CN114932265B - 一种飞剪控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞剪控制方法及系统，该方法包括如下步骤：确定临界剪切长度L₀；将带材设定的剪切长度与临界剪切长度进行比较；若剪切长度等于临界剪切长度，则剪刃在等待位的等待时间t_m＝0且剪刃在等待位的速度V_m＝0；若剪切长度小于临界剪切长度，则剪刃在等待位的等待时间t_m＝0且剪刃在等待位的速度V_m＞0；若剪切长度大于临界剪切长度，则剪刃在等待位的等待时间t_m＞0且剪刃在等待位的速度V_m＝0；根据上述步骤确定的t_m、V_m生成对应的剪刃速度控制曲线，本发明针对不同的剪切长度设计不同的速度控制曲线，可以提高剪刃控制精度及减小控制误差。本发明还根据理论计算出剪刃剪切过程中当前点设定位置，再利用设定位置与实际位置的偏差去修正当前点理论设定速度，保证实际速度的准确性。

Description

一种飞剪控制方法及系统

技术领域

本发明属于板材加工技术领域，特别是涉及一种飞剪控制方法及系统。

背景技术

金属板横切机组具有高效定尺剪切之功能，可将各种卷板材料经开卷、矫直、定尺剪断成不同规格板材，可广泛应用于集装箱、机械制造、家用电器、汽车、不锈钢制品、轻工业等领域，是板材加工业必不可少的高效加工流水线。

随着市场要求不断上升，本领域急需提高飞剪的控制精度的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种飞剪控制方法及系统，采用本发明可以提高飞剪的控制精度。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明公开了一种飞剪控制方法，包括如下步骤：

将带材设定的剪切长度L与临界剪切长度L₀进行比较；

若剪切长度L等于临界剪切长度L₀，则剪刃在等待位的等待时间t_m＝0且剪刃在等待位的速度V_m＝0；

若剪切长度L小于临界剪切长度L₀，则剪刃在等待位的等待时间t_m＝0且剪刃在等待位的速度V_m＞0；

若剪切长度L大于临界剪切长度L₀，则剪刃在等待位的等待时间t_m＞0且剪刃在等待位的速度V_m＝0；

根据上述步骤确定的t_m、V_m生成对应的剪刃速度控制曲线。

进一步地，根据剪刃速度控制曲线控制剪刃的运动状态；剪刃运动是圆周运动，剪刃从等待位加速到匀速点，然后从匀速点开始匀速运行到抛钢点，从抛钢点匀速运行到减速点，从减速点减速到等待位，完成一次剪切，如此循环往复实现带材连续定尺剪切；

若剪切长度L小于或等于临界剪切长度L₀，则剪刃在一次剪切中分为三个区域，分别为加速区域、匀速区域、减速区域；

若剪切长度L大于临界剪切长度L₀，则剪刃在一次剪切中分为四个区域，分别为加速区域、匀速区域、减速区域、停止等待区域。

进一步地，临界剪切长度L₀的计算公式为：临界剪切长度

其中，V_L为带材实际速度，D为剪刃回转直径，π为圆周率，S₁为剪刃从等待位加速到匀速点的距离，S₃为剪刃从减速点减速到等待位的距离，V_rmax为剪刃的最大线速度。

假设在等待位速度V_m＝0，则有如下公式：

a₁t₁＝v_rmax

a₃t₃＝v_rmax。

假设在等待位速度V_m＞0，则有如下公式：

V_m+a₁t₁＝v_rmax

V_m+a₃t₃＝v_rmax。

进一步地，若剪切长度L小于临界剪切长度L₀，则剪刃在等待位的速度

其中，V_L为带材实际速度，D为剪刃回转直径，π为圆周率，S₁为剪刃从等待位加速到匀速点的距离，S₃为剪刃从减速点减速到等待位的距离，V_{r max}为剪刃的最大线速度。

进一步地，若剪切长度L小于临界剪切长度L₀，则t₁+t₃＝t_b-t₂，

其中，t₁为剪刃从等待位加速到匀速点时间，t₃为剪刃从减速点减速到等待位的时间，t₂为剪刃从匀速点到抛钢点时间，t_b为剪切间隔时间，D为剪刃回转直径，π为圆周率，S₁为剪刃从等待位加速到匀速点的距离，S₃为剪刃从减速点减速到等待位的距离，V_{r max}为剪刃的最大线速度；

剪切间隔时间t_b为：

其中，L为带材设定的剪切长度，V_L为带材实际速度。

进一步地，若剪切长度L大于临界剪切长度L₀，则剪刃在等待位的等待时间

其中，V_L为带材实际速度，S₁为剪刃从等待位加速到匀速点的距离，S₃为剪刃从减速点减速到等待位的距离，V_{r max}为剪刃的最大线速度。

进一步地，根据剪刃剪切过程中当前点理论设定速度计算出剪刃剪切过程中当前点设定位置，计算设定位置与实际位置的偏差，再利用设定位置与实际位置的偏差去修正当前点理论设定速度，得到剪刃剪切过程中当前点最终设定速度。

进一步地，根据当前点最终设定速度修正剪刃速度控制曲线。

进一步地，根据剪刃剪切过程中当前点理论设定速度计算出剪刃剪切过程中当前点设定位置，具体包括：利用剪刃理论设定速度对时间积分得到剪刃的位移量，将剪刃的位移量换算得到剪刃的设定角度；

利用设定位置与实际位置的偏差去修正当前点理论设定速度，得到剪刃剪切过程中当前点最终设定速度，具体包括：剪刃的设定角度与剪刃的实际角度相减得到剪刃位置偏差e(t)，根据公式V_set＝V_r+K_Pe(t)+K_i∫e(t)d(t)计算得到剪刃剪切过程中当前点最终设定速度V_set，公式中，V_r为剪刃剪切过程中当前点理论设定速度，K_P为比例系数，K_i为积分系数。

进一步地，将剪刃的位移换算成剪刃的设定角度的公式为：θ_set(t)＝(Y(t)/πD)％1.0*360.0，公式中，D为剪刃回转直径，π为圆周率，θ_set为剪刃的设定角度。

本发明公开了一种飞剪控制系统，包括控制器、变频器、电机和剪刃位置检测传感器，所述剪刃位置检测传感器用于实时检测剪刃位置，并将检测到的剪刃位置传递给控制器，所述控制器用于输出控制信号，控制电机带动剪刃运动，所述控制器内设有程序，控制器执行所述程序时实现如上所述的飞剪控制方法的步骤。

进一步地，剪刃位置检测传感器采用绝对值编码器。

进一步地，所述电机为矢量电机。

进一步地，所述控制器与变频器连接，所述变频器与电机连接，所述控制器用于输出控制信号给变频器，通过变频器控制电机。

进一步地，变频器为矢量变频器。

本发明至少具有如下有益效果：本发明针对不同的剪切长度设计不同的速度控制曲线，可以提高剪刃控制精度及减小控制误差。

根据理论计算出剪刃剪切过程中当前点设定位置，再利用设定位置与实际位置的偏差去修正当前点理论设定速度，保证实际速度的准确性，以此保证飞剪剪切的准确性与稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明一种实施例提供的横切机组飞剪的控制方法的流程图；

图2为本发明另一种实施例提供的横切机组飞剪的控制方法的流程图；

图3为本发明一种实施例提供的剪刃运动轨迹图；

图4为本发明一种实施例提供的飞剪设备典型配置图；

图5为本发明一种实施例提供的飞剪控制系统的示意图；

图6为本发明一种实施例提供的剪刃速度控制曲线的示意图(剪切长度L小于临界剪切长度L₀)；

图7为本发明另一种实施例提供的剪刃速度控制曲线的示意图(剪切长度L大于临界剪切长度L₀)。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

以横切机组系统为例，横切机组的主要工作是将经冷轧机轧制完毕的带材切去头、矫直、横切、堆垛。主要设备有开卷机、矫直机、飞剪(如摆剪)、皮带机、堆垛台等。飞剪是其中的关键设备，它在保证剪刃和机列其它设备及带材的速度同步配合的情况下，将平动中的带材按要求的定尺进行高精度的剪切。

工艺流程：上卷→开卷→喂料→矫直→剪切→皮带输出，送料辊向前送料，而摆剪则根据送料长度，设定长度进行剪切。

参见图3，剪刃运动是圆周运动，本发明控制剪刃从等待位A加速到匀速点B，然后从匀速点B开始匀速运行到抛钢点C，从抛钢点C匀速运行到减速点D，从减速点D减速到等待位A，完成一次剪切，如此循环往复实现带材连续定尺剪切。

设带材设定的剪切长度为L，带材当前通过的长度为X，剪刃圆周运动的周长是Y₀，剪刃当前的位移量是Y，带钢实际速度为V_L，剪刃回转直径为D，半径为R，则同步剪切长度为πD，剪刃剪切过程中当前点速度为V_r，剪刃剪切过程中当前点理论设定速度为V_ref，剪刃剪切过程中当前点最终设定速度为V_set，剪刃从启动到当前点的时间时间为t，剪刃的当前实际角度θ_act，剪刃的设定角度θ_set，剪刃从等待位加速到匀速点时间为t₁，剪刃从等待位加速到匀速点的距离为S₁，剪刃从等待位加速到匀速点的加速度为a₁，剪刃从匀速点到抛钢点时间为t₂，剪刃从匀速点到抛钢点的距离为S₂，剪刃从减速点减速到等待位的时间为t₃，剪刃从减速点减速到等待位的距离为S₃，剪刃从减速点减速到等待位的加速度为a₃，剪刃从减速点到等待位的实时位移为S_Y，剪刃的最大线速度(剪刃在匀速点的速度)为V_{r max}，剪刃在等待位的速度为V_m，剪刃在等待位的等待时间为t_m，剪切间隔时间为t_b，剪刃位置偏差为e(t)，送料辊送料长度偏差x(t)。

本发明设计了一种针对不同剪切长度速度的控制方法，因为剪切长度不同，所对应的速度控制曲线不同，如图6和图7所示。因此，找到临界剪切长度是关键。

实施例一

参见图1，本发明实施例提供一种横切机组飞剪的控制方法，包括如下步骤：

计算临界剪切长度；

将带材设定的剪切长度L与临界剪切长度L₀进行比较；

若剪切长度L等于临界剪切长度L₀，则剪刃在等待位的等待时间t_m＝0且剪刃在等待位的速度V_m＝0；

若剪切长度L小于临界剪切长度L₀，则剪刃在等待位的等待时间t_m＝0且剪刃在等待位的速度V_m＞0，如图6所示；

若剪切长度L大于临界剪切长度L₀，则剪刃在等待位的等待时间t_m＞0且剪刃在等待位的速度V_m＝0，如图7所示；

根据上述步骤确定的t_m、V_m生成对应的剪刃速度控制曲线，根据剪刃速度控制曲线控制剪刃的运动状态。

进一步地，若剪切长度L小于或等于临界剪切长度L₀，则剪刃在一次剪切中分为三个区域，分别为加速区域、匀速区域、减速区域；

若剪切长度L大于临界剪切长度L₀，则剪刃在一次剪切中分为四个区域，分别为加速区域、匀速区域、减速区域、停止等待区域。

进一步地，临界剪切长度L₀的计算公式为：临界剪切长度

其中，V_L为带钢实际速度，D为剪刃回转直径，π为圆周率，S₁为剪刃从等待位加速到匀速点的距离，S₃为剪刃从减速点减速到等待位的距离，V_{r max}为剪刃的最大线速度。

假设在等待位速度V_m＝0，则有如下公式：

a₁t₁＝v_{r max}

a₃t₃＝v_{r max}。

假设在等待位速度V_m＞0，则有如下公式：

V_m+a₁t₁＝v_{r max}

V_m+a₃t₃＝v_{r max}。

进一步地，若剪切长度L小于临界剪切长度L₀，则剪刃在等待位的速度

其中，V_L为带钢实际速度，D为剪刃回转直径，π为圆周率，S₁为剪刃从等待位加速到匀速点的距离，S₃为剪刃从减速点减速到等待位的距离，V_{r max}为剪刃的最大线速度。

进一步地，若剪切长度L小于临界剪切长度L₀，则t₁+t₃＝t_b-t₂，

其中，t₁为剪刃从等待位加速到匀速点时间，t₃为剪刃从减速点减速到等待位的时间，t₂为剪刃从匀速点到抛钢点时间，t_b为剪切间隔时间，D为剪刃回转直径，π为圆周率，S₁为剪刃从等待位加速到匀速点的距离，S₃为剪刃从减速点减速到等待位的距离，V_{r max}为剪刃的最大线速度；

剪切间隔时间t_b为：

其中，L为带材设定的剪切长度，V_L为带钢实际速度。

进一步地，若剪切长度L大于临界剪切长度L₀，则剪刃在等待位的等待时间

其中，V_L为带钢实际速度，S₁为剪刃从等待位加速到匀速点的距离，S₃为剪刃从减速点减速到等待位的距离，V_{r max}为剪刃的最大线速度。

实施例二

参见图2，本发明实施例提供一种横切机组飞剪的控制方法，包括如下步骤：

通过实施例一的方法步骤得到剪刃速度控制曲线后；

根据剪刃速度控制曲线得到剪刃剪切过程中当前点理论设定速度V_r，根据剪刃剪切过程中当前点理论设定速度V_r计算出剪刃剪切过程中当前点设定位置，计算设定位置与实际位置的偏差，再利用设定位置与实际位置的偏差去修正当前点理论设定速度，得到剪刃剪切过程中当前点最终设定速度V_set；根据当前点最终设定速度V_set修正剪刃速度控制曲线；根据修正后的剪刃速度控制曲线控制剪刃的运动状态。

进一步地，根据剪刃剪切过程中当前点理论设定速度V_r计算出剪刃剪切过程中当前点设定位置，具体包括：利用剪刃理论设定速度V_r对时间积分得到剪刃的位移量，公式为：Y(t)＝∫V_rd(t)，V_r为剪刃剪切过程中当前点速度；

将剪刃的位移量换算得到剪刃的设定角度，将剪刃的位移换算成剪刃的设定角度的公式为：θ_set(t)＝(Y(t)/πD)％1.0*360.0，公式中，D为剪刃回转直径，π为圆周率，θ_set为剪刃的设定角度。

利用设定位置与实际位置的偏差去修正当前点理论设定速度，得到剪刃剪切过程中当前点最终设定速度V_set，具体包括：剪刃的设定角度与剪刃的实际角度相减得到剪刃位置偏差e(t)，公式为：e(t)＝θ_set(t)-θ_act(t)，θ_set为剪刃的设定角度，e(t)为剪刃位置偏差，θ_act为剪刃的当前实际角度；

根据公式V_set＝V_r+K_Pe(t)+K_i∫e(t)d(t)计算得到剪刃剪切过程中当前点最终设定速度V_set，公式中，V_r为剪刃剪切过程中当前点理论设定速度，V_set为剪刃剪切过程中当前点最终设定速度，K_P为比例系数，K_i为积分系数，K_p、K_i可以通过试验得到。

在剪切过程中，根据剪刃位置偏差和带材剪切长度偏差的差值修正剪刃速度；摆剪与送料辊利用矢量控制器的优点保证实际速度的准确性，以此保证飞剪剪切的准确性与稳定性。

实施例三

参见图4和图5，本发明实施例公开了一种横切机组飞剪的控制系统，包括控制器、变频器、电机和剪刃位置检测传感器，所述剪刃位置检测传感器用于实时检测剪刃位置，并将检测到的剪刃位置传递给控制器，所述控制器与变频器连接，通过变频器控制电机带动剪刃运动，所述控制器内设有程序，控制器执行所述程序时实现如实施例一或实施例二所述的横切机组飞剪的控制方法的步骤。

本实施例的剪刃位置检测传感器采用绝对值编码器。电机为矢量电机。变频器为矢量变频器(矢量控制器)。采用本发明使得本系统可以采用矢量变频器与普通矢量电机驱动飞剪，既可以保证控制精度和效果，又有效地降低了设备的成本。本发明通过已投产机组反馈，运行极为稳定。本发明可以用于但不限于横切机组。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种飞剪控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

将带材设定的剪切长度L与临界剪切长度L₀进行比较；

若剪切长度L等于临界剪切长度L₀，则剪刃在等待位的等待时间t_m＝0且剪刃在等待位的速度V_m＝0；

若剪切长度L小于临界剪切长度L₀，则剪刃在等待位的等待时间t_m＝0且剪刃在等待位的速度V_m＞0且剪刃在等待位的速度

其中，V_L为带材实际速度，D为剪刃回转直径，π为圆周率，S₁为剪刃从等待位加速到匀速点的距离，S₃为剪刃从减速点减速到等待位的距离，V_rmax为剪刃的最大线速度；

若剪切长度L大于临界剪切长度L₀，则剪刃在等待位的等待时间t_m＞0且剪刃在等待位的速度V_m＝0；

根据上述步骤确定的t_m、V_m生成对应的剪刃速度控制曲线。

2.如权利要求1所述的飞剪控制方法，其特征在于：根据剪刃速度控制曲线控制剪刃的运动状态；剪刃运动是圆周运动，剪刃从等待位加速到匀速点，然后从匀速点开始匀速运行到抛钢点，从抛钢点匀速运行到减速点，从减速点减速到等待位，完成一次剪切，如此循环往复实现带材连续定尺剪切；

若剪切长度L小于或等于临界剪切长度L₀，则剪刃在一次剪切中分为三个区域，分别为加速区域、匀速区域、减速区域；

若剪切长度L大于临界剪切长度L₀，则剪刃在一次剪切中分为四个区域，分别为加速区域、匀速区域、减速区域、停止等待区域。

3.如权利要求1所述的飞剪控制方法，其特征在于：临界剪切长度L₀的计算公式为：临界剪切长度

其中，V_L为带材实际速度，D为剪刃回转直径，π为圆周率，S₁为剪刃从等待位加速到匀速点的距离，S₃为剪刃从减速点减速到等待位的距离，V_rmax为剪刃的最大线速度。

4.如权利要求1所述的飞剪控制方法，其特征在于：若剪切长度L小于临界剪切长度L₀，则t₁+t₃＝t_b-t₂，

其中，t₁为剪刃从等待位加速到匀速点时间，t₃为剪刃从减速点减速到等待位的时间，t₂为剪刃从匀速点到抛钢点时间，t_b为剪切间隔时间，D为剪刃回转直径，π为圆周率，S₁为剪刃从等待位加速到匀速点的距离，S₃为剪刃从减速点减速到等待位的距离，V_rmax为剪刃的最大线速度；

剪切间隔时间t_b为：

其中，L为带材设定的剪切长度，V_L为带材实际速度。

5.如权利要求1所述的飞剪控制方法，其特征在于：若剪切长度L大于临界剪切长度L₀，则剪刃在等待位的等待时间

其中，V_L为带材实际速度，S₁为剪刃从等待位加速到匀速点的距离，S₃为剪刃从减速点减速到等待位的距离，V_rmax为剪刃的最大线速度。

6.如权利要求1所述的飞剪控制方法，其特征在于：根据剪刃剪切过程中当前点理论设定速度计算出剪刃剪切过程中当前点设定位置，计算设定位置与实际位置的偏差，再利用设定位置与实际位置的偏差去修正当前点理论设定速度，得到剪刃剪切过程中当前点最终设定速度；根据当前点最终设定速度修正剪刃速度控制曲线。

7.如权利要求6所述的飞剪控制方法，其特征在于：根据剪刃剪切过程中当前点理论设定速度计算出剪刃剪切过程中当前点设定位置，具体包括：利用剪刃理论设定速度对时间积分得到剪刃的位移量，将剪刃的位移量换算得到剪刃的设定角度；

利用设定位置与实际位置的偏差去修正当前点理论设定速度，得到剪刃剪切过程中当前点最终设定速度，具体包括：剪刃的设定角度与剪刃的实际角度相减得到剪刃位置偏差e(t)，根据公式V_set＝V_r+K_Pe(t)+K_i∫e(t)d(t)计算得到剪刃剪切过程中当前点最终设定速度V_set，公式中，V_r为剪刃剪切过程中当前点理论设定速度，K_P为比例系数，K_i为积分系数。

8.如权利要求7所述的飞剪控制方法，其特征在于：将剪刃的位移换算成剪刃的设定角度的公式为：θ_set(t)＝(Y(t)/πD)％1.0*360.0，公式中，D为剪刃回转直径，π为圆周率，θ_set为剪刃的设定角度。

9.一种飞剪控制系统，其特征在于：包括控制器、电机和剪刃位置检测传感器，所述剪刃位置检测传感器用于实时检测剪刃位置，并将检测到的剪刃位置传递给控制器，所述控制器用于输出控制信号，控制电机带动剪刃运动，所述控制器内设有程序，控制器执行所述程序时实现如权利要求1至8任一所述的飞剪控制方法的步骤。

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