CN107879188A - 一种线材集卷过程线卷高度恒定自动控制的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种线材集卷过程线卷高度恒定自动控制的方法，该方法利用线卷集卷累积高度实时计算模块及控制模块，对分离爪及下降托盘运行时序及运行速度进行实时计算及控制。具体为：步骤1冷却辊道输出口位置线卷头部捡得信号变为ON；步骤2启动第I阶段线卷集卷累积高度计算模块；步骤3下降托盘到位信号变为ON；步骤4启动第II阶段集卷筒内线卷累积高度实时控制模块，对下降托盘的运行时序进行控制；步骤5冷却辊道输出口位置线卷尾部捡得信号变为ON；步骤6启动第III阶段下降托盘快速下降控制模块，至当前卷集卷完成。应用本发明所述方法，不需增设集卷筒内检测设备，实现了线材集卷过程线卷高度的恒定控制。

Description

一种线材集卷过程线卷高度恒定自动控制的方法
技术领域
本发明属于线材生产工艺技术控制领域，具体涉及一种线材集卷过程线卷高度恒定自动控制的方法。
背景技术
在线材生产过程中，线材集卷站是通过芯棒收集经冷却辊道输出来的散落线材，利用集卷筒内分离爪及下降托盘等设备联合动作，将线材集结成卷的重要设备。目前，在集卷站的设备控制过程中，由于经常出现集卷筒内线卷累积高度控制不稳定，导致线卷成品卷打包不平整、卷形“乱”等质量问题。因此就需要充分考虑集卷站内设备连续动作控制流程，保持集卷筒线卷累积高度恒定，以提高线材生产过程中集卷站成品卷卷形质量控制。
现有技术中，为实现集卷筒内线卷的高度恒定控制，主要利用集卷筒内检测设备进行实时控制，即在集卷筒内设置数量不等检测开关，过程自动化控制系统根据集卷筒内线卷累积高度所触发不同高度的检测开关，以此确定下降托盘的下降速度。但是由于线材的实际集卷过程中，集卷筒内温度高、环境差、氧化铁多，因此导致在该类采用光电传感器的控制方案中，检测设备易受污染产生误信号，无法起到检测作用，造成线卷卷形差等质量问题。或者，现有技术方案中，采用固定的延时时间打开分离爪且相关到位信号满足后，采用计算方式确定下降托盘的下降速度。但该类方案中未考虑到下降托盘具备下降条件的时间要求，即在下降托盘不具备承接线卷情况下，不同卷所要求的延时时间存在差异。同时，该类技术方案中，无法获取集卷筒内线卷实时累积高度数据，且只计算得到下降托盘的下降速度而不对下降托盘的设备动作时序进行控制，因此无法满足目标线卷累积高度的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种线材集卷过程线卷高度恒定自动控制系统，以解决现有技术中集卷筒内检测设备易受污染造成误操作信号，影响线卷卷形差质量。同时解决现有技术方案中未考虑到下降托盘的下降条件要求，且不对线卷的累积高度进行判断，只对下降托盘的下降速度进行控制，所造成的不同卷之间的卷形质量差的问题。
本发明通过利用线卷集卷累积高度计算模块及线卷累积高度的实时控制模块，实时对分离爪及下降托盘运行时序及运行速度进行计算及控制，保证线卷于集卷筒内高度稳定，改善成品卷形质量。
为了实现上述目的，本发明是通过以下具体方案实现的：
一种线材集卷过程线卷高度恒定自动控制的方法，包括：当冷却辊道输出口位置线卷头部捡得信号变为ON时刻，启动第I阶段线卷集卷累积高度计算模块；当下降托盘到位信号变为ON时刻，启动第II阶段集卷筒内线卷累积高度实时控制模块，对下降托盘的运行时序进行控制；当冷却辊道输出口位置线卷尾部捡得信号变为ON时刻，启动第III阶段下降托盘快速下降控制模块，至当前卷集卷完成。
进一步，上述线材集卷过程线卷高度恒定自动控制的方法，在第I阶段线卷集卷累积高度计算模块中，tI时刻集卷筒内线卷累积高度通过式(1)计算得到：
其中vi为线卷位于冷却辊道输出口位置辊道速度，m/s；c为线卷钢种分类修正系数；s为线卷成品规格分类修正系数；
进一步，上述线材集卷过程线卷高度恒定自动控制的方法，在第II阶段集卷筒内线卷累积高度的实时控制模块中，下降托盘在tII+Δt时刻的下降速度v'i+1由上一时刻即tII时刻集卷筒内线卷累积高度决定，即下降托盘的实际控制速度 v'i+1由式(2)(3)联立迭代计算得到：
其中，h为集卷筒内线卷累积目标高度，m；a为下降托盘速度控制系统中的速度控制系数；Δh为分离爪与下降托盘的高度差，m。同时，第II阶段初始时刻(tII＝0时刻)，下降托盘的初始下降速度v'i+1由第I阶段末时刻集卷筒内线卷高度通过式(4)计算得到：
其中当vi'≤0时，即下降托盘线卷累积高度不满足目标高度h，下降托盘下降实际速度为0；
进一步，上述线材集卷过程高度自动控制的方法，其特征在于，在第III阶段下降托盘快速下降控制模块中，此阶段内下降托盘速度vi”采用恒定速度快速下降：即由式(5)得到：
vi”＝vF (5)
与现有技术相比较，本发明至少具有如下有益效果：
1.本发明基于冷却辊道输出口位置的线卷头尾光电检测信号触发线卷集卷累积高度计算模块及线卷累积高度的实时控制模块，自动对分离爪及下降托盘的运行到位的时序并与集卷筒内线卷累积目标高度进行判断，完成分离爪及下降托盘运行时序及运行速度的控制及计算，保证了集卷筒内的线卷高度恒定，提高了线卷集卷卷形质量；
2.本发明不依赖于集卷筒内检测设备信号即可实现线卷收集过程的高度恒定控制，减少了安装设备及设备的检修维护成本；
3.本发明可采用基础自动化控制器编程实施，不需要对原有设备或控制器进行更换或改造即可实现，是一种经济可靠的方法。
附图说明
图1为表示本发明一种线材集卷过程高度自动控制方法的计算流程图；
图2为线材集卷过程现场设备示意图，其中，1-线卷，2-冷却辊道输出口位置的线卷头尾光电检测装置，3-芯棒，4-分离爪，5-下降托盘；
图3为集卷筒内线卷累积高度曲线与下降托盘运行速度实时曲线。
具体实施方式
为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图2和实施例进行进一步地详细描述。如图2所示，线材集卷过程主要设备包括线卷1、冷却输出辊道出口处线卷头尾检测装置2、芯棒3、分离爪4、下降托盘5。
如图1所示，采用本发明一种线材集卷过程高度自动控制方法的具体步骤：
步骤1：线卷头部经冷却辊道输出落入集卷筒内，触发冷却辊道输出口处的线卷头尾检测装置2，即线卷头部捡得信号变为ON；
步骤2：线卷头部捡得信号变为ON时刻，延时ΔtI(ΔtI＞0)触发第I阶段线卷集卷累积高度计算模块，该计算控制模块中将冷却输出辊道实时速度vi与线卷钢种分类修正系数c、线卷成品规格分类系数s，通过单位时间间隔Δt迭代计算，利用下式累积计算得到第I阶段内任意tI时刻的集卷筒内线卷累积高度
在本发明实施例中，上述式中涉及的变量的给定如表1所示：
表1本发明实施例中变量给定
步骤3：集卷筒内下降托盘5到位信号变为ON时刻，分离爪4打开，集卷筒内已收集线卷1落入下降托盘5；
步骤4：集卷筒内下降托盘5到位信号变为ON时刻，触发第II阶段集卷筒内线卷累积高度的实时控制模块，该控制模块通过控制下降托盘5动作时序及下降速度，使集卷筒内线卷1累积高度满足集卷筒内线卷累积目标高度h。
在第II阶段初始时刻，即tII＝0时刻，下降托盘5在下一时刻即Δt1时刻的下降速度v1'由第I阶段末时刻集卷累积高度计算模块计算结果即当前冷却辊道输出的实时速度vi，通过下式计算得到：
在第II阶段tII+Δt时刻(Δt＞0)，下降托盘5的速度v'i+1由上一时刻即tII时刻集卷筒内线卷累积高度决定，即v'i+1为下降托盘5的控制时序及下降速度由下 2式联立迭代计算得到：
其中当vi'≤0时，即下降托盘线卷累积高度不满足目标高度h，下降托盘5下降实际速度为0；
步骤5：线卷尾部经冷却输出辊道落入集卷筒内，触发冷却输出辊道出口处的线卷头尾检测装置，即线卷尾部捡得信号变为ON；
步骤6：线卷尾部捡得信号变为ON时刻，触发第III阶段即下降托盘5快速下降控制模块，此阶段内任意时刻(tIII时刻)下降托盘5的下降速度vi”为恒定速度快速下降，即本发明实施例中下降托盘5的下降速度为：
vi”＝vF＝0.06m/s
本发明实施例中实际集卷筒内线卷累积高度与托盘下降速度曲线如图3所示。
本发明虽然公开部分实施例，但并不是用来限制本发明。本发明还可以有其他多种实施方式，本领域技术人员可根据本发明做成各种相应的改变，但这些相应的改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种线材集卷过程线卷高度恒定自动控制的方法，其特征在于，该方法包括：当冷却辊道输出口位置线卷头部捡得信号变为ON时刻，启动第I阶段线卷集卷累积高度计算模块；当下降托盘到位信号变为ON时刻，启动第II阶段集卷筒内线卷累积高度实时控制模块，对下降托盘的运行时序进行控制；当冷却辊道输出口位置线卷尾部捡得信号变为ON时刻，启动第III阶段下降托盘快速下降控制模块，至当前卷集卷完成。
2.根据权利要求1所述的一种线材集卷过程线卷高度恒定自动控制的方法，其特征在于，在第I阶段线卷集卷累积高度计算模块中，tI时刻集卷筒内线卷累积高度由下式决定：
<mrow> <msub> <mi>h</mi> <msub> <mi>t</mi> <mi>I</mi> </msub> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mi>I</mi> </msub> </mrow> </munderover> <msub> <mi>v</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>c</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>s</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;t</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow>
其中vi为线卷位于冷却辊道输出口位置辊道速度，m/s；
c为线卷钢种分类修正系数；
s为线卷成品规格分类修正系数。
3.根据权利要求1所述的一种线材集卷过程线卷高度恒定自动控制的方法，其特征在于，在第II阶段集卷筒内线卷累积高度的实时控制模块中，下降托盘在tII+Δt时刻的下降速度v′i+1由上一时刻即tII时刻集卷筒内线卷累积高度决定，即下降托盘的实际控制速度v′i+1由下式联立迭代计算得到：
<mrow> <msub> <mi>h</mi> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>I</mi> <mi>I</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>v</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>c</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>s</mi> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>v</mi> <mi>i</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>h</mi> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>I</mi> <mi>I</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow>
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其中，h为集卷筒内线卷累积目标高度，m；
a为下降托盘速度控制系统中的速度控制系数；
Δh为分离爪与下降托盘的高度差，m；
同时，第II阶段初始时刻(tII＝0时刻)，下降托盘的初始下降速度v′i+1由第I阶段末时刻集卷筒内线卷高度通过下式计算得到：
<mrow> <msubsup> <mi>v</mi> <mn>1</mn> <mo>&amp;prime;</mo> </msubsup> <mo>=</mo> <msub> <mi>v</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>c</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>s</mi> <mo>-</mo> <mi>a</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>h</mi> <mo>+</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>h</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>h</mi> <msub> <mi>t</mi> <mi>I</mi> </msub> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中当v′i≤0时，即下降托盘线卷累积高度不满足目标高度h，下降托盘下降实际速度为0。
4.根据权利要求1所述的一种线材集卷过程高度自动控制的方法，其特征在于，在第III阶段下降托盘快速下降控制模块中，此阶段内下降托盘速度v”i采用恒定速度快速下降：
v″i＝vF。
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