一種用于多段冷床的同步控制方法
【專利摘要】一種用于多段冷床的同步控制方法，屬于軋鋼【技術(shù)領(lǐng)域】。在現(xiàn)場生產(chǎn)線的可編程控制器中安裝角同步模塊。角同步模塊從傳動裝置中讀取實際轉(zhuǎn)速值，計算出冷床段偏心輪旋轉(zhuǎn)的實際角度α1及αn，α1為主段冷床的實際旋轉(zhuǎn)角度，αn為輔段冷床的實際旋轉(zhuǎn)角度。各輔段的實際角度αn均與主段的實際角度α1比較，如果差值Δα<=1%,則認(rèn)為角度同步；若差值Δα>1%，則將差值通過PI調(diào)節(jié)器輸出轉(zhuǎn)換成速度附加給定Nadd疊加到自身傳動裝置速度調(diào)節(jié)器的輸入端，參與速度閉環(huán)調(diào)解。優(yōu)點在于，通過使用角同步模塊功能，以一段冷床為基準(zhǔn)，進(jìn)行各段冷床實際角度偏差的實時調(diào)節(jié)控制，達(dá)到冷床各段之間的電氣同步，解決了棒材多段非機械同軸冷床在多步連續(xù)運行模式下出現(xiàn)的‘亂床’問題。
【專利說明】—種用于多段冷床的同步控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于軋鋼【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種用于多段冷床的同步控制方法，適用于棒材生產(chǎn)線多段非機械同軸冷床本體設(shè)備的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在棒材生產(chǎn)線成品區(qū)安置有冷床設(shè)備，用于冷卻成品棒材。為了滿足不同長度產(chǎn)品的需要，也便于機械制造防止機械長扭矩的產(chǎn)生，冷床基本設(shè)計成多段形式。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，軋制節(jié)奏越來越快，大型化的多段冷床，很難做到機械同步，這就對電氣同步提出了更高的要求。
[0003]冷床工作方式為步進(jìn)式，每段冷床由電機帶動一個偏心輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動冷床運動，偏心輪旋轉(zhuǎn)一周，冷床升起、落下往復(fù)運行一次，成品棒材向前步進(jìn)一步，如此步進(jìn)前進(jìn)，直至將成品棒材運下冷床。生產(chǎn)中，冷床的運行模式分為單步和多步。單步模式多用于正常生產(chǎn)時的自動模式；當(dāng)冷床接到啟動命令后，加速啟動，偏心輪旋轉(zhuǎn)一周360°停止，完成一個步進(jìn)周期。多步模式多應(yīng)用于手動移床；操作人員手動啟動冷床，冷床加速啟動后高速運行，連續(xù)運行多個步進(jìn)周期，當(dāng)收到操作人員發(fā)出的停止命令時，冷床按單步模式停止。
[0004]常用的多段冷床控制系統(tǒng)一般由可編程控制器(PLC, Programmable LogicContiOller)、驅(qū)動冷床電機的傳動裝置、檢測元件組成?？删幊炭刂破魇抢浯部刂葡到y(tǒng)的控制單元，傳動裝置是控制系統(tǒng)的執(zhí)行單元，電機碼盤及接近開關(guān)是設(shè)備運行狀態(tài)的檢測元件。電機碼盤檢測電機實際速度，并將實際速度反饋給傳動裝置形成速度閉環(huán)控制。接近開關(guān)用于冷床停止位置的檢測。如說明書附圖中的圖1所示，PLC將設(shè)定轉(zhuǎn)速Nsrt傳送到每段冷床傳動裝置的速度調(diào)節(jié)器，作為每個傳動裝置的主速度給定；每段冷床電機都有速度檢測編碼器，檢測出的實際速度值Nart作為本身速度調(diào)節(jié)器的速度反饋，從而構(gòu)成每段各自系統(tǒng)的速度閉環(huán)控制。冷床機械設(shè)備上安裝一個接近開關(guān)(安裝在減速停止位O°角附近)，用于整個冷床停止位的檢測。各段由PLC統(tǒng)一發(fā)啟停命令，以實現(xiàn)同時啟停。即PLC發(fā)啟動命令時，冷床按設(shè)定速度Nsrt運行；在單步運行模式下，當(dāng)偏心輪旋轉(zhuǎn)一周碰到停止位的接近開關(guān)時，PLC發(fā)出停止命令，冷床減速停止在初始位(90°角);若稍有偏差(偏差在偏心輪可控范圍內(nèi))，則在偏心輪的作用下，各段冷床自動回到初始位；在多步運行模式下，冷床連續(xù)運行多步，當(dāng)操作員發(fā)出停止命令后，偏心輪旋轉(zhuǎn)碰到停止位的接近開關(guān)時，PLC發(fā)出停止命令，冷床停止運行，各段冷床回到初始位。
[0005]在正常生產(chǎn)時，一般都生產(chǎn)在自動模式下，即冷床為單步運行方式。當(dāng)需要將成品棒材快速移出冷床時，操作人員會選擇多步運行方式，冷床連續(xù)步進(jìn)運送棒材，直至操作人員發(fā)送停止命令為止。冷床在連續(xù)多步運行過程中，由于冷床各段自身重量及負(fù)載的差異等等，各段冷床運行的每一個周期都會產(chǎn)生一定的角度差；在單步模式運行時，冷床停止后,靠偏心輪完成冷床初始位的校正,而在多步的連續(xù)運行過程中，冷床不停止,偏心輪無法進(jìn)行初始位校正，使得各周期產(chǎn)生的誤差逐步累積，連續(xù)運行時間越長，各段的誤差就越大。因此，在單步運行或多步運行時間較短時，上述常用的多段冷床控制系統(tǒng)基本能夠滿足現(xiàn)場的需求，不會影響生產(chǎn)；若連續(xù)多步運行時間長，累積誤差加大，使各段產(chǎn)生很大的角度差，就會造成冷床的‘亂床’及各段電機負(fù)載分配的失衡，嚴(yán)重時，出現(xiàn)傳動裝置過流等故障，影響生產(chǎn)線的生產(chǎn)運行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種用于多段冷床的同步控制方法，適用于棒材生產(chǎn)線中，大型的非機械同軸的多段冷床的電氣控制，能夠有效的避免冷床在連續(xù)步進(jìn)時‘亂床’現(xiàn)象的產(chǎn)生。
[0007]本發(fā)明在現(xiàn)場生產(chǎn)線(現(xiàn)場生產(chǎn)線包括可編程控制器和傳動裝置)的可編程控制器(PLC, Programmable Logic Controller)中安裝角同步模塊 I。
[0008]多段冷床指機械上斷開的兩段以上的冷床設(shè)備。首先將多段冷床定義成η段(I!為^ 2的整數(shù))，將η段冷床中的第一段冷床定義為主段冷床，其余的冷床段為輔段冷床。PLC將工藝設(shè)定的轉(zhuǎn)速Nsrt傳送到每段冷床傳動裝置的速度調(diào)節(jié)器的輸入端，作為每個傳動裝置的主速度給定。主段冷床按常用的速度閉環(huán)系統(tǒng)控制，輔段冷床通過PLC中的角同步模塊I計算出速度Nadd，Nadd傳送到自身傳動裝置速度調(diào)節(jié)器的附加給定的輸入端，作為自身段的附加速度給定，與主速度疊加，共同完成本段冷床的速度調(diào)節(jié)。
[0009]角同步模塊I從傳動裝置中讀取實際轉(zhuǎn)速值，計算出冷床段偏心輪旋轉(zhuǎn)的實際角度\及αη，a i為主段冷床的實際旋轉(zhuǎn)角度，CinS輔段冷床的實際旋轉(zhuǎn)角度。各輔段的實際角度αη均與主段的實際角度Ci1比較，如果差值Λ a <=1%，則認(rèn)為角度同步；若差值Δ α >1%，則將差值通過PI調(diào)節(jié)器輸出轉(zhuǎn)換成速度附加給定Nadd疊加到自身傳動裝置速度調(diào)節(jié)器的輸入端，參與速度閉環(huán)調(diào)解。
[0010]角同步模塊I包括速度/角度轉(zhuǎn)換模塊10、濾波模塊11、調(diào)節(jié)器模塊12、規(guī)格化模塊13、限幅器模塊14、絕對值模塊15、比較器模塊16等。
[0011]轉(zhuǎn)速/角度轉(zhuǎn)換模塊10從主段冷床和輔段冷床傳動裝置中讀取實際轉(zhuǎn)速值NI和Νη，作為自身的輸入值η，兩個輸出端α I和an相減，其差值Λ α分別連接到濾波模塊11和絕對值模塊15的輸入端X ;濾波模塊11的輸出端Y連接到PI調(diào)節(jié)器模塊12的輸入端Xl ;絕對值模塊15的輸出端Y連接到比較器模塊16的輸入端XI，比較器模塊16的輸出端X2連接一個固定值2%，比較器模塊16的輸出端Yl連接到PI調(diào)節(jié)器模塊12的輸入端X2，比較器模塊16的輸出端Y2給控制系統(tǒng)用于邏輯聯(lián)鎖控制；PI調(diào)節(jié)器模塊12的輸出端Y連接到規(guī)格化模塊13的輸入端X ;規(guī)格化模塊13的輸出端Y連接到限幅值模塊14的輸入端X，限幅值模塊14的輸出端Y作為附加給定轉(zhuǎn)速傳送到傳動裝置速度調(diào)節(jié)器的附加給定輸入端。
[0012]本發(fā)明的主要特征在于:與常用的冷床控制系統(tǒng)相比，增加了角同步模塊I。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:通過在冷床控制系統(tǒng)中所增加的角同步模塊1，消除了多步連續(xù)步進(jìn)造成的累計角度偏差，解決了冷床各段不同步問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為常用通用多段冷床控制系統(tǒng)功能圖。
[0015]圖2為發(fā)明涉及的角同步模塊控制原理圖。[0016]圖3為一個實施例的多段冷床控制系統(tǒng)功能圖。
具體實施方 式
[0017]本發(fā)明是在現(xiàn)場生產(chǎn)線(現(xiàn)場生產(chǎn)線包括可編程控制器和傳動裝置)的可編程控制器(PLC, Programmable Logic Controller)中安裝角同步模塊 I。
[0018]角同步模塊I包括速度/角度轉(zhuǎn)換模塊10、濾波模塊11、調(diào)節(jié)器模塊12、規(guī)格化模塊13、限幅器模塊14、絕對值模塊15、比較器模塊16等。
[0019]圖1為常用的多段冷床控制系統(tǒng)功能圖，因在【背景技術(shù)】做了較為詳細(xì)的介紹，在此不再贅述。
[0020]如圖2所示，角同步模塊I中的轉(zhuǎn)速/角度轉(zhuǎn)換模塊10從主段冷床和輔段冷床傳動裝置中讀取實際轉(zhuǎn)速值NI和Nn，作為自身的輸入值n，其輸出端α?和αη相減，其差值Δ α分別連接到濾波模塊11和絕對值模塊15的輸入端X ;濾波模塊11的輸出端Y連接到PI調(diào)節(jié)器模塊12的輸入端Xl ;絕對值模塊15的輸出端Y連接到比較器模塊16的輸入端XI，比較器模塊16的輸出端Χ2連接一個固定值2%，比較器模塊16的輸出端Yl連接到PI調(diào)節(jié)器模塊12的輸入端Χ2，比較器模塊16的輸出端Υ2給控制系統(tǒng)用于邏輯聯(lián)鎖控制；ΡΙ調(diào)節(jié)器模塊12的輸出端Y連接到規(guī)格化模塊13的輸入端X ;規(guī)格化模塊13的輸出端Y連接到限幅值模塊14的輸入端X，限幅值模塊14的輸出端Y作為附加給定轉(zhuǎn)速傳送到傳動裝置速度調(diào)節(jié)器的附加給定輸入端。
[0021]圖3為本發(fā)明多段冷床控制系統(tǒng)實現(xiàn)的控制原理圖，與常規(guī)冷床控制系統(tǒng)相比，主要增加的角同步功能模塊。
[0022]下面以某鋼廠棒材生產(chǎn)線冷床控制系統(tǒng)的控制過程為例，說明增加的角同步模塊對各段冷床同步控制的作用。
[0023]某鋼廠棒材生產(chǎn)線冷床設(shè)備規(guī)格為120m*12.5m (長*寬)，分為3段，各段機械獨立。每段各由I臺直流電機驅(qū)動。由于I段為主段，其控制采用常用的冷床控制方法，在此不再敘述。2段和3段的控制相同，所以，在此僅以2段冷床為例，說明其控制過程。圖3中，角同步模塊分別讀取冷床I段和2段的實際速度值NI和N2，通過轉(zhuǎn)速/角度轉(zhuǎn)換模塊10分別計算出I段和2段冷床偏心輪旋轉(zhuǎn)的實際角度\和Ci2，兩角度值相減，得到1#、2#冷床之間的角度差Δ α:
[0024]Δ α=α「α2
[0025]Δ α連接到絕對值模塊15的輸入端X取絕對值，其輸出端Y=I Δ α |連接到比較模塊16的輸入端XI，輸入端Xl與輸入端Χ2的恒定閥值1%進(jìn)行比較。
[0026]當(dāng)I Λ α I≤1%時，模塊16輸出端Υ2輸出1#、2#冷床同步信號，此信號用于控制邏輯連鎖。
[0027]當(dāng)I Λ α |>1%時，模塊16的輸出端Υ1，連接到PI調(diào)節(jié)器的輸入端Χ2，PI調(diào)節(jié)器使能，角同步功能投入。此時1#、2#冷床實際角度差值Λ α進(jìn)入濾波模塊11輸入端X，經(jīng)過濾波后的輸出值Y連接到PI調(diào)節(jié)器模塊12的輸入XI，進(jìn)行PI調(diào)節(jié)。通過多個生產(chǎn)線的實際應(yīng)用，比例增益P取值范圍在2-3之間；積分時間I取值范圍在100ms-400ms之間調(diào)節(jié)為最佳。
[0028]調(diào)節(jié)器模塊12的輸出端α add進(jìn)入規(guī)格化模塊13的輸入端X，經(jīng)過模塊轉(zhuǎn)換，將角度轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速值Ne，Ne計算如下:
[0029]Nc=Ne*K/360
[0030]其中Ne為電機額定轉(zhuǎn)速；K值為可調(diào)參數(shù)，其調(diào)整范圍為0.2-0.3。規(guī)格化模塊13輸出端Y的輸出值Ne進(jìn)入限幅模塊14的輸入端X，其輸出值限幅
[0031]Yfflax=30% ；
[0032]Ymin=-30% ；
[0033]此限幅值可由工藝人員根據(jù)效果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。模塊14輸出端Y的輸出值作為速度附加給定Nadd,連接到2#冷床傳動裝置速度調(diào)節(jié)器的附加給定端口，其與2#冷床傳動裝置的主給定Nset相疊加，得到2#冷床的實際給定值Nartset,即:
[0034]Nactset=Nset+Nadd
[0035]傳動裝置對Naetset進(jìn)行實時調(diào)節(jié)，使1#、2#冷床達(dá)到精確的電氣同步。
[0036]結(jié)論:在常用的多段冷床控制系統(tǒng)中增加了角同步模塊I后，冷床在連續(xù)多步運行的過程中，各段之間偏差的控制精度不大于5°，杜絕了多步運行時由于角度差累計造成的‘亂床’現(xiàn)象，大大減少了故障率及電氣維護(hù)時間。
【權(quán)利要求】
1.一種用于多段冷床的同步控制方法，其特征在于，在可編程控制器中安裝角同步模塊(I )，角同步模塊(I)從傳動裝置中讀取實際轉(zhuǎn)速值，計算出冷床段偏心輪旋轉(zhuǎn)的實際角度\及αη，\為主段冷床的實際旋轉(zhuǎn)角度，CInS輔段冷床的實際旋轉(zhuǎn)角度；各輔段的實際角度αη均與主段的實際角度Ci1比較，如果差值Λ a <=1%，則認(rèn)為角度同步；若差值Δ α >1%，則將差值通過PI調(diào)節(jié)器輸出轉(zhuǎn)換成速度附加給定Nadd疊加到自身傳動裝置速度調(diào)節(jié)器的輸入端，參與速度閉環(huán)調(diào)解； 所述的多段冷床指機械上斷開的兩段以上的冷床設(shè)備；首先將多段冷床定義成η段，η為> 2的整數(shù)，將η段冷床中的第一段冷床定義為主段冷床，其余的冷床段為輔段冷床；PLC將工藝設(shè)定的轉(zhuǎn)速Nsrt傳送到每段冷床傳動裝置的速度調(diào)節(jié)器的輸入端，作為每個傳動裝置的主速度給定；主段冷床按常用的速度閉環(huán)系統(tǒng)控制，輔段冷床通過PLC中的角同步模塊(I)計算出速度Nadd，Nadd傳送到自身傳動裝置速度調(diào)節(jié)器的附加給定的輸入端，作為自身段的附加速度給定，與主速度疊加，共同完成本段冷床的速度調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的角同步模塊(I)包括速度/角度轉(zhuǎn)換模塊(10)、濾波模塊(11)、調(diào)節(jié)器模塊(12)、規(guī)格化模塊(13)、限幅器模塊(14)、絕對值模塊(15)、比較器模塊(16)； 轉(zhuǎn)速/角度轉(zhuǎn)換模塊(10)從主段冷床和輔段冷床傳動裝置中讀取實際轉(zhuǎn)速值NI和Nn，作為自身的輸入值n，兩個輸出端α?和an相減，其差值Λ a分別連接到濾波模塊(11)和絕對值模塊(15)的輸入端X ;濾波模塊(11)的輸出端Y連接到PI調(diào)節(jié)器模塊(12)的輸入端Xl ;絕對值模塊(15)的輸出端Y連接到比較器模塊(16)的輸入端XI，比較器模塊(16)的輸出端X2連接一個固 定值2%，比較器模塊(16)的輸出端Yl連接到PI調(diào)節(jié)器模塊(12)的輸入端X2，比較器模塊(16)的輸出端Y2給控制系統(tǒng)用于邏輯聯(lián)鎖控制；PI調(diào)節(jié)器模塊(12)的輸出端Y連接到規(guī)格化模塊(13)的輸入端X ;規(guī)格化模塊(13)的輸出端Y連接到限幅值模塊(14)的輸入端X，限幅值模塊(14)的輸出端Y作為附加給定轉(zhuǎn)速傳送到傳動裝置速度調(diào)節(jié)器的附加給定輸入端。
【文檔編號】G05B19/418GK103537492SQ201310349728
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月12日
【發(fā)明者】李潔, 王學(xué)文, 李碩, 古常青, 莊嚴(yán), 孫燕京, 徐勐, 趙智滔, 田野, 陳宏濤, 馮斌, 張國強 申請人:北京首鋼自動化信息技術(shù)有限公司