专利名称：飞剪自动控制方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及剪切工艺，特别涉及飞剪的自动控制技术。
技术背景
剪切工艺在造纸、塑料、冶金(板带/线材/棒材)等自动控制领域内被广泛应用。 目前有离合器式、摆槽式、启停式等几种常用方式。飞剪机作为生产线的关键设备，它的控 制精度及其稳定性、可靠性对于生产线的连续生产起到至关重要的作用。
T400工艺模板是一个32位CPU板，具有极高的运算能力和强大功能。它可以装于 西门子交流变频器6SE70和直流变流器6RA70中，通过双口 RAM(内存)快速地对其进行高 级工艺控制。T400模块的最快执行周期小于lms，适合于对交流、直流驱动器做复杂(具有 大量的运算)，高精度和高速的控制，这种情况下普通的PLC (可编程逻辑控制器)是不能满 足控制要求的。
从飞剪自动控制系统方案角度，分为以工艺板T400为控制核心的剪切系统与以 PLC为控制核心的剪切系统两种。从硬件上讲，以PLC为核心的剪切系统对PLC要求较高， 并且还需要连接各种传感器的I/O模块和高速计数模板以采集数据，模块的性能直接影响 到剪切系统的稳定性。PLC发送的主给定等数据通过网络传输给传动设备。而工艺板T400 直接装于传动设备的插槽内，本身集成了 DI/D0、ΑΙ/Α0、编码器接线的外部端子，数据直接 与传动装置内存交换，从而大大减少了数据的交换时间。PLC因其固有的系统扫描时间和数 据在网络上传输的时间，必然会影响到剪切精度。从经济成本方面考虑工艺板T400可以节 约大量费用。
在软件方面，用PLC编写的剪切程序，程序量非常大，要耗费大量的时间精力，而 且通用性不强，他人想调整程序非常困难。工艺板T400可以选择带西门子标准剪切软件和 自编程软件两种。带西门子标准剪切软件的T400工艺板内已经固化好程序，只能通过修改 外部参数来调整，无法看到程序内部，成本高，遇到问题时不利于分析解决，并且标准程序 比较复杂，有很多不常用的功能。而通过自编程软件可易于修改调整，程序运行可靠稳定， 通用性强，剪切精度高。
目前，在生产过程中，飞剪根据生产不同的品种和不同的轧制速度水平，飞剪工作 在不同的速度下，一般从电机的额定速度30%到100%之间。按照传统的定斜率启动剪切 方式，为了满足最高速度时的剪切启动时间，斜坡函数发生器的上升时间需要设定很小，通 常在0. 1 0. 15s之间，导致启动电流大；在轧制大规格产品需要低速剪切时，飞剪还是按 照最高速时的剪切启动斜率工作。这样，生产线长期运行，对电机的冲击很大，对电机和剪 机设备寿命都有很多影响，并且造成大量的电能浪费。
另外，为了使飞剪每次剪切后都能准确回到初始位置，通常速度环采用比例积分 控制(PI控制)，获得较好的闭环控制效果。但是，由于PI调节是有差调节，如果参数匹配 不好的话，尤其是高速飞剪，飞剪在停止位附近经常抖动，机械振动大。
另外，在飞剪的速度检测和位置检测过程中，各需要一个脉冲编码器，使得系统中需要检测的元件多，系统故障率高。 发明内容
本发明的目的在于提供一种飞剪自动控制方法及其系统，使得能以变斜率的方式 启动飞剪，从而使飞剪启动电流大大减小，节约电能。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种飞剪自动控制方法，包含以 下步骤
根据生产速度轧制水平，得到飞剪在到达入切角时所需的目标剪切速度；
根据所述飞剪在到达入切角时的目标剪切速度，计算所需的启动上升时间；
以所述计算的启动上升时间所对应的启动斜率，启动所述飞剪。
本发明的实施方式还提供了一种飞剪自动控制系统，包含
时间计算模块，用于根据飞剪在到达入切角时的目标剪切速度，计算所需的启动 上升时间，其中，所述目标剪切速度根据生产速度轧制水平得到；
启动模块，用于以所述时间计算模块计算的启动上升时间所对应的启动斜率，启 动所述飞剪。
本发明实施方式相对于现有技术而言，根据飞剪在到达入切角时的目标剪切速 度，计算所需的启动上升时间，以计算的启动上升时间所对应的启动斜率，启动飞剪。也就 是说，通过计算求出飞剪在不同目标剪切速度下所需要的启动上升时间，实现飞剪的变斜 率启动。由于根据生产速度轧制水平，保证不同速度下采用不同的启动斜率，即在保证剪切 入切角时达到剪切速度的前提下，采用不同的启动斜率值。因此当轧制大规格产品需要低 速剪切时，飞剪无需按照最高速时的剪切启动斜率工作，使得飞剪启动电流大大减小，有效 节约了电能。
另外，在低速时速度调节器采用纯比例控制。由于速度环采用纯比例控制，是无差 调节，并通过调整位置差的延时时间来撤销使能和速度设定信号，以消除纯比例控制所带 来的偏差。既能保证停止位置准确又能使飞剪在停止位不抖动。
另外，也可以在低速时通过增加用于检测飞剪实际速度的脉冲编码器的测量周 期，使飞剪在停止位不抖动，无机械振动。由于脉冲编码器是速度闭环控制系统中实际速度 的检测元件。低速时，如果测量周期越小，测量到速度实际值波动就越频繁，速度实际值波 动越频繁，速度调节器调节也越频繁，导致飞剪在停止位抖动。如果增大低速时的测量周 期，可以使速度实际值波动频率减弱，从而使速度调节器调节频率减弱，达到减小飞剪在停 止位抖动的问题。
另外，剪刃位置和测速共用同一个编码器，通过接近开关清零。通过将测速和位置 反馈共用一个增量型编码器，可以减少一个编码器。由于减少了外围设备，也就可以减少维 修故障点，从而使得故障率得到有效降低。
图1是根据本发明第一实施方式的飞剪自动控制方法流程图2是根据本发明第一实施方式中变斜率的计算示意图3是根据本发明第一实施方式中某钢厂棒材生产线倍尺飞剪系统的组成结构示意图4是根据本发明第一实施方式中的位置、转速、电流三环控制的位置随动系统 结构示意图5根据本发明第四实施方式的飞剪自动控制系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明的第一实施方式涉及一种飞剪自动控制方法，应用在T400工艺模板中。在 本实施方式中，根据生产速度轧制水平，保证不同速度下采用不同的启动斜率，即在保证剪 切入切角时达到剪切速度的前提下，采用不同的启动斜率值。具体流程如图1所示。
在飞剪系统就绪后，进入步骤101，选择飞剪的剪切方式。一般来说，飞剪剪切方式 分为手动和自动两种方式。手动用于生产准备时测试飞剪工作是否正常。生产时采用自动 方式，可以选择单切头、单切尾，也可以同时选择切头切尾。
接着，在步骤102中，判断选择的剪切方式是否为自动。如果不是自动(即为手 动)，则进入步骤103 ；如果是手动，则进入步骤104。
在步骤103中，进行手动单切，包括操作台、箱单切按钮等操作，与现有技术相同， 在此不再赘述。并在步骤103后，直接进入步骤109。
在步骤104中，进入自动剪切模式，判断是切头还是切尾，如果是切头则进入步骤 105 ；如果是切尾，则进入步骤107。
在步骤105至步骤106中，进行剪前热检信号上升沿、等待切头启动时间等操作。 并在步骤106后，进入步骤109。
在步骤107至步骤108中，进行剪前热检信号下降沿、等待切尾启动时间等操作。
在步骤109中，飞剪启动，给传动发速度和使能信号，退出位置闭环。
接着，在步骤110中，按照飞剪在到达入切角时的目标剪切速度，采用变斜率方式 得出启动斜率时间，启动飞剪，即根据飞剪在到达入切角时的目标剪切速度，计算所需的启 动上升时间，以计算的启动上升时间所对应的启动斜率，启动飞剪，实现变斜率启动。
具体地说，斜坡函数发生器是直流调试控制系统速度给定通道的关键环节，是通 过阶跃变化的方式使给定速度从0达到目标速度。斜坡上升时间P303是指速度给定值从 0到100%或从0到-100%所用的时间，斜坡下降时间P304是指速度给定值从100%到0 或从-100%到0所用的时间。参数P636是斜坡函数发生器时间减小信号的源，这个参数 作为接入斜坡函数发生器时间减小信号的连接器的选择。采用本实施方式的变斜率启动方 式时，斜坡上升时间P636. 003是T400中计算的上升时间与P303的乘积值，斜坡下降时间 P636. 004是T400中计算的下降时间与P304的乘积值。在T400程序里，通过计算求出飞剪 在不同速度下所需要的启动上升时间和制动下降时间，以实现飞剪的变斜率启动。具体计 算方式如下
设飞剪电机额定转速为ne，飞剪机减速比为i，剪刃转速为n，飞剪回转半径为r， 剪前轧机的线速度为v，飞剪从停止位到剪切位转动角为Θ，转过θ角所用时间为、，斜 坡用时为t3，计算不同的斜率为t4，实际选用的斜坡时间为T，斜坡用时为t2，应加矩形时 间为tx，最后要计算的启动时间为T1，速度系数a，如果要求飞剪转过θ工角度时达到剪切速度，那么根据转速、角速度和线速度关系公式
权利要求
1.一种飞剪自动控制方法，其特征在于，包含以下步骤根据生产速度轧制水平，得到飞剪在到达入切角时所需的目标剪切速度；根据所述飞剪在到达入切角时的目标剪切速度，计算所需的启动上升时间；以所述计算的启动上升时间所对应的启动斜率，启动所述飞剪。
2.根据权利要求1所述的飞剪自动控制方法，其特征在于，还包含以下步骤在剪切后需要回到初始位置时，计算所述飞剪从当前的速度下降为零速度所需的制动 下降时间；以所述计算的制动下降时间所对应的制动斜率，制动所述飞剪。
3.根据权利要求1所述的飞剪自动控制方法，其特征在于，还包含以下步骤在剪切后所述飞剪的速度小于预定值时，采用纯比例控制方式控制速度环，将所述飞 剪回到初始位置。
4.根据权利要求1所述的飞剪自动控制方法，其特征在于，还包含以下步骤当剪切后所述飞剪的速度小于预定值时，增加用于检测飞剪实际速度的脉冲编码器的 测量周期。
5.根据权利要求1所述的飞剪自动控制方法，其特征在于，还包含以下步骤在飞剪位置检测和飞剪速度检测中，共用一个脉冲编码器，通过一个接近开关在所述 飞剪每运动一周时将码盘值清零，重新计数。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的飞剪自动控制方法，其特征在于，所述飞剪自动控制方法应用在T400工艺模板中。
7.一种飞剪自动控制系统，其特征在于，包含时间计算模块，用于根据飞剪在到达入切角时的目标剪切速度，计算所需的启动上升 时间，其中，所述目标剪切速度根据生产速度轧制水平得到；启动模块，用于以所述时间计算模块计算的启动上升时间所对应的启动斜率，启动所 述飞剪。
8.根据权利要求7所述的飞剪自动控制系统，其特征在于，所述飞剪自动控制系统还 包含制动模块；所述时间计算模块还用于在剪切后需要回到初始位置时，计算所述飞剪从当前的速度 下降为零速度所需的制动下降时间；所述制动模块用于以所述时间计算模块计算的制动下降时间所对应的制动斜率，制动 所述飞剪。
9.根据权利要求7所述的飞剪自动控制系统，其特征在于，所述飞剪自动控制系统还 包含速度环控制模块，用于在剪切后所述飞剪的速度小于预定值时，采用纯比例控制方式 控制速度环，将所述飞剪回到初始位置。
10.根据权利要求7所述的飞剪自动控制系统，其特征在于，所述飞剪自动控制系统还 包含测量周期增加模块，用于在剪切后所述飞剪的速度小于预定值时，增加用于检测飞剪 实际速度的脉冲编码器的测量周期。
11.根据权利要求7所述的飞剪自动控制系统，其特征在于，飞剪自动控制系统还包含位于上下剪刃的合口位置的接近开关；所述飞剪的位置检测和速度检测共用一个脉冲编码器，所述接近开关用于在所述飞剪 每运动一周时将码盘值清零，重新计数。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的飞剪自动控制系统，其特征在于， 所述飞剪自动控制系统基于T400工艺板。
全文摘要
本发明涉及剪切工艺，公开了一种飞剪自动控制方法及其系统。本发明中，通过计算求出飞剪在不同目标剪切速度下所需要的启动上升时间，实现飞剪的变斜率启动，使得飞剪启动电流大大减小，有效节约了电能。另外，在低速时速度调节器采用纯比例控制或者增加用于检测飞剪实际速度的脉冲编码器的测量周期，可使得飞剪在停止位不抖动，无机械振动。并通过剪刃位置和测速共用同一个编码器，降低系统故障率。
文档编号G05B19/18GK102033506SQ20101052602
公开日2011年4月27日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者周小龙, 张威, 杜铮, 秦晓平, 程长峰, 金樟贤 申请人:上海金自天正信息技术有限公司