CN109279077A - 一种冷轧钢卷穿心打捆提升机精确定位控制方法 - Google Patents

一种冷轧钢卷穿心打捆提升机精确定位控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种冷轧钢卷穿心打捆提升机精确定位控制方法，包括：在穿心打捆机上部的横梁处安装激光测距仪，在穿心打捆机鞍座上安装接近开关，激光测距仪及接近开关信号均接入PLC控制器；当接近开关检测到穿心打捆机鞍座上有钢卷后，PLC控制器根据激光测距仪测量的数值计算钢卷卷径D；计算提升机上升高度；PLC控制器根据得出的提升高度h控制提升机上升，由提升机位置闭环控制系统控制提升机到达指定提升位置；穿心打捆机自动打捆。根据控制过程中钢卷的实测卷径计算出钢卷的上升高度，采用提升速度切换的方式，实现对穿心打捆提升机的穿心轴位置提升高度的精确控制。

Description

一种冷轧钢卷穿心打捆提升机精确定位控制方法
技术领域
本发明涉及钢卷包装过程控制技术领域，特别涉及一种冷轧钢卷穿心打捆提升机精确定位控制方法。
背景技术
冷轧钢卷在包装生产线上依靠步进梁被依次输送到各个包装工位，最终，钢卷被包装好并下线。钢卷的重量较重，一般从几吨到十几吨，而作为提升设备的钢卷提升机在钢卷包装线上则是必不可少的设备。在包装线上的对中工位、裹纸工位、装袋工位以及打捆工位等，在其工作前都必须先提升起钢卷。穿心打捆提升机与其它提升机完全不同，它位于包装线步进梁下方的坑道内且不可移动，其动作只有上升托卷和下降卸卷。穿心打捆提升机要求钢卷的中心必须对准穿心打捆提升机穿心轴的轴心，如果穿心轴的轴心相对于钢卷中心的偏心较大，则穿心打捆机无法正常打捆，严重时，甚至会损坏穿心打捆机。所以，穿心打捆提升机在上升托卷过程中的精确定位，对于实现穿心打捆机的自动运行至关重要。目前，冷轧钢卷包装线上的穿心打捆提升机在实际应用中会经常出现以下问题：
(1)由于提升机的上升目标位置未知，导致穿心打捆机无法精确、快速地完成打捆任务；
(2)由于从现场三级系统得到的钢卷直径数据信息不准确，导致即使已知鞍座的上升目标位置，也无法精确地确定钢卷上表面的位置；
(3)无法自动调整鞍座的位置，只能通过手动控制来调整。
专利CN 201510205783.1提供了一种全自动气动钢卷打捆机，该专利主要设计了采用钢带来进行打捆的一系列动作和打捆机各部分的功能，可实现对钢卷的周向打捆和穿孔打捆，但未涉及提升机的精确定位方法。专利CN 201721310183.2提供了一种钢带打捆机紧带装置，属于包装机械技术领域，该装置能有效地保证钢带紧带过程的顺畅进行，但并未涉及提升机的精确定位方法。专利CN 200810079767.2提供了一种对平整机平整后的成品钢卷采用穿心带进行打捆的打捆方法，该专利是根据带钢钢种和用户需求来确定用于打捆钢卷的穿心带的数量，但也只是设计了打捆钢卷的方法。
如上所述，本发明针对冷轧钢卷包装线上的穿心打捆机因钢卷定位不准确而无法实现自动控制的问题，从穿心打捆提升机的精确定位着手，通过采用激光测距仪来精确计算提升机的上升高度，并在鞍座上升过程中采用快慢速切换控制来实现提升机的精确定位，进而为实现穿心打捆机的自动控制打下基础。
发明内容
为了解决背景技术中所述问题，本发明提供一种冷轧钢卷穿心打捆提升机精确定位控制方法，根据控制过程中钢卷的实测卷径计算出钢卷的上升高度，采用提升速度切换的方式，实现对穿心打捆提升机的穿心轴位置提升高度的精确控制。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种冷轧钢卷穿心打捆提升机精确定位控制方法，包括如下步骤：
步骤一、在穿心打捆机上部的横梁处安装激光测距仪，在穿心打捆机鞍座上安装接近开关，激光测距仪及接近开关信号均接入PLC控制器；
步骤二、当接近开关检测到穿心打捆机鞍座上有钢卷后，PLC控制器根据激光测距仪测量的数值计算钢卷卷径D，具体见如下公式：
(L2-L3cosθ-Rsinα-Rcosαtanβ-L4)2+(L1-L3sinθ)2＝R2 (1)
其中：L1是钢卷圆心到激光测距仪中心的水平距离；
L2是鞍座底部到激光测距仪中心的垂直距离；
L3是激光测距仪测量的具体数值；
L4是鞍座底部到钢卷底部的距离；
α是钢卷垂直中心线与鞍座一侧斜边之间的夹角；
β是鞍座与地面之间的夹角；
θ是激光测距仪与垂直线成一固定角度；
R是钢卷半径；
钢卷卷径D＝2R；
步骤三、提升机上升高度的计算：
其中：H为鞍座水平面到提升机提升钢卷位置的距离；
h2为钢卷圆心到鞍座上沿的距离；
h1为鞍座底座的高度；
h为提升机所需的运行行程即提升机上升高度；
α是钢卷垂直中心线与鞍座一侧斜边之间的夹角；
R是钢卷半径；
步骤四、PLC控制器根据得出的提升高度h控制提升机上升，由提升机位置闭环控制系统控制提升机到达指定提升位置；
步骤五、穿心打捆机自动打捆；
步骤六、提升机返回原位准备下一轮提升。
PLC控制器根据计算钢卷卷径D的结果进行判断，如果后一钢卷卷径Di+1与前一钢卷卷径Di差值X大于设定的误差值，则判断为尾卷；
X＝Di+1-Di (4)
如果判定为尾卷，则提升机PLC控制器不执行钢卷提升操作。
钢卷提升机的提升机构为液压缸，PLC控制器通过电液比例阀调节液压缸的流量，从而控制液压缸行程的快慢速，在钢卷提升过程中，设置快速上升和慢速上升两种状态，在上升总行程的前90％采用快速上升状态，此时，将比例阀的电流设定为100％，上升总行程的后10％则切换为慢速上升状态，此时，将比例阀的电流设定为原来电流的60％。
所述的提升机位置闭环控制系统为由磁尺位置检测仪、PLC内部的PID控制器以及提升机液压缸的电液比例阀构成的位置闭环控制系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明以冷轧钢卷包装线上的穿心打捆提升机为研究对象，以钢卷卷径的检测数据为基础来计算钢卷的卷径和提升机上升的高度，并在提升钢卷的过程中，精确控制提升机上升快慢速的切换。能够大幅度地提高提升机的定位控制精度，进而为实现穿心打捆机的自动控制打下基础。
2)激光测距仪可以大幅减少原来从现场三级系统提取钢卷卷径数据经常不准确的问题。在检测钢卷卷径数据的基础上，改进钢卷卷径的计算方法，可以提高钢卷卷径数据的精度。
3)通过提升机上升过程的快慢速切换控制，能够保证提升机上升定位的准确性。
附图说明
图1为提升机钢卷卷径计算示意图；
图2为提升机上升定位示意图；
图3为提升机控制流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1-3所示，一种冷轧钢卷穿心打捆提升机精确定位控制方法，包括如下步骤：
步骤一、在穿心打捆机上部的横梁处安装激光测距仪，在穿心打捆机鞍座上安装接近开关，激光测距仪及接近开关信号均接入PLC控制器；
步骤二、当接近开关检测到穿心打捆机鞍座上有钢卷后，PLC控制器根据激光测距仪测量的数值计算钢卷卷径D，具体见如下公式：
(L2-L3cosθ-Rsinα-Rcosαtanβ-L4)2+(L1-L3sinθ)2＝R2 (1)
如图1所示，其中：L1是钢卷圆心到激光测距仪中心的水平距离；
L2是鞍座底部到激光测距仪中心的垂直距离；
L3是激光测距仪测量的具体数值；
L4是鞍座底部到钢卷底部的距离；
α是钢卷垂直中心线与鞍座一侧斜边之间的夹角；
β是鞍座与地面之间的夹角；
θ是激光测距仪与垂直线成一固定角度；
R是钢卷半径；
钢卷卷径D＝2R；
如图1所示，现场安装时，激光测距仪的θ角是可调整的，只有现场安装完并确定θ角后才能通过公式精确计算出钢卷卷径2R。
步骤三、如图2所示，提升机上升高度的计算：
其中：H为鞍座水平面到提升机提升钢卷位置的距离；
h2为钢卷圆心到鞍座上沿的距离；
h1为鞍座底座的高度；
h为提升机所需的运行行程即提升机上升高度；
α是钢卷垂直中心线与鞍座一侧斜边之间的夹角；
R是钢卷半径；
步骤四、PLC控制器根据得出的提升高度h控制提升机上升，由提升机位置闭环控制系统控制提升机到达指定提升位置；
步骤五、穿心打捆机自动打捆；
步骤六、提升机返回原位准备下一轮提升。
PLC控制器根据计算钢卷卷径D的结果进行判断，如果后一钢卷卷径Di+1与前一钢卷卷径Di差值X大于设定的误差值，则判断为尾卷；
X＝Di+1-Di (4)
如果判定为尾卷，则提升机PLC控制器不执行钢卷提升操作。
由于不同钢卷的卷径2R不同，则鞍座需要上升的目标位置也是不同的。为保证鞍座上升目标位置的精度，需要对上升过程设置快速上升和慢速上升两种状态。钢卷提升机的提升机构为液压缸，PLC控制器通过电液比例阀调节液压缸的流量，从而控制液压缸行程的快慢速，在钢卷提升过程中，设置快速上升和慢速上升两种状态，在上升总行程的前90％采用快速上升状态，此时，将比例阀的电流设定为100％，上升总行程的后10％则切换为慢速上升状态，此时，将比例阀的电流设定为原来电流的60％。进而保证钢卷上升高度的精确性。
所述的提升机位置闭环控制系统为由磁尺位置检测仪、PLC内部的PID控制器以及提升机液压缸的电液比例阀构成的位置闭环控制系统。
钢卷卷径及提升高度计算具体实施例：
以材质为SPCC，厚度为0.8mm，宽度为1.2m的成品冷轧钢卷为例，需要在重卷包装线上完成对此种钢卷的穿心打捆。分别如图1和图2所示。其中，θ＝60°、L1＝3.15m、L2＝2.5m、L4＝127mm、α＝80°、β＝10°、L3＝1.7m、H＝1.2m、h1＝127mm。将上述相应的参数分别代入公式(1)、公式(2)以及公式(3)即可精确计算出钢卷的卷径2R＝1.54m、钢卷圆心到鞍座上沿的距离h2＝0.785m以及提升机所需的运行行程即提升机上升高度h＝0.288m。
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (4)

1.一种冷轧钢卷穿心打捆提升机精确定位控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、在穿心打捆机上部的横梁处安装激光测距仪，在穿心打捆机鞍座上安装接近开关，激光测距仪及接近开关信号均接入PLC控制器；
步骤二、当接近开关检测到穿心打捆机鞍座上有钢卷后，PLC控制器根据激光测距仪测量的数值计算钢卷卷径D，具体见如下公式：
(L2-L3cosθ-Rsinα-Rcosαtanβ-L4)2+(L1-L3sinθ)2＝R2 (1)
其中：L1是钢卷圆心到激光测距仪中心的水平距离；
L2是鞍座底部到激光测距仪中心的垂直距离；
L3是激光测距仪测量的具体数值；
L4是鞍座底部到钢卷底部的距离；
α是钢卷垂直中心线与鞍座一侧斜边之间的夹角；
β是鞍座与地面之间的夹角；
θ是激光测距仪与垂直线成一固定角度；
R是钢卷半径；
钢卷卷径D＝2R；
步骤三、提升机上升高度的计算：
其中：H为鞍座水平面到提升机提升钢卷位置的距离；
h2为钢卷圆心到鞍座上沿的距离；
h1为鞍座底座的高度；
h为提升机所需的运行行程即提升机上升高度；
α是钢卷垂直中心线与鞍座一侧斜边之间的夹角；
R是钢卷半径；
步骤四、PLC控制器根据得出的提升高度h控制提升机上升，由提升机位置闭环控制系统控制提升机到达指定提升位置；
步骤五、穿心打捆机自动打捆；
步骤六、提升机返回原位准备下一轮提升。
2.根据权利要求1所述的一种冷轧钢卷穿心打捆提升机精确定位控制方法，其特征在于，PLC控制器根据计算钢卷卷径D的结果进行判断，如果后一钢卷卷径Di+1与前一钢卷卷径Di差值X大于设定的误差值，则判断为尾卷；
X＝Di+1-Di (4)
如果判定为尾卷，则提升机PLC控制器不执行钢卷提升操作。
3.根据权利要求1所述的一种冷轧钢卷穿心打捆提升机精确定位控制方法，其特征在于，钢卷提升机的提升机构为液压缸，PLC控制器通过电液比例阀调节液压缸的流量，从而控制液压缸行程的快慢速，在钢卷提升过程中，设置快速上升和慢速上升两种状态，在上升总行程的前90％采用快速上升状态，此时，将比例阀的电流设定为100％，上升总行程的后10％则切换为慢速上升状态，此时，将比例阀的电流设定为原来电流的60％。
4.根据权利要求1所述的一种冷轧钢卷穿心打捆提升机精确定位控制方法，其特征在于，所述的提升机位置闭环控制系统为由磁尺位置检测仪、PLC内部的PID控制器以及提升机液压缸的电液比例阀构成的位置闭环控制系统。
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