CN104588832B - 一种型钢火切机割枪切割控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种型钢火切机割枪切割控制系统，包括切割启动控制单元，用于当待切割型钢定位完毕后割枪自动切割的启动，割枪随着割枪行走机构移动；预切割控制单元，用于使割枪定位在待切割型钢的边缘处并在静止状态下对型钢边缘进行4秒钟的预切割。切割焰控制单元，通过控制切割焰控制阀的开闭，控制割枪切割焰的自动开闭；自动切割控制单元，用于在预切割控制单元发出型钢不同段连续切割的启动信号后，割枪对型钢不同段进行自动切割；自动切割状态复位单元，用于型钢自动切割过程完毕后，对预切割控制单元和自动切割控制单元的所有触发器进行复位。

Description

一种型钢火切机割枪切割控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电气自动化控制技术领域，尤其涉及一种型钢火切机割枪切割控制系统及方法。

背景技术

型钢火焰切割机(简称型钢火切机)通常由火切机割枪行走机构(包括高温钢坯边缘检测装置(如钢坯边缘检测重锤等)、长明火焰枪、切割火焰枪(即割枪)、火焰枪气管拖拉链、割枪行走机构驱动电动机以及传动齿轮等)、火切机基础框架(包括与割枪行走机构传动齿轮啮合的齿条)以及控制火焰枪气体通断的电磁阀阀台等构成，如下图1所示。马钢小H型钢异形坯火切机也是采用这种结构。考虑到型钢(或型钢异形坯)的翼缘高度和腹板厚度相差很大，在割枪切割火焰强度不变的情况下，为了保证型钢的切割效果，火切机切割型钢翼缘的速度需要比切割腹板的速度低很多。由此可知，型钢火切机割枪在切割过程中需要根据不同型钢位置段(即翼缘段和腹板段)采取不同的切割速度。为此，型钢火切机通常采用割枪切割速度与型钢位置段绑定的方式进行控制，即在割枪切割的过程中根据型钢不同位置段来切换割枪切割速度，而型钢不同位置段则通过割枪行走机构上的钢坯边缘检测重锤以及安装在其驱动电机轴上的编码器来实现。实践证明，这种带割枪位置检测火切机其工作的稳定性主要取决于割枪位置检测编码器的稳定性。

发明内容

针对相关技术领域文献和以上现有技术的不足，在大量现有文献研究和长期在相关领域研发实践的基础上，本发明提出“一种无割枪位置检测的型钢火切机割枪切割控制的方法”，克服了现有技术中“割枪位置检测编码器对火切机的影响”等技术难题，由此使得火切机的工作稳定性得到了大幅提升，这样不仅减少了因火切机割枪位置编码器故障而导致的中间轧废，而且也地减少了火切机所产生的设备故障停产时间。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种型钢火切机割枪切割控制系统，该系统包括：切割启动控制单元，用于当待切割型钢定位完毕后割枪自动切割的启动，割枪随着割枪行走机构移动；预切割控制单元，用于使割枪定位在待切割型钢的边缘处并在静止状态下对型钢边缘进行4秒钟的预切割。切割焰控制单元，通过控制切割焰控制阀的开闭，控制割枪切割焰的自动开闭；自动切割控制单元，用于在预切割控制单元发出型钢不同段连续切割的启动信号后，割枪对型钢不同段进行自动切割；自动切割状态复位单元，用于型钢自动切割过程完毕后，对预切割控制单元和自动切割控制单元的所有触发器进行复位。

一种型钢火切机割枪切割控制方法，该方法包括以下步骤：步骤一、当待切割型钢在火切机所对应的辊道上定位完毕后，自动切割启动控制单元使割枪按照割枪启动设定速度前行；步骤二、当割枪行走机构上的钢坯边缘检测重锤碰到辊道上待切割型钢边缘时，预切割控制单元使割枪以切割启动过程中的割枪启动设定速度继续前行一定时间，之后使割枪停止前行；步骤三、在割枪停止前行后，切割焰控制单元控制割枪切割焰控制阀，在经过点火延迟时间后打开，切割焰点火；步骤四、在切割焰达到切割所需的状态后，预切割控制单元控制割枪以切割启动过程中的割枪启动设定速度点动至型钢边缘并对型钢边缘进行一定时间的预切割，在预切割时间完毕后发出型钢不同段连续切割的启动信号；步骤五、在预切割控制单元发出型钢不同段连续切割的启动信号后，割枪对型钢不同段进行自动切割；步骤六、型钢自动切割过程完毕后，对预切割控制单元和自动切割控制单元的所有触发器进行复位。所述步骤五包括以下步骤：步骤一、割枪以切割翼缘段设定速度切割型钢的第一个翼缘段；步骤二、割枪以切割腹板段设定速度切割型钢的腹板段；步骤三、割枪以切割翼缘段设定速度切割型钢的第二个翼缘段；步骤四、切割焰控制单元控制割枪切割焰关闭；步骤五、型钢自动切割控制单元使割枪以与割枪启动设定速度相同的速度进行反向移动，直到割枪处于等待位置。所述割枪启动设定速度为128％的电机额定速度。所述切割翼缘段设定速度为18.1％的电机额定速度。所述切割腹板段设定速度为64％的电机额定速度。所述预切割时间为4秒。

本发明有如下积极效果：采用本发明使得火切机的工作稳定性得到了大幅提升，这样不仅减少了因火切机割枪位置编码器故障而导致的中间轧废，而且也地减少了火切机所产生的设备故障停产时间。一种无割枪位置检测的型钢火切机割枪切割控制方法在马钢三钢轧小H型钢异形坯火切机上投入了使用。实际使用效果很好。该项技术成果每年可创造10多万元的经济效益。

附图说明

图1为本发明具体实施例的型钢火焰切割机结构示意图；

图2为本发明具体实施例的控制结构图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的控制系统，相互间的连接关系，及实施方法，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

在上图2中，NSW为“数字转换开关”功能块，当I＝‘1’时，Y＝X2，当I＝‘0’时，Y＝X1；RSR为“复位端R优先的RS触发器”功能块，当S为‘1’，R为‘0’时，Q为‘1’，QN为‘0’，当S为‘1’，R为‘1’时，Q为‘0’，QN为‘1’，当S为‘0’，R为‘0’时，Q和QN保持原态，当S为‘0’，R为‘1’时，Q为‘0’QN为‘1’；PCL为脉宽限定功能块，当I由‘0’变‘1’时，Q也由‘0’变‘1’；若I持续为‘1’的时间小于或等于T所设定的时间，则当I由‘1’变‘0’时，Q也由‘1’变‘0’；若I持续为‘1’的时间大于T所设定的时间，则Q仅在T所设定的时间内保持为‘1’；ETE为“前后沿设别”功能块，当I由‘0’变‘1’时，QP仅输出长度为1个循环周期的正向脉冲，在其余状态下QP保持为‘0’；当I由‘1’变‘0’时，QN仅输出长度为1个循环周期的正向脉冲，在其余状态下QN保持为‘0’；PDE为“前沿延时”功能块；OR为“或”门；AND为“与”门；NOT为“非”门。

这种无割枪位置检测的型钢火切机割枪切割控制程序的设计及控制思想如下：

(1).该控制程序主要由五个控制单元所组成，即功能块XHGQC01～XHGQC07以及XHGQC10～XHGQC16构成自动切割启动控制单元；功能块XHGQC03～XHGQC05、XHGQC08、XHGQC09以及XHGQC49～XHGQC51构成割枪切割焰自动开/闭控制单元；功能块XHGQC03、XHGQC04、XHGQC010、XHGQC11以及XHGQC19～XHGQC32构成预切割控制单元；功能块XHGQC33～XHGQC48构成型钢自动切割控制单元；功能块XHGQC04、XHGQC17以及XHGQC18构成自动切割状态复位单元。

(2)由上述自动切割启动控制单元可知，当待切割型钢在火切机所对应的辊道上定位完毕后，轧钢操作工即可点击火切机自动切割启动按钮，这样，在割枪传动准备就绪且无紧停的情况下，自动切割启动控制单元中功能块XHGQC15输出端Q的状态为‘1’，这样，自动切割启动控制单元通过功能块XHGQC16将割枪传动电机速度设定为128％电机额定速度，使割枪以高速前行。当割枪行走机构上的钢坯边缘检测重锤碰到辊道上待切割型钢边缘(即钢坯边缘重锤检测出现捡得)时，该单元中RS触发器功能块XHGQC11输出端Q被置为‘1’，功能块XHGQC15输出端Q的状态由‘1’变为‘0’，自动切割启动控制单元输出的割枪传动电机速度设定值变为0，这样，自动切割启动控制单元便完成了割枪自动切割的启动，割枪自动切割的后续过程则由该控制程序中的其它控制单元来完成。

(3)对于型钢火切机而言，为了防止切割钢渣喷溅到割枪火焰喷嘴上造成喷嘴堵塞，切割工艺要求割枪切割焰必须在其下部无钢的情况下才允许打开，并且割枪在切割型钢前必须先在型钢边缘进行一定时间的预切割，待型钢边缘割穿后，割枪才能按照型钢不同段的切割速度进行后续的连续切割。为了满足割枪切割工艺要求，在该火切机割枪切割控制程序中设计了割枪切割焰自动开/闭控制单元以及预切割控制单元。鉴于割枪行走机构上的钢坯边缘检测重锤在割枪前行方向上超前割枪一定距离(如100毫米)，这样，当钢坯边缘检测重锤碰到辊道上待切割型钢边缘时，预切割控制单元中RS触发器功能块XHGQC11输出端Q由‘0’变‘1’，功能块XHGQC19输出端Q将输出0.3秒的‘1’脉冲，在这0.3秒的‘1’脉冲期间，预切割控制单元通过功能块XHGQC20将割枪传动电机速度设定为128％电机额定速度，使割枪以切割启动过程中的稳定前行速度(即128％电机额定速度)继续前行0.3秒，在此时间过后，由于功能块XHGQC19输出端Q由‘1’变为‘0’，预切割控制单元输出的割枪传动电机速度设定值又变为0，使割枪停止前行。由此，为了避免割枪切割焰在快速前行时点火(即打开)，割枪切割焰自动开/闭控制单元通过功能块XHGQC05和XHGQC08使割枪切割焰控制阀在钢坯边缘捡得0.8秒后打开(即切割焰点火)，割枪切割焰在点火后的短暂时间内(如1.5秒)便可达到切割所需的状态，之后割枪切割焰将保持打开直到钢坯切割完毕。。鉴于割枪切割焰打开的位置与型钢边缘有一定的间距，为了降低切割等待时间，在切割焰达到切割所需的状态后，预切割控制单元短时(如1秒)使割枪传动电机速度设定值为128％电机额定速度，使割枪快速点动至型钢边缘进行型钢边缘预切割。为了确保在型钢预切割过程中割枪切割焰能够割穿型钢边缘，预切割控制单元使割枪在静止状态下的预切割持续一定的时间(如4秒)，在割枪预切割完毕时刻，预切割控制单元中功能块XHGQC31输出端Q的状态由‘1’变‘0’，该状态的变化作为型钢不同段连续切割的启动信号。

(4)在预切割控制单元发出型钢不同段连续切割的启动信号后，该割枪切割控制程序中型钢自动切割控制单元的RS触发器功能块XHGQC34输出端Q将由‘0’变‘1’，功能块XHGQC35输出端Q将输出16秒的‘1’脉冲，在这16秒的‘1’脉冲期间，型钢自动切割控制单元通过功能块XHGQC36将割枪传动电机速度设定为18.1％电机额定速度，使割枪以低速切割型钢的第一个翼缘段，在此时间过后，由于功能块XHGQC35输出端Q由‘1’变为‘0’，功能块XHGQC36输出的割枪传动电机速度设定值又变为0，但同时使型钢自动切割控制单元的RS触发器功能块XHGQC38输出端Q由‘0’变‘1’，功能块XHGQC39输出端Q将输出9秒的‘1’脉冲，在这9秒的‘1’脉冲期间，型钢自动切割控制单元通过功能块XHGQC40将割枪传动电机速度设定为64％电机额定速度，使割枪以较快的速度切割型钢的腹板段，在这9秒钟的‘1’脉冲结束时刻，由于功能块XHGQC39输出端Q由‘1’变为‘0’，功能块XHGQC40输出的割枪传动电机速度设定值又变为0，并且同时使型钢自动切割控制单元的RS触发器功能块XHGQC42输出端Q由‘0’变‘1’，这样，功能块XHGQC43输出端Q将输出最长20秒的‘1’脉冲，在这20秒的‘1’脉冲期间或在割枪前行终位捡得之前，型钢自动切割控制单元通过功能块XHGQC44将割枪传动电机速度又设定为18.1％电机额定速度，使割枪以低速切割型钢的第二个翼缘段，在这20秒钟的‘1’脉冲结束之时或在割枪前行终位捡得之时，由于功能块XHGQC43输出端Q由‘1’变为‘0’，功能块XHGQC44输出的割枪传动电机速度设定值又变为0，同时使型钢自动切割控制单元中“前后沿设别”功能块XHGQC45的QN输出端输出一个循环周期的‘1’脉冲，这样，通过功能块XHGQC50和XHGQC51使割枪切割焰立即关闭，并且使自动切割控制单元的RS触发器功能块XHGQC46输出端Q由‘0’变‘1’，功能块XHGQC47输出端Q将输出最长16秒的‘1’脉冲。在这16秒的‘1’脉冲期间或在割枪等待位置捡得之前，型钢自动切割控制单元通过功能块XHGQC48将割枪传动电机速度设定为-128％电机额定速度，使割枪以高速返回(或后行)，直到割枪等待位置捡得，这时型钢自动切割控制单元的RS触发器功能块XHGQC46输出端Q由‘1’变为‘0’，功能块XHGQC47输出端Q由‘1’变为‘0’，功能块XHGQC48输出的割枪传动电机速度设定值又变为0，这样，整个型钢自动切割过程完毕。

(5)在型钢自动切割过程完毕之时(即割枪切割后重新返回等待位置之时)，自动切割状态复位单元中功能块XHGQC17和XHGQC18的输出端Q为‘1’或输出一个‘1’脉冲，这样，预切割控制单元以及型钢自动切割控制单元中的所有RS触发器功能块将被复位，由此为下一次割枪自动切割做好准备。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的执行步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。本发明并不局限于上述特定实施例，在不脱离本发明精神及其实质情况下，本领域的普通技术人员可根据本发明做出各种相应改变和变形，这些相应对本发明进行的修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护的范围当中。

Claims (7)

1.一种型钢火切机割枪切割控制系统，其特征在于，该系统包括：

切割启动控制单元，用于当待切割型钢定位完毕后割枪自动切割的启动，割枪随着割枪行走机构移动；

预切割控制单元，用于使割枪定位在待切割型钢的边缘处并在静止状态下对型钢边缘进行4秒钟的预切割，在割枪预切割完毕时刻，预切割控制单元中功能块XHGQC31输出端Q的状态由‘1’变‘0’，该状态的变化作为型钢不同段连续切割的启动信号；

切割焰控制单元，通过控制切割焰控制阀的开闭，控制割枪切割焰的自动开闭；

自动切割控制单元，用于在预切割控制单元发出型钢不同段连续切割的启动信号后，割枪对型钢不同段进行自动切割；

自动切割状态复位单元，用于型钢自动切割过程完毕后，对预切割控制单元和自动切割控制单元的所有触发器进行复位。

2.根据权利要求1所述的一种型钢火切机割枪切割控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、当待切割型钢在火切机所对应的辊道上定位完毕后，自动切割启动控制单元使割枪按照割枪启动设定速度前行；

步骤二、当割枪行走机构上的钢坯边缘检测重锤碰到辊道上待切割型钢边缘时，预切割控制单元使割枪以切割启动过程中的割枪启动设定速度继续前行一定时间，之后使割枪停止前行；

步骤三、在割枪停止前行后，切割焰控制单元控制割枪切割焰控制阀，在经过点火延迟时间后打开，切割焰点火；

步骤四、在切割焰达到切割所需的状态后，预切割控制单元控制割枪以切割启动过程中的割枪启动设定速度点动至型钢边缘并对型钢边缘进行一定时间的预切割，在预切割时间完毕后发出型钢不同段连续切割的启动信号；

步骤五、在预切割控制单元发出型钢不同段连续切割的启动信号后，割枪对型钢不同段进行自动切割；

步骤六、型钢自动切割过程完毕后，对预切割控制单元和自动切割控制单元的所有触发器进行复位。

3.根据权利要求2所述的型钢火切机割枪切割控制方法，其特征在于，所述步骤五包括以下步骤：

步骤一、割枪以切割翼缘段设定速度切割型钢的第一个翼缘段；

步骤二、割枪以切割腹板段设定速度切割型钢的腹板段；

步骤三、割枪以切割翼缘段设定速度切割型钢的第二个翼缘段；

步骤四、切割焰控制单元控制割枪切割焰关闭；

步骤五、型钢自动切割控制单元使割枪以与割枪启动设定速度相同的速度进行反向移动，直到割枪处于等待位置。

4.根据权利要求2所述的型钢火切机割枪切割控制方法，其特征在于，所述割枪启动设定速度为128％的电机额定速度。

5.根据权利要求2所述的型钢火切机割枪切割控制方法，其特征在于，所述切割翼缘段设定速度为18.1％的电机额定速度。

6.根据权利要求2所述的型钢火切机割枪切割控制方法，其特征在于，所述切割腹板段设定速度为64％的电机额定速度。

7.根据权利要求2所述的型钢火切机割枪切割控制方法，其特征在于，所述预切割时间为4秒。