CN116727756A - 一种控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及定尺剪控制技术领域，具体涉及一种控制系统，包括测量定位系统，定尺剪PLC控制系统和剪后复尺机构控制系统；测量定位系统将测量定位传感器采集的测量数据和钢板位置计算数值通过以太网整合到定尺剪PLC控制系统；定尺剪PLC控制系统用于控制定尺剪进行钢板端部剪切步骤和钢板子板剪切步骤；剪后复尺机构控制系统根据钢板来料剪切计划自动定位到钢板剪切端部位置并通过人际交互界面显示实现对钢板实际剪切长度的二次验证。本发明可以准确的计算和测量钢板的头部、尾部、样条和定尺钢板的长度。

Description

一种控制系统

技术领域

本发明属于定尺剪控制技术领域，具体涉及一种控制系统。

背景技术

中板厂定尺剪是中板厂关键设备之一，钢板在定尺剪区域的剪切直接决定了钢板的质量和钢板的成材率。目前中板厂采用人工划线或者通过观看摄像头的方式实现对钢板头部、钢板定尺和钢板为不剪切，这种全部依靠人工核对剪切的方式存在剪切精度差，剪切错误的问题，大大增加了操作人员的劳动强度，降低了生产节奏，同时降低了钢板的成材率。钢板的头部剪切量和尾部剪切量是影响成材率的主要因素，所以实现钢板头部和尾部的的准确计算和精确测量成为必需的要求。

发明内容

针对以上技术问题，本发明涉及一种控制系统，用于中板定尺剪优化剪切系统中，所述控制系统包括测量定位系统，定尺剪PLC控制系统和剪后复尺机构控制系统；测量定位系统将测量定位传感器采集的测量数据和钢板位置计算数值通过以太网整合到所述定尺剪PLC控制系统；所述定尺剪PLC控制系统用于控制定尺剪进行钢板端部剪切步骤和钢板子板剪切步骤；所述剪后复尺机构控制系统根据钢板来料剪切计划自动定位到钢板剪切端部位置并通过人际交互界面显示实现对钢板实际剪切长度的二次验证；所述测量定位传感器包括剪前测长仪，剪前轮廓仪，光幕，剪后测长仪，剪后轮廓仪，剪后复尺机构。

另一方面，本发明提出一种中板定尺剪优化剪切系统，包括定尺剪，在定尺剪前沿着钢板运行方向依次设置的剪前测长仪，剪前轮廓仪，光幕，和在定尺剪后沿着钢板运行方向依次设置的剪后测长仪，剪后复尺机构，剪后轮廓仪，和用于中板定尺剪优化剪切的控制系统。

本发明可以准确的计算和测量钢板的头部、尾部、样条和定尺钢板的长度。通过将轮廓仪、测长仪、光幕和复尺机构等大型仪表检测系统成功应用在定尺剪优化剪切系统中，操作和维护简单方便，系统功能完善，性能可靠，完全满足工艺要求，在实际应用中取得了良好的效果，有效的提高了钢板的成材率和定尺剪的剪切效率。

附图说明

图1：一种实施方式的控制流程图；

图2：一种实施方式的中板定尺剪优化剪切系统。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。

一些实施方式涉及一种控制系统，用于中板定尺剪优化剪切系统中，包括测量定位系统，定尺剪PLC控制系统和剪后复尺机构控制系统；测量定位系统将测量定位传感器采集的测量数据和钢板位置计算数值通过以太网整合到所述定尺剪PLC控制系统；所述定尺剪PLC控制系统用于控制定尺剪进行钢板端部剪切步骤和钢板子板剪切步骤；所述剪后复尺机构控制系统根据钢板来料剪切计划自动定位到钢板剪切端部位置并通过人际交互界面显示实现对钢板实际剪切长度的二次验证；所述测量定位传感器包括剪前测长仪，剪前轮廓仪，光幕，剪后测长仪，剪后轮廓仪，剪后复尺机构。

优选地实施方式中，测长仪与定尺剪PLC控制系统之间的通讯延时越小越好。

一些较具体的控制系统通过执行如图1中的各步骤实现：

钢板端部剪切步骤中，包括：

S1在进行钢板端部剪切前，剪前轮廓仪测算并输出钢板端部最优剪切位置；在有人工划线情况下，钢板端部最优剪切位置为人工划线位置；

S2通过光幕的补偿值对所述钢板端部最优剪切位置进行修正；

在钢板端部剪切步骤完成后，通过执行以下步骤实现钢板子板剪切步骤：

S3通过剪测长仪测量钢板子板剪切长度，所述钢板子板剪切长度包括定尺钢板剪切长度和通尺钢板剪切长度；

S4通过定尺剪PLC控制系统实现对钢板子板剪切长度和辊道的速度设定值进行闭环控制实现钢板剪切位置的自动定位。

一些较具体实施方式的控制系统所执行钢板位置APC闭环控制的逻辑：

在自动方式下，在PLC控制辊道的速度值，接收来自测速测长仪检测的钢板长度反馈信号，形成位置闭环控制，以提供钢板长度方向上的准确定位。

APC控制是分段剪自动剪切的控制基础，定位精度，定位速度直接关系到产品质量及生产速度。

APC定位的基准是每块钢板剪切规程的长度目标值；

系统根据测长仪反馈的实际长度，计算长度偏差ΔS(目标值-实际值)，对应辊道速度V与辊缝偏差ΔS的关系为：

根据辊缝偏差ΔS的正负确定辊道速度V的极性，K的大小也可根据辊缝偏差ΔS的大小分段调整，并且使用极限特性和死区特性。当大于减速点时，辊道速度V等于辊道速度最大值Vmax，当小于死区值时，辊道速度V为0。

由于辊道运送钢板的特殊性，过快的升降速可能会造成钢板与辊道间的相对滑动，影响实际定位精度，为了保证辊道定位的准确性和高速性，需要在不同偏差范围内，规定不同的最高速度Vmax和斜率K，以保证在最终定位时不出现相对滑动，同时尽可能的保证大范围的高速区以提高剪切节奏。

同时传动装置需要优化参数，以保证低速区间的辊道速度跟随性响应。由于辊道传动多为开环控制，必要时需增加增量编码器改为闭环控制或以侧长仪反馈数据作为优化依据。

上述实施方式中，用测速仪的反馈值和辊道速度之间形成闭环，实现定位减速时间控制在4秒之内。同时通过传动参数优化，让受控的辊道响应足够块。

一些实施方式的剪后复尺机构控制系统执行以下步骤：

钢板子板在定位时，同时将钢板子板剪切长度的目标值发送给所述复尺机构；

当钢板停止的瞬间，安装在所述复尺机构上的摄像系统对钢板进行拍照，经过深度学习和机器学习，计算出钢板子板端部的实际位置与所述钢板子板剪切长度测量值进行对比；

若偏差在预设范围内，指令定尺剪进行自动剪切，若偏差大于预设范围时，提示操作人员进行确认。

一些实施方式的钢板端部剪切步骤通过一种钢板端部的计算方法测算钢板端部的位置，所述钢板端部的计算方法包括以下步骤：

通过所述剪前轮廓仪经过深度学习、机器学习计算出钢板端部的长度；

通过所述光幕测算光幕的补偿值；

在钢板端部剪切完成后，将所述光幕的补偿值清零。

一些实施方式通过所述光幕测算光幕补偿值对所述钢板端部剪切最优位置进行修正的步骤包括：

所述剪前测长仪安装在距离定尺剪剪刃前X的位置，所述光幕安装在距离定尺剪剪刃前Y的位置，Y值大于X值；

当所述光幕检测到钢板存在时，所述剪前测长仪记录所述剪前钢板头部的长度为Z，则所述钢板头部剪切最优位置M计算为：M＝Y-Z。

一些更具体的实施方式，所述通尺钢板剪切长度通过以下步骤计算：

所述剪前轮廓仪计算钢板的尾部长度N，所述光幕安装在距离定尺剪剪刃前Y的位置；

当所述光幕检测到钢板失去的瞬间，所述剪后测长仪记录剪后钢板尾部长度测量值H，所述通尺钢板剪切长度L计算为：L＝H+Y-N。

一些更具体的实施方式，轮廓仪测算所述钢板端部最优剪切位置的步骤包括：

应用线阵摄像机检测运行钢板；

计算视场范围内任一点的空间坐标；

通过连续拍摄钢板边缘图像后将每帧摄钢板边缘图像精确合并；

获得钢板所有轮廓图像。

一些实施方式提出的中板定尺剪优化剪切系统如图2，包括定尺剪，在定尺剪前沿着钢板运行方向依次设置的剪前测长仪，剪前轮廓仪，光幕，和在定尺剪后沿着钢板运行方向依次设置的剪后测长仪，剪后复尺机构，剪后轮廓仪，和用于中板定尺剪优化剪切的控制系统。其中的剪后复尺机构包括框架、滑动小车、激光划线仪、辊道安装标尺、摄像系统。

一些更具体的实施方式涉及的轮廓仪的测量原理：剪前中板轮廓仪检测系统是利用立体视觉检测技术，通过相机系统配合主动LED光源和精准标定，可准确计算视场范围内任一点的空间坐标，通过连续拍摄钢板边缘图像，将每帧图像精确合并，最终获得钢板所有轮廓图像。头尾轮廓检测系统应用立体视觉测量原理，采用线阵摄像机检测运行钢板。经过图像处理算法输出钢板头尾最优剪切位置，在有人工划线情况下，输出为人工划线位置。

一些更具体的实施方式涉及的激光测长仪采用德国Polytec激光测头，测量两束相干激光在被测物表面形成的干涉条纹的状态，非接触计算出被测物体的运行速度和长度。

下面通过一个具体的实施例对本发明进行解释和说明。

剪前轮廓仪测量系统、激光测长仪、剪后复尺机构控制系统和定尺剪PLC控制系统在统一网络系统内，定尺剪PLC控制系统与各测量系统之间采用以太网通讯方式进行数据交互。

钢板头部的计算方法：当钢板通过剪前轮廓仪时，轮廓仪控制系统经过深度学习、机器学习精确计算出钢板头部的长度，激光测长仪属于单点照射，为了更准确的找到钢板头部和尾部的顶端位置，结合安装在定尺剪前的光幕，通过光幕的补偿值进行准确的测量。当钢板头部剪切一刀后，将光幕的补偿值进行清零。光幕补偿值的计算方法：假设激光测速仪安装在剪前距离定尺剪剪刃Xmm的位置，光幕安装在剪前距离定尺剪剪刃Ymm的位置，X值和Y值因为安装在定尺剪剪前，全部为负值，即安装时，Y值大于X值，当在光幕检测到钢板存在时记录测长仪的数值为Z，那么钢板顶端位置M的计算公式为：M＝Y-Z。

钢板头部剪切完成后，开始进行钢板子板的剪切，子板剪切分为定尺钢板剪切和通尺钢板剪切，定尺钢板为固定值，即客户索要固定钢板长度，定尺钢板的目标值＝订单长度+放尺量，子板剪切长度完全靠安装在剪后的测长仪进行测量，测长仪的数值与辊道的速度设定行成闭环控制。通尺钢板的长度计算方法：剪前轮廓仪计算钢板的尾部长度为Nmm，光幕安装在剪前距离定尺剪剪刃Ymm的位置，当光幕检失的瞬间，剪后测速仪的测量值为Hmm，钢板的通尺长度计算公式：L＝H+Y-N。通过辊道APC控制，实现钢板剪切位置的自动定位。

钢板子板在定位时，同时将钢板子板剪切的目标值发送给安装在定尺剪剪后的复尺机构，复尺机构本身设备会进行自动位置定位，当钢板停止的瞬间，安装在复尺机构上的摄像系统对钢板进行拍照，经过深度学习和机器学习，计算出子板头部的实际位置，此位置与测速仪进行实际对比，偏差在5mm之内时，定尺剪自动剪切动作，当偏差大于5mm时，提示操作人员进行确认。

在本说明书中描述的处理和逻辑流程可以由一个或多个可编程计算机执行，该计算机通过运算输入数据并且生成输出而执行一个或多个的计算机程序，以运行函数。处理和逻辑流程还可以由专用逻辑电路，例如，FPGA(可现场编程门阵列)或者ASIC(专用集成电路)执行，并且设备也可以被实施为专用逻辑电路。

虽然本说明书包含很多具体的实施细节，但是这些不应当被解释为对任何发明的范围或者对可以要求保护的内容的范围的限制，而是作为可以使特定发明的特定实施方式具体化的特征的说明。在独立的实施方式的语境中的本说明书中描述的特定特征还可以与单个实施方式组合地实施。相反地，在单个实施方式的语境中描述的各种特征还可以独立地在多个实施方式中实施，或者在任何合适的子组合中实施。此外，虽然以上可以将特征描述为组合作用并且甚至最初这样要求，但是来自要求的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合去掉，并且要求的组合可以转向子组合或者子组合的变形。

相似地，虽然以特定顺序在附图中描述了操作，但是不应当理解为：为了实现期望的结果，要求这样的操作以示出的特定顺序或者以顺序次序而执行，或者所有图示的操作都被执行。在特定情况下，多任务处理和并行处理可以是有利的。此外，上述实施方式中的各种系统模块和组件的分离不应当理解为在所有实施方式中要求这样的分离，并且应当理解程序组件和系统可以通常被一体化在单个软件产品中或者打包至多个软件产品中。

Claims (10)

1.一种控制系统，用于中板定尺剪优化剪切系统中，其特征在于，所述控制系统包括测量定位系统，定尺剪PLC控制系统和剪后复尺机构控制系统；测量定位系统将测量定位传感器采集的测量数据和钢板位置计算数值通过以太网整合到所述定尺剪PLC控制系统；所述定尺剪PLC控制系统用于控制定尺剪进行钢板端部剪切步骤和钢板子板剪切步骤；所述剪后复尺机构控制系统根据钢板来料剪切计划自动定位到钢板剪切端部位置并通过人际交互界面显示实现对钢板实际剪切长度的二次验证；所述测量定位传感器包括剪前测长仪，剪前轮廓仪，光幕，剪后测长仪，剪后轮廓仪，剪后复尺机构。

2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，通过执行以下步骤实现所述钢板端部剪切步骤：

在进行钢板端部剪切前，所述剪前轮廓仪测算并输出钢板端部最优剪切位置；

在有人工划线情况下，所述钢板端部最优剪切位置为人工划线位置；通过光幕的补偿值对所述钢板端部最优剪切位置进行修正。

3.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，在所述钢板端部剪切步骤完成后，通过执行以下步骤实现钢板子板剪切步骤：

通过所述剪测长仪测量钢板子板剪切长度，所述钢板子板剪切长度包括定尺钢板剪切长度和通尺钢板剪切长度；

通过所述定尺剪PLC控制系统实现对钢板子板剪切长度和辊道的速度设定值进行闭环控制实现钢板剪切位置的自动定位。

4.如权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述剪后复尺机构控制系统执行以下步骤：

钢板子板在定位时，同时将钢板子板剪切长度的目标值发送给所述复尺机构；

当钢板停止的瞬间，安装在所述复尺机构上的摄像系统对钢板进行拍照，经过深度学习和机器学习，计算出钢板子板端部的实际位置与所述钢板子板剪切长度测量值进行对比，若偏差在预设范围内，指令定尺剪进行自动剪切，若偏差大于预设范围时，提示操作人员进行确认。

5.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述钢板端部剪切步骤通过一种钢板端部的计算方法测算钢板端部的位置，所述钢板端部的计算方法包括以下步骤：

通过所述剪前轮廓仪经过深度学习、机器学习计算出钢板端部的长度；通过所述光幕测算光幕的补偿值；

在钢板端部剪切完成后，将所述光幕的补偿值清零。

6.如权利要求5所述的控制系统，其特征在于，通过所述光幕测算光幕补偿值对所述钢板端部剪切最优位置进行修正的步骤包括：

所述剪前测长仪安装在距离定尺剪剪刃前X的位置，所述光幕安装在距离定尺剪剪刃前Y的位置，Y值大于X值；

当所述光幕检测到钢板存在时，所述剪前测长仪记录所述剪前钢板头部的长度为Z，则所述钢板头部剪切最优位置M计算为：M＝Y-Z。

7.如权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述通尺钢板剪切长度通过以下步骤计算：

所述剪前轮廓仪计算钢板的尾部长度N，所述光幕安装在距离定尺剪剪刃前Y的位置；

当所述光幕检测到钢板失去的瞬间，所述剪后测长仪记录剪后钢板尾部长度测量值H，所述通尺钢板剪切长度L计算为：L＝H+Y-N。

8.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述轮廓仪测算所述钢板端部最优剪切位置的步骤包括：

应用线阵摄像机检测运行钢板；

计算视场范围内任一点的空间坐标；

通过连续拍摄钢板边缘图像后将每帧摄钢板边缘图像精确合并；

获得钢板所有轮廓图像。

9.一种中板定尺剪优化剪切系统，其特征在于，包括定尺剪，在定尺剪前沿着钢板运行方向依次设置的剪前测长仪，剪前轮廓仪，光幕，和在定尺剪后沿着钢板运行方向依次设置的剪后测长仪，剪后复尺机构，剪后轮廓仪，和如权利要求1-8任一项所述的用于中板定尺剪优化剪切的控制系统。

10.如权利要求9所述的中板定尺剪切优化剪切系统，其特征在于，所述剪后复尺机构包括框架、滑动小车、激光划线仪、辊道安装标尺、摄像系统。