圆盘剪剪切过程中自动防止钢板跑偏的控制方法与流程

本发明属于冶金领域，涉及一种中厚钢板生产线中的圆盘剪剪切过程中自动防止钢板跑偏的控制方法。

背景技术：

在中厚钢板轧制生产线中，圆盘剪是其中的重要设备之一，负责在精整工序把轧制后已经过矫直的钢板两侧多余的部分切除，并同时经该机组中的碎边剪把切除下来的边丝切碎成段，从废料运输链传送到废料斗；圆盘剪切后的钢板通过运输辊道，运输到定尺剪进行下一步剪切工作。

为了调整待剪切钢板的宽度，圆盘剪一侧固定，一侧可移动。为了保证经圆盘剪剪切后的钢板剪切质量，在圆盘剪机架前，设有2对夹送辊，即固定侧上夹送辊、固定侧下夹送辊；移动侧上夹送辊、移动侧下夹送辊。在圆盘剪剪切钢板的过程中，这2对夹送辊通过各自的液压缸，对钢板施加一定压力，夹持住钢板两侧，以保证钢板的剪切质量，同时完成将钢板向后续工序传送的任务。这些夹送辊在制造上，包括外形尺寸、材质、制造方法等是一致的；在机械结构上，固定侧下夹送辊与移动侧下夹送辊通过一根机械轴同轴联接，以保证固定侧下夹送辊与移动侧下夹送辊机械同步，即固定侧下夹送辊与移动侧下夹送辊转速同步；固定侧上夹送辊与移动侧上夹送辊未做同轴联接，即固定侧上夹送辊与移动侧上夹送辊在机械上相互独立、无联系；每根夹送辊由单独的一台三相交流异步电动机驱动，这4台夹送辊电机型号、规格一致，每台夹送辊电机由单独的一台变频器控制。为方便控制，圆盘剪工作时，采用相同的转速给定由一级自动化发送到各夹送辊变频器，由于上、下夹送辊旋转方向相反，如固定侧下夹送辊电机的接线相序为A、B、C，则固定侧上夹送辊电机的接线相序就要接为A、C 、B（通过改变三相交流异步电动机相序，改变所驱动的夹送辊旋转方向），由于固定侧夹送辊与移动侧夹送辊在垂直于物流方向的水平方向相向安装，所以，移动侧下夹送辊电机的接线相序为A、C 、B，移动侧上夹送辊电机的接线相序为A、B、C；这样就可在控制上夹送辊电机的变频器与控制下夹送辊电机的变频器在接受相同转速给定的情况下，通过调整电机的接线相序的方法，达到控制上夹送辊电机的变频器与控制下夹送辊电机的变频器转速给定相同而上、下夹送辊旋转方向相反的目的。

虽然4台控制夹送辊电机的变频器所接受的转速给定信号是一样的，但由于在圆盘剪剪切过程中用于给每对夹送辊施加一定压力的各压紧液压缸压力存在微小压力波动形成微小差异等因素，有时会出现钢板跑偏的现象而影响钢板剪切质量。为了解决这一问题，需要在圆盘剪控制系统中夹送辊部分增加一种能够使圆盘剪在钢板剪切过程中自动防止钢板跑偏的控制功能；对于有硬轴联接的情况，需要做转矩同步；对于无硬轴联接的情况，需要做转速同步；由于固定侧下夹送辊与移动侧下夹送辊通过一根机械轴同轴联接，固定侧下夹送辊电机转速实际值与移动侧下夹送辊电机转速实际值数值已同步，则要考虑使这两台电机在转矩上达到同步，以固定侧下夹送辊电机转矩实际值为基准，使移动侧下夹送辊电机转矩实际值在钢板剪切过程中始终跟随固定侧下夹送辊电机转矩实际值的变化；同时，对于固定侧上夹送辊电机和移动侧上夹送辊电机，则要以固定侧下夹送辊电机转速实际值为基准，使固定侧上夹送辊电机转速实际值和移动侧上夹送辊电机转速实际值分别在钢板剪切过程中始终跟随固定侧下夹送辊电机转速实际值的变化。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种圆盘剪剪切过程中自动防止钢板跑偏的控制方法，

该控制方法以固定侧下夹送辊电机转速实际值为基准，使固定侧上夹送辊电机转速实际值在钢板剪切过程中始终跟随固定侧下夹送辊电机转速实际值的变化，与固定侧下夹送辊电机转速实际值保持一致；以固定侧下夹送辊电机转速实际值为基准，使移动侧上夹送辊电机转速实际值在钢板剪切过程中始终跟随固定侧下夹送辊电机转速实际值的变化，与固定侧下夹送辊电机转速实际值保持一致；以固定侧下夹送辊电机转矩实际值为基准，使移动侧下夹送辊电机转矩实际值在钢板剪切过程中始终跟随固定侧下夹送辊电机转矩实际值的变化，与固定侧下夹送辊电机转矩实际值保持一致，实现在圆盘剪剪切钢板的过程中自动防止钢板跑偏，提高了钢板剪切质量。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种圆盘剪剪切过程中自动防止钢板跑偏的控制方法，其特征在于：该控制方法采用比例调节器，以固定侧下夹送辊电机转速实际值为基准，使固定侧上夹送辊电机转速实际值在钢板剪切过程中始终跟随固定侧下夹送辊电机转速实际值的变化，与固定侧下夹送辊电机转速实际值保持一致；以固定侧下夹送辊电机转速实际值为基准，使移动侧上夹送辊电机转速实际值在钢板剪切过程中始终跟随固定侧下夹送辊电机转速实际值的变化，与固定侧下夹送辊电机转速实际值保持一致；以固定侧下夹送辊电机转矩实际值为基准，使移动侧下夹送辊电机转矩实际值在钢板剪切过程中始终跟随固定侧下夹送辊电机转矩实际值的变化，与固定侧下夹送辊电机转矩实际值保持一致，实现在圆盘剪剪切钢板的过程中自动防止钢板跑偏；具体要求如下：

1）对于固定侧上夹送辊电机，剪切钢板时，固定侧下夹送辊电机转速实际值与固定侧上夹送辊电机转速实际值均为正，当固定侧下夹送辊电机转速实际值＞固定侧上夹送辊电机转速实际值时，表示固定侧上夹送辊电机转速较慢，此时的固定侧下夹送辊电机转速实际值与固定侧上夹送辊电机转速实际值的偏差经比例调节器后，叠加到固定侧上夹送辊电机转速给定信号上，对固定侧上夹送辊电机转速给定信号进行提升补偿，使得固定侧上夹送辊电机转速给定信号增大，减小了固定侧下夹送辊电机转速实际值与固定侧上夹送辊电机转速实际值的偏差，直至消除该偏差为止；

2）当固定侧下夹送辊电机转速实际值＜固定侧上夹送辊电机转速实际值时，表示固定侧上夹送辊电机转速实际值较快，此时的固定侧下夹送辊电机转速实际值与固定侧上夹送辊电机转速实际值的偏差经比例调节器后，叠加到固定侧上夹送辊电机转速给定信号上，对固定侧上夹送辊电机转速给定信号进行减小的补偿，使得固定侧上夹送辊电机转速减小，使固定侧下夹送辊电机转速实际值与固定侧上夹送辊电机转速实际值的偏差减小，直至消除偏差为止；

3）对于移动侧上夹送辊电机，剪切钢板时，固定侧下夹送辊电机转速实际值与移动侧上夹送辊电机转速实际值均为正，当固定侧下夹送辊电机转速实际值＞移动侧上夹送辊电机转速实际值时，表示移动侧上夹送辊电机转速较慢，此时的固定侧下夹送辊电机转速实际值与移动侧上夹送辊电机转速实际值的偏差经比例调节器后，叠加到移动侧上夹送辊电机转速给定信号上，对移动侧上夹送辊电机转速给定信号进行提升补偿，使得移动侧上夹送辊电机转速给定信号增大，减小了固定侧下夹送辊电机转速实际值与移动侧上夹送辊电机转速实际值的偏差，直至消除该偏差为止；

4）当固定侧下夹送辊电机转速实际值＜移动侧上夹送辊电机转速实际值时，表示移动侧上夹送辊电机转速实际值较快，此时的固定侧下夹送辊电机转速实际值与移动侧上夹送辊电机转速实际值的偏差经比例调节器后，叠加到移动侧上夹送辊电机转速给定信号上，对移动侧上夹送辊电机转速给定信号进行减小的补偿，使得移动侧上夹送辊电机转速减小，使固定侧下夹送辊电机转速实际值与移动侧上夹送辊电机转速实际值的偏差减小，直至消除偏差为止；

5）对于移动侧下夹送辊电机，剪切钢板时，固定侧下夹送辊电机转矩实际值与移动侧下夹送辊电机转矩实际值均为正，当固定侧下夹送辊电机转矩实际值＞移动侧下夹送辊电机转矩实际值时，表示移动侧下夹送辊电机转矩偏小，此时的固定侧下夹送辊电机转矩实际值与移动侧下夹送辊电机转矩实际值的偏差经比例调节器后，叠加到移动侧下夹送辊电机转速给定信号上，对移动侧下夹送辊电机转矩给定信号进行提升补偿，使得移动侧下夹送辊电机转矩给定信号增大，减小了固定侧下夹送辊电机转矩实际值与移动侧下夹送辊电机转矩实际值的偏差，直至消除该偏差为止；

6）当固定侧下夹送辊电机转矩实际值＜移动侧下夹送辊电机转矩实际值时，表示移动侧下夹送辊电机转矩实际值偏大，此时的固定侧下夹送辊电机转矩实际值与移动侧下夹送辊电机转矩实际值的偏差经比例调节器后，叠加到移动侧下夹送辊电机转速给定信号上，对移动侧下夹送辊电机转矩给定信号进行减小的补偿，使得移动侧下夹送辊电机转矩减小，使固定侧下夹送辊电机转矩实际值与移动侧下夹送辊电机转矩实际值的偏差减小，直至消除偏差为止。

上述方法使用比例调节器实现圆盘剪在剪切过程中自动防止钢板跑偏的控制功能。

一种圆盘剪剪切过程中自动防止钢板跑偏的控制方法，其特征在于：该控制方法具体要求如下：

1）对于移动侧下夹送辊电机，将基准电机与被补偿转矩的电机之间出现的转矩实际值偏差通过乘法运算环节乘以额定转速/额定转矩系数后作为转速给定信号的补偿量，通过限幅器后与被补偿转矩的电机转速给定信号叠加，生成补偿后的被补偿转矩的电机转速给定信号；

2）对于固定侧上夹送辊电机和移动侧上夹送辊电机，将基准电机与被补偿转速的电机之间出现的转速实际值偏差直接作为转速给定信号的补偿量，通过限幅器后与被补偿转速的电机转速给定信号叠加，生成补偿后的被补偿转速的电机转速给定信号。

上述方法取消了比例调节器，并达到了与方案一同样的效果。

本发明以固定侧下夹送辊电机转速实际值为基准，使固定侧上夹送辊电机转速实际值在钢板剪切过程中始终跟随固定侧下夹送辊电机转速实际值的变化，与固定侧下夹送辊电机转速实际值保持一致；以固定侧下夹送辊电机转速实际值为基准，使移动侧上夹送辊电机转速实际值在钢板剪切过程中始终跟随固定侧下夹送辊电机转速实际值的变化，与固定侧下夹送辊电机转速实际值保持一致；以固定侧下夹送辊电机转矩实际值为基准，使移动侧下夹送辊电机转矩实际值在钢板剪切过程中始终跟随固定侧下夹送辊电机转矩实际值的变化，与固定侧下夹送辊电机转矩实际值保持一致，实现在圆盘剪剪切钢板的过程中自动防止钢板跑偏，提高了钢板剪切质量。

附图说明

图1是使用比例调节器的圆盘剪剪切过程中自动防止钢板跑偏的夹送辊电机控制框图。

图2是不采用比例调节器的圆盘剪剪切过程中自动防止钢板跑偏的夹送辊电机控制框图。

具体实施方式

实施例1

使用比例调节器实现圆盘剪在剪切过程中自动防止钢板跑偏的控制功能。一种圆盘剪剪切过程中自动防止钢板跑偏的控制方法，如图1所示，为方便说明，图中各环节的输入、输出端均用字母进行标示，该方案使用了减法运算环节、比例调节器、加法运算环节和限幅器等，减法运算环节中的输入端X1、X2和输出端Y分别表示被减数、减数和差；比例调节器的表达式为：Y=K（W-X），其中，W为给定值，X为反馈值，W-X 为比例调节器的输入偏差，K为比例放大倍数置为1（通常K＞0），Y为输出端；限幅器的表达式为：①当X≥LU时，Y=LU，②当LL＜X＜LU时，Y=X，③当X≤LL时，Y=LL，其中，X为输入端，Y为输出端，LU为上限幅值，LL为下限幅值；加法运算环节中的输入端X1、X2和输出端Y分别表示被加数、加数与和。通过安装在固定侧下夹送辊电机轴上的光电码盘测得的固定侧下夹送辊电机转速实际值，与通过安装在固定侧上夹送辊电机轴上的光电码盘测得的固定侧上夹送辊电机转速实际值进行减法运算后，形成固定侧下夹送辊电机转速实际值与固定侧上夹送辊电机转速实际值之间的偏差，作为比例调节器给定值，由于已将固定侧下夹送辊电机转速实际值与固定侧上夹送辊电机转速实际值之间的偏差作为了比例调节器给定，因此，图1中比例调节器的反馈值X置为0，该偏差经比例调节器后，作为补偿量，与固定侧上夹送辊电机转速给定信号叠加，生成补偿后的固定侧上夹送辊电机转速给定信号，通过对固定侧上夹送辊电机转速给定信号的准确补偿，使固定侧上夹送辊电机转速实际值在钢板剪切过程中始终跟随固定侧下夹送辊电机转速实际值的变化，与固定侧下夹送辊电机转速实际值保持一致；由于电机调速系统中的转速调节器输出即为电机转矩给定（图1中未画出电机调速系统控制结构），因此，改变电机转速给定，即可改变电机转矩给定，通过图1中所示的控制结构可知，以固定侧下夹送辊电机转矩实际值为基准，移动侧下夹送辊电机转矩实际值在钢板剪切过程中始终跟随固定侧下夹送辊电机转矩实际值的变化（电机转矩实际值由一级自动化从控制电机的变频器读取），与固定侧下夹送辊电机转矩实际值保持一致；同时，采用图1中所示的控制结构，以固定侧下夹送辊电机转速实际值为基准，使移动侧上夹送辊电机转速实际值在钢板剪切过程中始终跟随固定侧下夹送辊电机转速实际值的变化，与固定侧下夹送辊电机转速实际值保持一致，达到在圆盘剪剪切钢板的过程中自动防止钢板跑偏的目的。由于钢板长度一般不超过30米，为了快速性，以及一旦偏差消除，立即拆除补偿的要求，该方案使用的调节器为比例调节器。

控制过程，以固定侧上夹送辊电机和移动侧下夹送辊电机为例说明，对于固定侧上夹送辊电机，剪切钢板时，固定侧下夹送辊电机转速实际值与固定侧上夹送辊电机转速实际值均为正，当固定侧下夹送辊电机转速实际值＞固定侧上夹送辊电机转速实际值时，表示固定侧上夹送辊电机转速较慢，此时的固定侧下夹送辊电机转速实际值与固定侧上夹送辊电机转速实际值的偏差经比例调节器后，叠加到固定侧上夹送辊电机转速给定信号上，对固定侧上夹送辊电机转速给定信号进行提升补偿，使得固定侧上夹送辊电机转速给定信号增大，这样就减小了固定侧下夹送辊电机转速实际值与固定侧上夹送辊电机转速实际值的偏差，直至消除该偏差为止；当固定侧下夹送辊电机转速实际值＜固定侧上夹送辊电机转速实际值时，则表示固定侧上夹送辊电机转速实际值较快，此时的固定侧下夹送辊电机转速实际值与固定侧上夹送辊电机转速实际值的偏差经比例调节器后，叠加到固定侧上夹送辊电机转速给定信号上，对固定侧上夹送辊电机转速给定信号进行减小的补偿，使得固定侧上夹送辊电机转速减小，使固定侧下夹送辊电机转速实际值与固定侧上夹送辊电机转速实际值的偏差减小，直至消除偏差为止。

对于移动侧下夹送辊电机，剪切钢板时，固定侧下夹送辊电机转矩实际值与移动侧下夹送辊电机转矩实际值均为正，当固定侧下夹送辊电机转矩实际值＞移动侧下夹送辊电机转矩实际值时，表示移动侧下夹送辊电机转矩偏小，此时的固定侧下夹送辊电机转矩实际值与移动侧下夹送辊电机转矩实际值的偏差经比例调节器后，叠加到移动侧下夹送辊电机转速给定信号上，对移动侧下夹送辊电机转矩给定信号进行提升补偿，使得移动侧下夹送辊电机转矩给定信号增大，这样就减小了固定侧下夹送辊电机转矩实际值与移动侧下夹送辊电机转矩实际值的偏差，直至消除该偏差为止；当固定侧下夹送辊电机转矩实际值＜移动侧下夹送辊电机转矩实际值时，则表示移动侧下夹送辊电机转矩实际值偏大，此时的固定侧下夹送辊电机转矩实际值与移动侧下夹送辊电机转矩实际值的偏差经比例调节器后，叠加到移动侧下夹送辊电机转速给定信号上，对移动侧下夹送辊电机转矩给定信号进行减小的补偿，使得移动侧下夹送辊电机转矩减小，使固定侧下夹送辊电机转矩实际值与移动侧下夹送辊电机转矩实际值的偏差减小，直至消除偏差为止。夹送辊电机型号为YP225M-8/22kW，额定功率为22kW，额定转速740r/min，可计算出额定转矩为283.9N·m，转速/转矩系数为740/283.9=2.61，因此，图1中对应移动侧下夹送辊电机的比例调节器参数K取2.61。

以固定侧下夹送辊电机转矩实际值为基准，使移动侧下夹送辊电机转矩实际值在钢板剪切过程中始终跟随固定侧下夹送辊电机转矩实际值的变化，与固定侧下夹送辊电机转矩实际值保持一致；以固定侧下夹送辊电机转速实际值为基准，使固定侧上夹送辊电机转速实际值和移动侧上夹送辊电机转速实际值分别在钢板剪切过程中始终跟随固定侧下夹送辊电机转速实际值的变化，与固定侧下夹送辊电机转速实际值保持一致，达到圆盘剪在剪切钢板的过程中自动防止钢板跑偏的目的。

以ABB变频器和额定转速为740r/min的夹送辊电机为例，夹送辊电机的额定转速为740r/min，对应100%额定转速给定，为精确控制，ABB变频器将其量化为20000单位，则1r/min的转速对应20000/740=27.03单位，对应27.03.20/740=3.65%额定转速给定；为自动防止过补偿，在补偿前使用了限幅器，通常补偿量不超过10%额定转速给定，如使用ABB变频器时，限幅器的上、下限幅，LU设为2000，LL设为-2000即可；比如固定侧下夹送辊电机转速实际值与固定侧上夹送辊电机转速实际值的偏差为2r/min，此时的补偿量为2×27.03=54.06单位，补偿量对应2r/min，随着控制过程的进行，固定侧下夹送辊电机转矩实际值与移动侧下夹送辊电机转矩实际值的偏差减小，固定侧下夹送辊电机转速实际值与固定侧上夹送辊电机转速实际值的偏差减小，固定侧下夹送辊电机转速实际值与移动侧下夹送辊电机转速实际值的偏差减小，直至消除偏差，自动拆除补偿为止。

实施例2

在实施例1的基础上进行了简化，取消了实施例1中的比例调节器，并达到了与实施例1同样的效果，简化了控制框图。简化后的圆盘剪剪切过程中自动防止钢板跑偏的夹送辊电机控制框图如图2所示，图2中，对于移动侧下夹送辊电机，将基准电机与被补偿转矩的电机之间出现的转矩实际值偏差通过乘法运算环节乘以额定转速/额定转矩系数后作为转速给定信号的补偿量，通过限幅器后与被补偿转矩的电机转速给定信号叠加，生成补偿后的被补偿转矩的电机转速给定信号，其中乘法运算环节中的输入端X1、X2和输出端Y分别表示被乘数、乘数与积，此处X2取2.61。对于固定侧上夹送辊电机和移动侧上夹送辊电机，将基准电机与被补偿转速的电机之间出现的转速实际值偏差直接作为转速给定信号的补偿量，通过限幅器后与被补偿转速的电机转速给定信号叠加，生成补偿后的被补偿转速的电机转速给定信号。

对于使用高档可编程自动控制器的圆盘剪控制系统，可使用高档可编程自动控制器编程软件中的对应以上各方案中各环节的功能块进行组合、连接，均可实现以上各方案的圆盘剪在剪切钢板的过程中自动防止钢板跑偏的功能。如西门子公司的SIMADYN D可编程自动控制器或TDC可编程自动控制器，在其CFC图形化编程软件中，均有以上各方案中各环节相应的功能块，调用这些功能块，进行组合、连接，均可编成实现以上各方案的控制程序。

对于使用PLC的圆盘剪控制系统，可使用PLC编程软件中的相关指令进行编程，均可编成实现以上各方案的自动防止钢板跑偏的控制程序。