專利名稱：利用工藝軟件實現(xiàn)飛剪定位及剪切控制的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及棒線材軋鋼領域，特別涉及啟停飛剪傳動及自動化控制領域用工藝 軟件實現(xiàn)飛剪定位及剪切控制一種方法及裝置。
背景技術：
飛剪是棒線材軋鋼系統(tǒng)中重要設備之一，其工作的穩(wěn)定性和可靠性直接影響產(chǎn) 品的成材率以及生產(chǎn)產(chǎn)量。啟停飛剪定位及剪切控制是飛剪控制重要環(huán)節(jié)，目前實現(xiàn)這 一控制方法歸納有兩類一、通過PLC完成；二、由工藝板T400完成(T400是西門子 公司為其傳動裝置(如6RA70、6SE70等)配置的標準選件)。
通過PLC完成飛剪的定位控制不可避免存在以下問題以西門子S300 CUP(6ES7 315-2AG10-0AB0)配置 FM354 軸定位模塊(6ES7 354-1AHO1-0ΑΕ0)為例，其他類型PLC以及其他配置方式工作原理基本相同，不一一闡述
(1)控制系統(tǒng)復雜、干擾源多、穩(wěn)定性差。由于FM3M輸出信號只能為正負IOV 模擬量，其信號作為傳動裝置速度給定，若PLC與傳動裝置不在一處，該信號的傳輸極 易受到干擾；同時OV零漂也影響著系統(tǒng)穩(wěn)定；FM3M還必須接受現(xiàn)場剪刃編碼信號， 無論以何種通訊方式傳輸，若該信號受到影響也直接影響到系統(tǒng)穩(wěn)定性。
(2)控制成本高。剪刃位置編碼器、FM3M軸定位模塊是該系統(tǒng)中必不可少設 備，對應機械安裝設計、信號傳輸抗干擾保護材料是必須的。
由工藝板T400完成飛剪的定位、剪切控制，目前方法有兩種(1)工藝板T400不 含標準剪切軟件，工程人員利用S7-CFC編程工具完成有關飛剪的控制程序。(》Τ400含 標準剪切軟件，工程人員通過外部連接、Τ400參數(shù)設置完成系統(tǒng)搭建及功能實現(xiàn)。無論 采用(1)、(2)方法，由于Τ400本身特點不可避免存在以下問題
(3)控制系統(tǒng)復雜、對工程人員及維護人員要求素質(zhì)高。不論采用(1)、(2)方 法，由于Τ400存在固定了飛剪控制系統(tǒng)復雜外圍結構末軋機或前夾送輥速度編碼器信 號采集、剪刃位置編碼器信號采集、冷熱金屬檢測器信號采集等等；利用S7-CFC編程 開發(fā)飛剪對應功能軟件或?qū)Ζ?00功能參數(shù)及工藝參數(shù)設置都非常復雜，對工程人員及維 護人員要求素質(zhì)高。
(4)控制成本高。復雜控制系統(tǒng)離不開對應硬件和軟件支出科00本身、 S7-CFC或標準剪切軟件、剪刃位置編碼器、脈沖分配板等等。發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種簡單易行、干擾性低、準確性 高的利用工藝軟件實現(xiàn)飛剪定位及剪切控制的方法。
為了達到上述目的，本發(fā)明的利用工藝軟件實現(xiàn)飛剪定位及剪切控制的方法， 包含以下步驟
(1)在飛剪電機的傳動裝置中自帶的工藝軟件或可編程塊內(nèi)設置速度給定模塊、位置給定模塊以及在速度給定模塊和位置給定模塊之間進行轉(zhuǎn)換的功能切換模塊；
(2)傳動裝置接收到外部輔助系統(tǒng)發(fā)出的剪切指令后，功能切換模塊動作轉(zhuǎn)換至 速度給定模塊對飛剪電機進行控制，將飛剪由定位控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換至剪切控制狀態(tài)；
(3)速度給定模塊通過控制傳動裝置完成速度閉環(huán)控制，使飛剪電機的速度滿足 在剪刃入切角至離切角之間轉(zhuǎn)動時剪刃水平方向分量線速度與軋件速度保持一致；
(4)剪刃轉(zhuǎn)動至離切角位置時接近開關發(fā)出信號，傳動裝置接收到該信號后功能 切換模塊動作轉(zhuǎn)換至位置給定模塊控制，將飛剪由剪切控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換至位置定位控制狀 態(tài)；
(5)位置給定模塊根據(jù)剪刃位置與參考給定位置比較的差值和事先設定好的特征 曲線形成負反饋控制剪刃轉(zhuǎn)動至設定起始位置即與參考給定位置對應時速度為零，完成 位置閉環(huán)。
進一步地，所述的位置給定模塊包括
剪刃位置比較單元，向速度特征曲線單元輸出剪刃位置與設定起始角參考給定 位置比較的差值；
速度特征曲線單元，根據(jù)設定的剪刃的起始角、傳動裝置的傳動比、飛剪電機 編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)以及剪刃在不同位置段速度給定值而設定速度特征曲線，接收到剪刃 位置比較單元輸出的差值后，根據(jù)該速度特征曲線得到該差值對應的速度并將該速度作 為速度給定值輸送至負反饋控制單元；
負反饋控制單元，接收到上述速度給定值并通過傳動裝置控制飛剪電機轉(zhuǎn)速。
其中，所述的剪刃位置通過定義所述傳動裝置的剪刃位置寄存器在剪刃轉(zhuǎn)動至 離切角位置時進行清零，對輸入的飛剪電機編碼器每圈脈沖個數(shù)及減速裝置的傳動比進 行適時計算得出剪刃的實際位置值。
為了達到上述目的，本發(fā)明的利用工藝軟件實現(xiàn)飛剪定位及剪切控制的裝置， 包括飛剪電機、自帶工藝軟件或可編程塊的傳動裝置及設置在飛剪離切角處的與傳動裝 置連接接近開關，所述飛剪電機設置有編碼器，所述傳動裝置連接外部輔助系統(tǒng)通過 PROFIBUS-DP與所述傳動裝置完成數(shù)據(jù)交換，工藝軟件或可編程塊包括
速度給定模塊，用于剪切狀態(tài)即剪刃從起始角轉(zhuǎn)動至離切角過程中飛剪電機速 度的控制，使剪刃在入切角至離切角范圍轉(zhuǎn)動時剪刃水平方向分量線速度與軋件速度保 持一致；
位置給定模塊，用于定位狀態(tài)即剪刃從離切角轉(zhuǎn)動至起始角過程中飛剪電機速 度的控制，使剪刃在起始角位置時速度為零；
功能切換模塊，用于在接收到外部輔助系統(tǒng)的通過PROFIBUS-DP傳輸?shù)募羟?指令和接近開關的信號時完成在速度給定模塊和位置給定模塊之間的功能切換。
外部輔助系統(tǒng)向傳動裝置發(fā)送剪切指令，傳動裝置接收到該剪切指令后通過工 藝軟件功能切換模塊切換至速度給定模塊對傳動裝置進行速度閉環(huán)控制使剪刃在入切角 至離切角之間水平方向分量線速度與軋件速度保持一致完成依次速度跟隨剪切控制；剪 刃轉(zhuǎn)動至離切角位置時，接近開關向傳動裝置發(fā)出信號，傳動裝置接收到該信號后通過 工藝軟件功能切換模塊切換至位置給定模塊對傳動裝置進行控制使剪刃在從離切角轉(zhuǎn)動 至起始角位置時速度為零，動態(tài)調(diào)整剪刃位置，這樣，剪刃處在起始角位置，剪刃的速度為零處在靜止狀態(tài)，完成了位置環(huán)定位控制，由于位置環(huán)始終處在工作狀態(tài)，即使由 于某種原因?qū)е录羧衅x設定起始角位置，也會適時地對其調(diào)整到位；上述的方法，僅 利用飛剪電機的傳動裝置中自帶工藝軟件或可編程塊完成飛剪的精確定位、剪切控制， 并且，控制系統(tǒng)簡單、干擾源少、工作穩(wěn)定性高，節(jié)約大量控制成本，同時對工程人員 及維護人員要求降低，而目前飛剪的傳動裝置中基本帶有工藝軟件或可編程塊。


圖1為本發(fā)明的具體實施例的控制框圖。
圖2為本發(fā)明的飛剪剪切示意圖。
圖3為本發(fā)明的具體實施例中剪刃位置寄存器的量程轉(zhuǎn)換示意圖。
圖4為本發(fā)明的具體實施例中位置環(huán)控制及剪切控制示意圖。
圖5為本發(fā)明的具體實施例中數(shù)據(jù)交換圖。
圖6為本發(fā)明的具體實施例中電氣連接原理圖。
圖7為本發(fā)明的具體實施例中參數(shù)特征曲線圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。
如圖1-7所示，本發(fā)明僅利用飛剪電機的傳動裝置中自帶工藝軟件或可編程塊 完成飛剪的精確定位、剪切控制。目前飛剪的傳動裝置中基本帶有工藝軟件或可編程 塊。例如SIEMENS直流裝置6RA70帶有工藝軟件SOO，SIEMENS交流傳動裝置 6SE70帶有免費自由功能塊，ABB交流ACS800及直流DCS800裝置均帶有自定義編程 功能。由于軋線上啟停式飛剪驅(qū)動電機大部分為直流電機，且傳動裝置多為SIEMENS siMOREG dc-master 6RA70。下面以siemens 6RA70傳動裝置驅(qū)動飛剪直流電機為 例，詳細描述該發(fā)明主要技術方案
如圖1所示，外部輔助系統(tǒng)屬于飛剪控制中料速測量及料位跟蹤系統(tǒng)，它與 6RA70裝置通過PROFIBUS-DP通訊方式完成有關數(shù)據(jù)交換。僅用直流裝置6RA70帶有 工藝軟件SOO搭建功能框圖。當“外部輔助系統(tǒng)”發(fā)出剪切指令后，傳動裝置接受到后 飛剪由“定位控制狀態(tài)”通過“功能切換”轉(zhuǎn)換為“剪切控制狀態(tài)”，速度給定立即為 軋件速度；傳遞到“6RA70基本功能圖”中的“速度調(diào)節(jié)器”等等，通過編碼器完成速 度閉環(huán)，在剪刃到達入切角前剪刃在X軸分量線速度與軋件線速度相等，保證剪刃在入 切角與離切角之間剪刃線速度與軋見線速度相等。當剪刃到達離切角時，接近開關發(fā)出 脈沖信號；此時飛剪由“剪切控制狀態(tài)”通過“功能切換”轉(zhuǎn)換為“定位控制狀態(tài)”， 剪刃寄存器值清零，根據(jù)齒輪傳動比、編碼器脈沖數(shù)可以準確計算出剪刃實時位置，與 設定位置值進行比較，得出不同差值查找出“事先設定好的特征曲線”速度給定值，直 到剪刃在設定起始位時速度為零，完成位置環(huán)控制。事先設定好的特征曲線是根據(jù)剪 刃的啟始角、齒輪傳動比、電機編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)以及剪刃在不同位置段速度給定值。
為了更好說明本發(fā)明工作原理、工作過程，首先看飛剪剪切示意圖，如圖2所 示，同時規(guī)定1、剪刃接近開關在剪刃處在離切角位置時接近開關信號為1，其它位置 均為0; 2、飛剪剪刃的停止位設定在900。圖3、圖4、圖5是根據(jù)^[EMENS6RA70使用說明書中規(guī)定符號和表達方式繪制的。
圖3是完成數(shù)據(jù)量程功能。反映剪刃位置寄存器有高位K43和低位K42，為了 后面數(shù)據(jù)處理一致性用單字完成，必須將其合二為一。在電機編碼器每圈脈沖個數(shù)很 大或減速箱減速比很大時，剪刃轉(zhuǎn)動一周，K43中值不為零。圖1就是將其數(shù)值(二進 制)向右移動2位，實際將其數(shù)值(十進制)除以4后傳遞給K9113，將每轉(zhuǎn)最大值控制 在65535內(nèi)，數(shù)據(jù)不溢出。
圖4中中間部分接受圖1中輸出K9113值(剪刃的位置值)與K402值(剪刃停 止位設定90°值)進行比較，其差值K9122傳遞給特性曲線模塊106，根據(jù)事先設定好特 性曲線外形構成負反饋控制，如圖通過一系列傳遞到K9213，將其速度給定值，動態(tài)調(diào) 整剪刃位置，直至K9122在死區(qū)范圍內(nèi)是K9213值為零，這樣剪刃處在90°位置，剪刃 速度為零處在相對靜止狀態(tài)，完成了位置環(huán)定位控制。由于位置環(huán)始終處在工作狀態(tài)， 即使由于某種導致剪刃偏離設定位，也會適時調(diào)整到位；圖4中上面部分通過DP通訊接 受到剪切指令B3101時，邏輯功能中自動轉(zhuǎn)換為飛剪剪切狀態(tài)，同時自動要求剪刃在入 切角與離切角之間以K3002值剪切，滿足飛剪剪刃與軋件速度跟隨要求。當剪刃離開離 切角時，控制功能自動轉(zhuǎn)入位置環(huán)，即飛剪定位；圖4中下面部分完善了飛剪碎段功能 及檢修時正向點動和反向點動功能。
圖5中說明了將有關重要數(shù)據(jù)傳遞給其它系統(tǒng)。
本項發(fā)明可以通過建立小的飛剪模型進行驗證。
下面以本人通過實驗室實現(xiàn)本相發(fā)明為例介紹實驗方法和步驟
主要硬件組成一個尾端帶編碼器(2048脈沖/每轉(zhuǎn))3KW直流電機，一個小 型減速箱(減速比3.57)，一套帶DP通訊卡6RA7025-6DV62裝置，一個接近開關(機 械安裝要求減速箱輸出軸安裝一個感應鐵條，模擬飛剪剪刃，輸出軸轉(zhuǎn)動一周，接近 開關產(chǎn)生一個脈沖信號)，一套S7300PLC (這里不描述)。如圖6所示，實驗電氣接線 原理圖。
實驗步驟
1、按上圖接線。
2、將電機機械接手脫開，調(diào)試出飛剪電機傳動特性要求(斜坡函數(shù)要盡可能 短、電樞電流要放開等)。
3、調(diào)試PLC與傳動裝置通訊(這里下傳只有2個參數(shù)剪切指令B3101，模擬 軋件速度K3002。)
4、接上電機接手。
5、將功能圖1、圖2、圖3參數(shù)輸入到傳動裝置中。
6、上電。通過PLC下達剪切指令B3101 = 1(0.5秒脈沖，上升沿為起始點)，
同時下達軋件速度K3002。則飛剪完成一次剪切后停止在起始點。分別給出 K3002不同值(范圍0-16384)，可以看出剪切速度變化。
下面是用SIEMENS傳動調(diào)試軟件DriveMonitor在實驗時(K3002 = 819250% ) 記錄有關波形圖也能充分說明問題
如圖7所示，圖中最下方為2個開關量狀態(tài)剪切指令B3101，剪刃接近開關 B16。
圖中藍曲線1為電機實際速度；橙色曲線3為電樞實際電流；黃色曲線4 為速度給定；綠色曲線5為剪刃位置值。
利用飛剪電機的傳動裝置中自帶工藝軟件或可編程塊完成飛剪的精確定位、剪 切控制。
根據(jù)1、減速齒輪箱減速比，2、接受剪刃接近開關信號作為起始點，3、對電機 編碼器值進行計數(shù)。適時計算出剪刃實際位置值，與設定值進行比較，根據(jù)事先設定好 特性曲線外形構成負反饋控制，實現(xiàn)剪刃精確定位控制。通過接受外部剪切信號，根據(jù) 設計邏輯功能圖自動完成一次速度跟隨剪切控制。
上述的方法，控制系統(tǒng)簡單、干擾源少、工作穩(wěn)定性高。根據(jù)上圖，本系統(tǒng)中 電氣硬件設備只有飛剪電機、電機編碼器、6RA70傳動裝置、剪刃接近開關。與以往 控制系統(tǒng)比較不需要剪刃編碼器、軸定位模塊、T400工藝板、脈沖分配板等設備，控 制系統(tǒng)硬件結構簡單；定位、剪切控制是6RA70傳動裝置內(nèi)部完成，減少了許多外部信 號傳輸環(huán)節(jié)，干擾源自然減少，工作穩(wěn)定性相應得到提高。節(jié)約大量控制成本。本相發(fā) 明技術中與以往方案比較增加了 1個接近開關及SOO授權兩項，增加費用為3千元左 右；減少的硬軟件成本約有5萬元左右；本發(fā)明控制成本低是一目了然。對工程人員及 維護人員要求素質(zhì)降低。本系統(tǒng)功能完成主要在6RA70傳動裝置中，涉及外圍知識相對 少許多。
本發(fā)明不局限于上述實施方式，不論在其形狀或結構上做任何變化，凡是利用 上述的都是本發(fā)明的一種變形，均應認為落在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種利用工藝軟件實現(xiàn)飛剪定位及剪切控制的方法，包含以下步驟(1)在飛剪電機的傳動裝置中自帶的工藝軟件或可編程塊內(nèi)設置速度給定模塊、位置 給定模塊以及在速度給定模塊和位置給定模塊之間進行轉(zhuǎn)換的功能切換模塊；(2)傳動裝置接收到外部輔助系統(tǒng)發(fā)出的剪切指令后，功能切換模塊動作轉(zhuǎn)換至速度 給定模塊對飛剪電機進行控制，將飛剪由定位控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換至剪切控制狀態(tài)；(3)速度給定模塊通過控制傳動裝置完成速度閉環(huán)控制，使飛剪電機的速度滿足在剪 刃入切角至離切角之間轉(zhuǎn)動時剪刃水平方向分量線速度與軋件速度保持一致；(4)剪刃轉(zhuǎn)動至離切角位置時接近開關發(fā)出信號，傳動裝置接收到該信號后功能切換 模塊動作轉(zhuǎn)換至位置給定模塊控制，將飛剪由剪切控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換至位置定位控制狀態(tài)；(5)位置給定模塊根據(jù)剪刃位置與參考給定位置比較的差值和事先設定好的特征曲線 形成負反饋控制剪刃轉(zhuǎn)動至設定起始位置即與參考給定位置對應時速度為零，完成位置 閉環(huán)。
2.如權利要求1所述的利用工藝軟件實現(xiàn)飛剪定位及剪切控制的方法，所述的位置給 定模塊包括剪刃位置比較單元，向速度特征曲線單元輸出剪刃位置與設定起始角參考給定位置 比較的差值；速度特征曲線單元，根據(jù)設定的剪刃的起始角、傳動裝置的傳動比、飛剪電機編碼 器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)以及剪刃在不同位置段速度給定值而設定速度特征曲線，接收到剪刃位置 比較單元輸出的差值后，根據(jù)該速度特征曲線得到該差值對應的速度并將該速度作為速 度給定值輸送至負反饋控制單元；負反饋控制單元，接收到上述速度給定值并通過傳動裝置控制飛剪電機轉(zhuǎn)速。
3.如權利要求1或2所述的利用工藝軟件實現(xiàn)飛剪定位及剪切控制的方法，其特征在 于，所述的剪刃位置通過定義所述傳動裝置的剪刃位置寄存器在剪刃轉(zhuǎn)動至離切角位置 時進行清零，對輸入的飛剪電機編碼器每圈脈沖個數(shù)及減速裝置的傳動比進行實時計算 得出剪刃的實際位置值。
4.一種利用工藝軟件實現(xiàn)飛剪定位及剪切控制的裝置，包括飛剪電機、自帶工藝軟 件或可編程塊的傳動裝置及設置在飛剪離切角處的與傳動裝置連接接近開關，所述飛剪 電機設置有編碼器，所述傳動裝置連接外部輔助系統(tǒng)通過PROFIBUS-DP與所述傳動裝 置完成數(shù)據(jù)交換，工藝軟件或可編程塊包括速度給定模塊，用于剪切狀態(tài)即剪刃從起始角轉(zhuǎn)動至離切角過程中飛剪電機速度的 控制，使剪刃在入切角至離切角范圍轉(zhuǎn)動時剪刃水平方向分量線速度與軋件速度保持一 致；位置給定模塊，用于定位狀態(tài)即剪刃從離切角轉(zhuǎn)動至起始角過程中飛剪電機速度的 控制，使剪刃在起始角位置時速度為零；功能切換模塊，用于在接收到外部輔助系統(tǒng)的通過PROFIBUS-DP傳輸?shù)募羟兄噶?和接近開關的信號時完成在速度給定模塊和位置給定模塊之間的功能切換。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用工藝軟件實現(xiàn)飛剪定位及剪切控制的方法及裝置，為解決現(xiàn)有技術中成本高、信號不穩(wěn)定等問題而發(fā)明。本發(fā)明通過在傳動裝置自帶的工藝軟件或可編程塊中自定義設置速度給定模塊、位置給定模塊及功能切換模塊，并在飛剪離切角位置設置接近開關，功能切換模塊通過接收外部系統(tǒng)的剪切指令和接近開關發(fā)出的信號完成在速度給定模塊和位置給定模塊之間的切換控制，在傳動裝置內(nèi)部控制完成飛剪定位和剪切的準確控制。上述的方法及結構，大大減少了控制硬件，受外界信號干擾程度小，節(jié)約成本，操控簡單，對操作者的要求較低。
文檔編號G05B19/19GK102023610SQ20101050692
公開日2011年4月20日 申請日期2010年10月14日 優(yōu)先權日2010年10月14日
發(fā)明者吳江 申請人:中冶華天南京自動化工程有限公司