CN105537671A - 一种薄板处理线飞剪通用控制方法及其控制模型 - Google Patents

一种薄板处理线飞剪通用控制方法及其控制模型 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种薄板处理线飞剪通用控制方法及其控制模型，包括如下步骤：建立飞剪剪切轨迹模型：建立飞剪剪切轨迹模型中的第一剪剪切轨迹模型；建立飞剪剪切轨迹模型中的连续剪轨迹模型；以飞剪剪切轨迹模型为依据对飞剪进行偏差修正；辅助以剪切转矩补偿进行控制。飞剪控制模型剪切精度误差在1mm以内，从使用至今的实际效果上体现出其从根本上消除了剪切质量不好、堆钢堵料情况的产生，保证了生产节奏的连续性。该通用型飞剪控制模型具有响应速度快、可靠性好、稳定性强等特点，在研发时就考虑到多用途和推广性，可广泛用于冷轧薄板处理线上的多种旋转式飞剪。从使用效果和推广前景上能产生巨大的经济效益。

Description

一种薄板处理线飞剪通用控制方法及其控制模型
技术领域
本发明涉及冷轧薄板连续处理线的飞剪控制，具体涉及一种薄板处理线飞剪通用控制方法及其控制模型。
背景技术
飞剪是冷轧薄板连续处理线不可缺少的一部分，保证处理线生产节奏的连续性。其剪切精度和剪切效果对产品带头带尾质量有明显的影响。其控制的算法也多种多样，但是大部分都是根据生产当中带钢速度、位置等实时参数进行计算，再辅助以补偿的方式。但是在实际运用当中，这些方式都属于滞后控制，对控制精度会造成一定的影响。控制精度的误差会导致剪切不同步，以至于剪切质量不好、堆钢堵料、响应生产节奏等情况的产生。
发明内容
为了提高剪切精度、保证剪切效果和优化产品质量，并且能适应多种结构形式的飞剪，本发明在对几种飞剪的运动进行深入研究，通过对其运动学原理推导之后，建立通用型飞剪控制模型来提高飞剪的控制水平，提供一种薄板处理线飞剪通用控制方法及其控制模型。
为解决上述技术问题，本发明提供一种薄板处理线飞剪通用控制方法，包括如下步骤：(1)建立飞剪剪切轨迹模型；
(1-1)建立飞剪剪切轨迹模型中的第一剪剪切轨迹模型；
(1-2)建立飞剪剪切轨迹模型中的连续剪轨迹模型；
(2)以飞剪剪切轨迹模型为依据对飞剪进行偏差修正；
(3)辅助以剪切转矩补偿进行控制。
进一步地，步骤(2)中根据带钢实际运行速度和位置数据对飞剪进行偏差修正。
进一步地，步骤(1-1)中根据带钢实时速度、带钢实际厚度、剪切点实际位置和飞剪剪刃实际位置计算飞剪剪刃与带钢的同步角度和启动点，建立第一剪剪切轨迹模型
C i = α ( S 0 - S i ) 2 2 v 0 2 = ( S 0 - S i ) 2 2 S 1
步骤(1-2)中根据带钢实时速度、带钢实际厚度、带钢剪切长度和数量建立连续剪轨迹模型
Ci＝S0-Si+ΔCi
其中：
Ci：飞剪虚拟圆理想移动距离[mm]
α：飞剪理想加速度(换算为线加速度)[mm/ms2]
S0：启动飞剪时，带钢分切点到剪切点距离计算值[mm]
Si：带钢当前实际位置[mm]
v0：飞剪启动瞬间，带钢的实际速度[mm/ms]
S1：飞剪加速运行，带钢通过的距离计算值[mm]
S2：等待位θ1(180度)到飞剪进入剪切角度θ2对应钢带移动的距离
S3：飞剪与带钢匀速同步运行在POS2区域，带钢通过的距离计算值[mm]
S4：飞剪速度为0的过程中，带钢通过的距离[mm]
C1：飞剪出剪切区域瞬间的角度θ0到等待位θ1(180度)，飞剪虚拟圆的距离
C2：等待位θ1(180度)到飞剪进入剪切角度θ2，飞剪虚拟圆的距离
ΔCi：飞剪虚拟圆相对于带钢的位移差曲线。
进一步地，步骤(2)中，根据剪切模型与实际的偏差量、飞剪实际角度和机械惯量，通过微积分的方法实时地修正飞剪的速度、加速度和转矩分量的设定值，修正偏差：
第一剪飞剪速度给定：
第一剪飞剪加速度：
αi＝dVi
连续剪飞剪速度给定：
Vi＝vi+dΔCi
连续剪飞剪加速度：
αi＝dVi
Vi：飞剪输出速度[m/s](1m/s＝1mm/ms)
vi：带钢的实际速度[m/s]
αi：飞剪输出加速度[m/s2]。
进一步地，在出口系统的S7-400PLC主机架上安装FM458和EXM438模块，FM458通过底板P总线与S7-400主CPU进行数据通讯，在FM458上设置Profibus-DP总线与西门子S120系列电机模块对应的CU320进行通讯，通过EXM438模块连接现场检测信号。
进一步地，在FM458中采用S7-CFC编程语言进行编程。
进一步地，对西门子S120传动装置进行优化和调试，并核对与FM458的通讯接口。
进一步地，模拟带钢运行，进行真实剪切的同时，采集飞剪实时状态，检查飞剪的剪切曲线是否正常。
进一步地，根据传动转矩和实际加速度反算飞剪实际转动惯量，将飞剪转动惯量曲线化后的数写入程序。
进一步地，剪切轨迹模型包括第一剪剪切轨迹模型和连续剪轨迹模型两部分。
与目前现有技术相比，本发明通用型飞剪控制模型剪切精度误差在1mm以内，从使用至今的实际效果上体现出其从根本上消除了剪切质量不好、堆钢堵料情况的产生，保证了生产节奏的连续性。该通用型飞剪控制模型具有响应速度快、可靠性好、稳定性强等特点，在研发时就考虑到多用途和推广性，可广泛用于冷轧薄板处理线上的多种旋转式飞剪。从使用效果和推广前景上能产生巨大的经济效益。
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
在一个优选实施例中，一种薄板处理线飞剪通用控制方法，包括如下步骤：建立飞剪剪切轨迹模型：建立飞剪剪切轨迹模型中的第一剪剪切轨迹模型；建立飞剪剪切轨迹模型中的连续剪轨迹模型；以飞剪剪切轨迹模型为依据对飞剪进行偏差修正；辅助以剪切转矩补偿进行控制。
在另一个优选实施例中，可以采用如下方案：
首先建立飞剪剪切轨迹模型，再以该模型为依据，根据带钢实际运行速度、位置等数据，对飞剪进行偏差修正，再辅助以剪切转矩补偿来达到控制效果。
剪切轨迹模型包括第一剪剪切轨迹模型和连续剪轨迹模型两部分。
第一剪剪切轨迹模型：根据带钢实时速度、带钢实际厚度、剪切点实际位置和飞剪剪刃实际位置等参数，精确计算飞剪剪刃与带钢的同步角度和启动点，进而自动规划出第一剪剪切轨迹模型。
连续剪轨迹模型：根据带钢实时速度、带钢实际厚度、带钢剪切长度和数量等参数，自动规划出连续剪轨迹模型。
Ci＝S0-Si+ΔCi
Ci：飞剪虚拟圆理想移动距离[mm]
α：飞剪理想加速度(换算为线加速度)[mm/ms2]
S0：启动飞剪时，带钢分切点到剪切点距离计算值[mm]
Si：带钢当前实际位置[mm]
v0：飞剪启动瞬间，带钢的实际速度[mm/ms]
S1：飞剪加速运行，带钢通过的距离计算值[mm]
S2：等待位θ1(180度)到飞剪进入剪切角度θ2对应钢带移动的距离
S2：飞剪与带钢匀速同步运行在POS2区域，带钢通过的距离计算值[mm]
S4：飞剪速度为0的过程中，带钢通过的距离[mm]
C1：飞剪出剪切区域瞬间的角度θ0到等待位θ1(180度)，飞剪虚拟圆的距离
C2：等待位θ1(180度)到飞剪进入剪切角度θ2，飞剪虚拟圆的距离
ΔCi：飞剪虚拟圆相对于带钢的位移差曲线
剪切过程当中，飞剪将根据模型轨迹进行动作，但是带钢实际运行速度的微小波动、飞剪自身的摩擦力和机械惯量等因素的影响，飞剪跟随动作的实时性将产生偏差。
根据剪切模型与实际的偏差量、飞剪实际角度和机械惯量，通过微积分的方法实时地修正飞剪的速度、加速度和转矩分量的设定值，从而修正偏差。
第一剪飞剪速度给定：
第一剪飞剪加速度：
αi＝dVi
连续剪飞剪速度给定：
Vi＝vi+dΔCi
连续剪飞剪加速度：
αi＝dVi
Vi：飞剪输出速度[m/s](1m/s＝1mm/ms)
vi：带钢的实际速度[m/s]
αi：飞剪输出加速度[m/s2]。
实际控制中，采用如下步骤：
1)由于飞剪的控制上快速响应要求的特殊性，设计在出口系统的S7-400PLC主机架上安装FM458和EXM438模块，FM458通过底板P总线与S7-400主CPU进行数据通讯，在FM458上设置Profibus-DP总线与西门子S120系列电机模块对应的CU320进行通讯，通过EXM438模块连接现场检测信号，以满足程序处理要求和通讯要求。
2)根据理论公式，在FM458中采用S7-CFC编程语言进行编程，并编写模拟测试程序，测试程序的正确性。
3)在现场对西门子S120传动装置进行优化和调试，并核对与FM458的通讯接口。
4)采集飞剪匀速运行时的相应参数，核对剪刃剪切半径r和齿轮减速比i。
5)标定飞剪剪切点的实际位置，安装剪切点接近开关，对编码器进行标定后，通过回HOME位程序功能将飞剪回到等待位，安装等待位接近开关。
6)模拟带钢运行，进行真实剪切的同时，采集飞剪实时状态，检查飞剪的剪切曲线是否正常。
7)根据传动转矩和实际加速度反算飞剪实际转动惯量，将飞剪转动惯量曲线化后的数写入程序。
8)穿带以后，针对不同规格的带钢进行剪切，优化剪切时的转矩补偿量。
9)在马钢(合肥)连退线生产现场冷试热试后生产至今。
上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种薄板处理线飞剪通用控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)建立飞剪剪切轨迹模型；
(1-1)建立飞剪剪切轨迹模型中的第一剪剪切轨迹模型；
(1-2)建立飞剪剪切轨迹模型中的连续剪轨迹模型；
(2)以飞剪剪切轨迹模型为依据对飞剪进行偏差修正；
(3)辅助以剪切转矩补偿进行控制。
2.如权利要求1所述的薄板处理线飞剪通用控制方法，其特征在于，步骤(2)中根据带钢实际运行速度和位置数据对飞剪进行偏差修正。
3.如权利要求1和2所述的薄板处理线飞剪通用控制方法，其特征在于，步骤(1-1)中根据带钢实时速度、带钢实际厚度、剪切点实际位置和飞剪剪刃实际位置计算飞剪剪刃与带钢的同步角度和启动点，建立第一剪剪切轨迹模型
C i = α ( S 0 - S i ) 2 2 v 0 2 = ( S 0 - S i ) 2 2 S 1
步骤(1-2)中根据带钢实时速度、带钢实际厚度、带钢剪切长度和数量建立连续剪轨迹模型
&Delta;C i = ( S 0 - S i ) 2 C 2 &lsqb; ( C 2 + C 2 S 0 - S 2 - S 4 ) 2 - C 2 + C 2 S 0 - S 2 - S 4 &rsqb; S 0 - S i &le; S 2 C 2 - ( S 0 - S i ) S 2 < S 0 - S i < S 2 + S 4 C 2 + ( S 0 - S 2 - S 4 - S i ) 2 - 2 S 2 ( S 0 - S 2 - S 4 - S i ) C 2 &lsqb; C 2 + C 2 S 0 - S 2 - S 4 - ( C 2 + C 2 S 0 - S 2 - S 4 ) 2 &rsqb; - S 2 - S 4 S 0 - S i &GreaterEqual; S 2 + S 4
Ci＝S0-Si+ΔCi
其中：
Ci：飞剪虚拟圆理想移动距离[mm]
α：飞剪理想加速度(换算为线加速度)[mm/ms2]
S0：启动飞剪时，带钢分切点到剪切点距离计算值[mm]
Si：带钢当前实际位置[mm]
v0：飞剪启动瞬间，带钢的实际速度[mm/ms]
S1：飞剪加速运行，带钢通过的距离计算值[mm]
S2：等待位θ1(180度)到飞剪进入剪切角度θ2对应钢带移动的距离
S3：飞剪与带钢匀速同步运行在POS2区域，带钢通过的距离计算值[mm]
S4：飞剪速度为0的过程中，带钢通过的距离[mm]
C1：飞剪出剪切区域瞬间的角度θ0到等待位θ1(180度)，飞剪虚拟圆的距离
C2：等待位θ1(180度)到飞剪进入剪切角度θ2，飞剪虚拟圆的距离
ΔCi：飞剪虚拟圆相对于带钢的位移差曲线。
4.如权利要求1-3中任一项所述的薄板处理线飞剪通用控制方法，其特征在于，步骤(2)中，根据剪切模型与实际的偏差量、飞剪实际角度和机械惯量，通过微积分的方法实时地修正飞剪的速度、加速度和转矩分量的设定值，修正偏差：
第一剪飞剪速度给定：
V i = dC i S 0 - S i &le; S 1 v i S 0 - S i > S 1
第一剪飞剪加速度：
αi＝dVi
连续剪飞剪速度给定：
Vi＝Vi+dΔCi
连续剪飞剪加速度：
αi＝dVi
Vi：飞剪输出速度[m/s](1m/s＝1mm/ms)
vi：带钢的实际速度[m/s]
αi：飞剪输出加速度[m/s2]。
5.如权利要求1-4所述的薄板处理线飞剪通用控制方法，其特征在于，在出口系统的S7-400PLC主机架上安装FM458和EXM438模块，FM458通过底板P总线与S7-400主CPU进行数据通讯，在FM458上设置Profibus-DP总线与西门子S120系列电机模块对应的CU320进行通讯，通过EXM438模块连接现场检测信号。
6.如权利要求3或4所述的薄板处理线飞剪通用控制方法，其特征在于，在FM458中采用S7-CFC编程语言进行编程。
7.如权利要求5所述的薄板处理线飞剪通用控制方法，其特征在于，对西门子S120传动装置进行优化和调试，并核对与FM458的通讯接口。
8.如权利要求1-7所述的薄板处理线飞剪通用控制方法，其特征在于，模拟带钢运行，进行真实剪切的同时，采集飞剪实时状态，检查飞剪的剪切曲线是否正常。
9.如权利要求1-8所述的薄板处理线飞剪通用控制方法，其特征在于，根据传动转矩和实际加速度反算飞剪实际转动惯量，将飞剪转动惯量曲线化后的数写入程序。
10.如权利要求1-9所述的薄板处理线飞剪通用控制方法所使用的控制模型，其特征在于，剪切轨迹模型包括第一剪剪切轨迹模型和连续剪轨迹模型两部分。
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