实际位移曲线接近右液压缸设定位移曲线。
这种控制方法的特点是通过左液压缸位置闭环影响右液压缸位置闭环，当左液压缸的实际位移曲线产生偏差时，左液压缸比例伺服阀接受自身的位置PID控制器调节，右液压缸比例伺服阀既接受自身位置PID控制器调节，同时又受左液压缸实际-位移曲线的影响。当左液压缸的实际位移曲线落后于左液压缸理论位移曲线时，右液压缸的设定位移曲线就减小，减慢右液压缸的速度，从而保持左液压缸和右液压缸相对的位置关系，反之则加快右液压缸的速度。具体液压剪控制流程图见图6。
本发明提出了确定新的右液压缸设定位移曲线的思想，解决了传统控制方法中因左液压缸和右液压缸同时动作使液压系统流量减少而导致的左液压缸和右液压缸实际位移曲线与设定位移曲线相差较大，造成整个剪切轨迹发生变化，剪切角变小，剪切力变小，钢板断口质量差的问题。如果发生因为流量减少导致左液压缸速度明显下降导致与理论曲线相差较大的问题，控制系统经过计算后通过PID控制器调整比例伺服阀开口控制左液压缸和右液压缸实际位移曲线使之与理论位移曲线相匹配。与传统控制方法相比，这种方法有效的解决了左液压缸和右液压缸实际位移曲线与理论曲线相差较大的问题，即有较快的响应速度，又具有较高的控制精度。可以广泛推广到中厚板轧钢厂中，以提高板材产品的剪切质量。
附图说明
图1为中厚板液压剪结构示意图；
图2为液压剪常规控制系统的原理图；
图3为液压控制系统电气硬件关系图；
图4为本发明方法的原理图；
图5为PID输出信号g(S)与液压缸位移控制关系流程图；
图6为液压剪控制流程图；
图7为现场左液压缸的位移曲线效果图，图中①线为左缸的理论位移曲线，②线为左缸的实际位移曲线；
图8为现场右液压缸的位移曲线效果图，图中①线为右缸的理论位移曲线，②线为右缸 的实际位移曲线；
图9为现场左液压缸和右液压缸的位移曲线效果图，图中①线为右缸的理论位移曲线，②线为右缸的实际位移曲线，③线为右缸的理论位移曲线，④线为右缸的实际位移曲线。
具体实施方式
结合一个实施例对本发明做进一步描述：用于2800mm中厚板液压滚切剪系统，系统的相关参数如下：钢种：Q235B，宽度：2500mm，厚度：30mm，位移传感器：广州康宇
比例伺服阀：Rexroth，PLC系统：CPU：SIEMENS 315-2DP，6ES7 315-2AG10-0AB0，模拟量输入模板：SM338绝对值编码器模块，6ES7 338-4BC01-0AB0，模拟量输出模板：4位AO模块，6ES7 332-5HD01-0AB0。
第一步：将左液压缸的理论位移曲线(由工艺人员提出)与实际位移曲线(由左液压缸位移传感器测得)组成独立的闭环控制，将左液压缸理论位移曲线作为设定值，左液压缸实际位移曲线作为反馈值，将设定值和反馈值输入位置PID控制器中，左液压缸位置PID控制器输出信号g(S左)转换成左液压缸比例伺服阀的开口度，通过控制比例伺服阀的开口使左液压缸的实际位移曲线接近左液压缸理论位移曲线，现场左液压缸位移曲线如图7所示。
第二步：将左液压缸的实际位移曲线与左液压缸和右液压缸的理论位移曲线(由工艺人员提出)之差进行比较得出右液压缸新的设定位移曲线；计算公式如下：
S右设＝S左实-(S左理-S右理) (1)
式中S右设-右液压缸设定位移曲线；
S左实-左液压缸实际位移曲线；
S左理-左液压缸理论位移曲线；
S右理-右液压缸理论位移曲线。
第三步：将计算出右液压缸的设定位移曲线与右液压缸的实际位移曲线(由右液压缸位移传感器测得)组成独立的闭环控制，将右液压缸设定位移曲线作为设定值，右液压缸实际位移曲线作为反馈值，将设定值和反馈值输入位置PID控制器中，右液压缸位置PID控制器输出信号g(S右)转换成右液压缸比例伺服阀的开口度，通过控制比例伺服阀的开口使右液压缸的实际位移曲线接近右液压缸设定位移曲线，右液压缸位移曲线如图8所示。
经过试验，这种控制方法有效的解决了实际位移曲线与设定位移曲线相差较大的问题。 现场剪切周期小于6秒，控制系统PID控制器采用SIEMENS自带的FB41程序块，闭环控制的循环时间为10ms，经过试验当Kp1＝1.20，Kp2＝1.45时，控制效果最好。左液压缸和右液压缸位移曲线如图9所示，从现场曲线图看出这种控制方法左液压缸和右液压缸的实际位移曲线与理论位移曲线十分接近，取得了不错的效果。现场钢板断口质量良好，断口光滑平整，无毛刺和塌边。在其他液压滚切剪的控制装置中如果选用其它类型的液压阀或控制器，也受本发明保护。
Claims (3)
1.一种中厚板液压滚切剪的控制方法，包括对左液压缸的控制和右液压缸的控制，其特征在于对右液压缸的控制，将左液压缸的实际位移曲线与左液压缸和右液压缸的理论位移曲线之差进行比较得出右液压缸新的设定位移曲线，右液压缸设定位移曲线计算公式如下：
S右设＝S左实-(S左理-S右理)
式中S右设-右液压缸设定位移曲线；
S左实-左液压缸实际位移曲线；
S左理-左液压缸理论位移曲线；
S右理-右液压缸理论位移曲线；
将计算出右液压缸的设定位移曲线与右液压缸的实际位移曲线组成独立的闭环控制，将右液压缸设定位移曲线作为设定值，右液压缸的实际位移曲线作为反馈值，将设定值和反馈值输入位置PID控制器中，右液压缸PID控制器输出信号转换成右液压缸比例伺服阀的开口度，通过控制比例伺服阀的开口使右液压缸的实际位移曲线接近右液压缸设定位移曲线，当左液压缸的实际位移曲线落后于左液压缸理论位移曲线时，右液压缸的设定位移曲线就减小，减慢右液压缸的速度，从而保持左液压缸和右液压缸相对的位置关系，反之则加快右液压缸的速度，所述的右液压缸PID控制器输出信号g(S右)＝kp2(S右设-S右实)。
2.权利要求1所述的一种中厚板液压滚切剪的控制方法的控制装置，其特征在于包括传感器、比例伺服阀、模拟量输入模板、模拟量输出模板和控制器，其中左液压缸和右液压缸分别安装检测液压缸位移的传感器；左液压缸和右液压缸分别安装一台有接受模拟量信号控制的比例伺服阀；模拟量输入模板读取由位移传感器读取的左液压缸和右液压缸的位移信号，模拟量输出模板输出控制信号控制比例伺服阀的开口度，控制器接受模拟量输入模板的输入信号，对剪切过程进行跟踪和计算，再将结果传给模拟量输出模板。
3.根据权利要求2所述的一种中厚板液压滚切剪的控制方法的控制装置，其特征在于：所述的比例伺服阀可采用伺服阀替换。
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