专利名称：吐丝机头部定位自动控制方法
技术领域：
本发明应用于轧钢吐丝系统中，对钢线材的头部进行定位。
背景技术：
轧制钢筋线材生产线上，当线材由粗轧机出线后，线头不规则 会影响进入精轧机轧辊，所以必须用飞剪装置装去头部，经飞剪装 置剪切成一定长度线材，该线材再经过精轧机轧制后进入吐丝机圆 巻成捆，由风冷辊道输送下一道打包工序。吐丝机头部定位自动控制技术是对线材的头部落位进行定位的 技术，使钢线材的头部按照需要进行落位。在轧钢系统中，吐丝机 运行时，吐丝管作高速旋转，轧件经过吐丝机变为具有一定半径的 圆形的线材落到风冷辊道上，吐丝圆心线是垂直于地面，而盘巻后 的线材捆进入输送辊道是以圆巻中心线与辊道传输方向线是平行 的，线材头部在前。由于风冷辊道是由许多圆形辊子并排安装的， 风冷辊道的辊子与辊子之间有较大的间隙，当成品线材经过吐丝机 时，由于落位是不规则的，线材的头部如果位于底部并且向前则容 易插到辊道的缝隙内，线材的头部如果靠近辊道的边板则容易刮到 边板。为了避免这种两种情况引起的故障，必须对线材的头部落位 进行控制，使线材按指定的位置落在风冷辊道上。因为线材头部在 吐丝盘圆巻后，会被后巻的钢筋缠绕，送入辊道时，人工也无法钩 动线材头部，而线材尾部在后部外圈，送入辊道时，人工还可以钩住尾部改变其状态角度，所以线材头部的相位角控制至关重要。现有的吐丝机头部定位存在一定的问题，由于吐丝机的吐丝管 是高速旋转的，且吐丝机巻圆时线材的半径逐渐变大，吐丝盘的速 比不一样，在定位吐丝盘位置时存在一定的困难，控制精度没办法 达到要求。现在国内主要采用了两种控制方法① 通过改变精轧机前的飞剪剪切长度。这种方法的原理是事先 人为计算设定飞剪的剪切长度，调整轧件到达吐丝管口的时间，以 达到控制轧件头部相位角的目的。这种方法在吐丝机的速比不一样 时，在计算过程中存在较大的误差，定位吐丝盘位置时存在一定的 困难，控制精度没办法达到要求。② 通过改变吐丝机的转速，实现对吐丝机的头部定位。这种方 法在吐丝机的速比不一样时，在人为计算过程中存在较大的误差。③ 由于吐丝机转速在1500r/min，电机编码器采集的信号和吐 丝盘存在一定的速比，采样时误差较大，在定位吐丝盘位置时存在一 定的困难。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种吐丝机头部定位自动 控制方法。本发明的方案一是在飞剪机前端设置热金属检测器HMD1，在 精轧机后吐丝机前设置热金属检测器HMD2，在吐丝盘上方两侧固定 光电管及其接收器，在吐丝盘上方固定一个光电感应块，两热金属检 测器分别将线材头部到达该检测位置的时间信息传输给中央处理器 CPU，光电管同时也将检测到光电感应块的时间信息传输给中央处理器CPU;中央处理器CPU作如下运作1、 将光电管输入感应块的时间信息运算出吐丝盘的转速，并以旋转一周的时间分时段计算出每时段吐丝盘的相位角；2、 将两热金属检测器输入线材头部到达的时间运算出线材直线 运动速度；3、 以热金属检测器HMD2与吐丝盘的距离、线材直线运行速度、 吐丝盘转速、吐丝盘即时相位角数据计算出线材头部到达吐丝盘的到 达相位角；4、 以线材头部到达相位角，吐丝盘转速、吐丝盘落料时间计算 出线材头部落料相位角；5、 将落料相位角与设定的落料相位角标准值进行比较运算，运 算出比较误差；6、 将比较误差、吐丝盘转速、吐丝盘直径、线材直线运动速度 计算出线材补位长度修正值；7、 以线材补位长度修正值计算出线材头部进入吐丝盘的时间修 正值，再以此时间修正值计算出后一根线材剪切修正时间；8、 将飞剪剪切修正时间输入飞剪控制装置； 飞剪剪切控制装置以输入的剪切修正时间加上启动时间提前量，启动飞剪装置对后一根线材进行剪切，以使线材经精轧、圆巻后线头 落料相位角在给定的时间内。本发明的方案二是在飞剪机前端设置热金属检测器HMD1，在 精轧机后吐丝机前设置热金属检测器HMD2，在吐丝盘上方两侧固定 光电管及其接收器，在吐丝盘上方固定一个光电感应块，两热金属检测器分别将线材头部到达该检测位置的时间信息传输给中央处理器CPU,光电管同时也将检测到光电感应块的时间信息传输给中央处理器CPU;中央处理器CPU作如下运作-1、 将光电管输入感应块的时间信息运算出吐丝盘的转速，并以旋转一周的时间分时段计算出每时段吐丝盘的相位角；2、 将两热金属检测器输入线材头部到达的时间运算出线材直线 运动速度；3、 以热金属检测器HMD2与吐丝盘的距离、线材直线运行速度、 吐丝盘转速、吐丝盘即时相位角数据计算出线材头部到达吐丝盘的到 达相位角,-4、 以线材头部到达相位角，吐丝盘转速、吐丝盘落料时间计算 出线材头部落料相位角；5、 将落料相位角与设定的落料相位角标准值进行比较运算，运 算出比较误差；6、 将比较误差、吐丝盘转速、吐丝盘直径、线材直线运动速度 计算出吐丝盘转速修正值，将将此修正值输入吐丝机控制装置；吐丝机控制装置按转速修正值，通过吐丝机传动柜调节电机转 速，使后一根线材头部落料相位角在给定的范围内。本发明的优点在于本系统解决了吐丝机头部定位误差较大的问 题，通过光电管信号实现对吐丝盘定位，以线头相位角、线材直线运 动速度、吐丝盘转速进行CPU数据处理，控制飞剪时间或吐丝盘转速, 使得控制的角度精度达到30度之内。
图l是光电管安装位置图。图2是轧线示意图。
具体实施例方式本发明的方案一是在飞剪机前端设置热金属检测器HMD1 (1)， 在精轧机(3)后吐丝机(5)前设置热金属检测器HMD2 (4)，在吐 丝盘(9)上方两侧固定光电管(7)及其接收器，在吐丝盘(9)上 方固定一个光电感应块(8)，两热金属检测器分别将线材头部到达该 检测位置的时间信息传输给中央处理器CPU，光电管(7)同时也将 检测到光电感应块(8)的时间信息传输给中央处理器CPU;中央处理器CPU作如下运作1、 将光电管(7)输入感应块(8)的时间信息运算出吐丝盘(9) 的转速，并以旋转一周的时间分时段计算出每时段吐丝盘(9)的相 位角；2、 将两热金属检测器输入线材头部到达的时间运算出线材直线 运动速度；3、 以热金属检测器HMD2 (4)与吐丝盘(9)的距离、线材直线 运行速度、吐丝盘(9)转速、吐丝盘(9)即时相位角数据计算出线 材头部到达吐丝盘(9)的到达相位角；4、 以线材头部到达相位角，吐丝盘(9)转速、吐丝盘(9)落 料时间计算出线材头部落料相位角；5、 将落料相位角与设定的落料相位角标准值进行比较运算，运 算出比较误差；6、 将比较误差、吐丝盘(9)转速、吐丝盘(9)直径、线材直 线运动速度计算出线材补位长度修正值；7、 以线材补位长度修正值计算出线材头部进入吐丝盘(9)的时 间修正值，再以此时间修正值计算出后一根线材剪切修正时间；8、 将飞剪剪切修正时间输入飞剪控制装置； 飞剪剪切控制装置以输入的剪切修正时间加上启动时间提前量，启动飞剪装置(2)对后一根线材进行剪切，以使线材经精轧、圆巻 后线头落料相位角在给定的时间内。本发明的方案二是在飞剪机前端设置热金属检测器HMD1 (1), 在精轧机(3)后吐丝机(5)前设置热金属检测器HMD2 (4)，在吐 丝盘(9)上方两侧固定光电管(7)及其接收器，在吐丝盘(9)上 方固定一个光电感应块(8)，两热金属检测器分别将线材头部到达该 检测位置的时间信息传输给中央处理器CPU，光电管(7)同时也将 检测到光电感应块(8)的时间信息传输给中央处理器CPU;中央处理器CPU作如下运作1、 将光电管(7)输入感应块(8)的时间信息运算出吐丝盘(9) 的转速，并以旋转一周的时间分时段计算出每时段吐丝盘(9)的相 位角；2、 将两热金属检测器输入线材头部到达的时间运算出线材直线 运动速度；3、 以热金属检测器HMD2 (4)与吐丝盘(9)的距离、线材直线 运行速度、吐丝盘(9)转速、吐丝盘(9)即时相位角数据计算出线 材头部到达吐丝盘(9)的到达相位角；4、 以线材头部到达相位角，吐丝盘(9)转速、吐丝盘(9)落 料时间计算出线材头部落料相位角；5、 将落料相位角与设定的落料相位角标准值进行比较运算，运算出比较误差；6、将比较误差、吐丝盘(9)转速、吐丝盘(9)直径、线材直 线运动速度计算出吐丝盘(9)转速修正值，将将此修正值输入吐丝 机(5)控制装置；吐丝机(5)控制装置按转速修正值，通过吐丝机(5)传动柜调 节电机转速，使后一根线材头部落料相位角在给定的范围内。为了解决此问题，我们采用在吐丝盘(9)的两侧安装一对光 电管(7) (OMROME3N-30LH4"G)(安装位置见图1)，由于它的响应 时间能达到3ms，能够满足我们对吐丝盘(9)的定位需要，在吐丝 盘(9)上安装一个感应块(8)(安装位置见图1)，光电管(7)每 亮一次产生一个信号，将此信号传给吐丝机(5)控制板，PLC通过 计算将此信号传给飞剪控制板。PLC通过以太网同上位机PC进行通 讯，通过PROFIBUSDP同飞剪及吐丝机(5)传动装置进行连接，PLC 通过I/O点釆集HMD的信号。图l是光电管(7)安装位置图，我们通过此光电管(7)实现 对吐丝盘(9)角度的定位，光电管(7)定位于吐丝盘(9)的两 侧，距离为离吐丝盘(9)边缘20CM，感应块(8)位于吐丝盘(9) 的正上方。图2是轧线示意图，是我厂3号飞剪后设备的布置图。 本发明的工作原理如下(1)调整飞剪的剪切长度控制，调整飞剪的启动时间，我们通 过增加飞剪的剪切长度，调整轧件到达吐丝管口的时间，以达到控 制轧件头部的目的。控制的方法当轧件的头部到达吐丝管口后， PLC得到实际的角度，通过与给定角度相比较，计算出新的角度。当下一根轧件到达飞剪前的热金属检测器HMD1 (1)时，计算机采 样此时吐丝管口的角度值，然后根据这个角度值和新的角度值及吐 丝机(5)的旋转速度及吐丝机(5)夹送辊的超前值计算出飞剪校 正的时间值，将这个值与设定长度飞剪剪切时间相加就得到了飞剪 的启动时间，然后传给飞剪板卡进行控制。飞剪的动作顺序为停 止一加速一剪切一返回初始位置一停车，3#飞剪的快速响应、瞬时 起停，能保证剪切的精度，保证到达吐丝管口的角度精确。当使用 飞剪的剪切长度进行控制时，我们可以通过人机界面给定一个角度 值，通过比较给定与实际角度的误差，可以判定头部定位的精确度， 以快速进行故障判断。控制思路如下第一根钢到吐丝管口一采样实际角度一比较器运算一新的角度第二根钢到HMD1—采样吐丝管口的角度一运算器运算一飞剪 校正的时间值一加运算一飞剪启动时间一传给飞剪板卡进行控制(2)调整吐丝机(5)速度控制，实现吐丝机(5)定位的另一 种方法是轧件头部经过夹送辊前热金属检测器丽D2 (4)时，通过 检测设定点角度与轧件实际角度误差，经积分器产生位置给定，在 与轧件实际位置相比较产生速度给定值后送吐丝机(5)传动柜， 通过调节吐丝机(5)电机速度而使轧件头部按照给定的位置从吐 丝机(5)管口出来。当选择吐丝机(5)速度进行定位模式时，第 一根钢到吐丝管口，采样实际角度，通过比较器运算得到新的角度; 第二根钢到HMD1，采样吐丝管口的角度，得到此时的误差，通过积 分运算产生速度给定，将此速度给定传给吐丝机(5)传动柜。当 使用吐丝机(5)速度进行控制时，我们同样可以通过人机界面给定一个角度值，通过比较给定与实际角度的误差，可以判定头部定 位的精确度，以快速进行故障判断。控制思路如下第一根钢到吐丝管口一采样实际角度一比较器运算一新的角度钢到HMD2—检测误差一积分运算一产生速度给定一吐丝机(5) 传动柜由于更换吐丝管频繁，吐丝管存在带导槽和不带导槽的区别， 我们增加了相应的计算程序。本发明在使用时的具体事例举例如下① 操作工通过人机界面选择飞剪剪切头部定位，此时计算机将此信息通过RSVIE32人机接口系统输给PLC;② 当轧件的头部到达吐丝管口后，光电管(7)采样此时吐丝 盘(9)的实际位置值，PLC得到实际的角度，通过一系列计算得到 下一根钢的角度，此时我们可以比较实际角度和给定角度的偏差， 如果偏差在20度以内者证明吐丝机(5)头部定位系统运行正常。③ 此时可以让现场操作人员观察实际上轧件吐丝的落位，如果 落位不理想可以再对角度进行调整。线材头部落料相位角标准值，我们设定为传送辊道(6)上方线 材圆捆最高点左右15度偏差范围内。
权利要求
1、吐丝机头部定位自动控制方法，包括以飞剪剪切钢丝材长度调整轧件到达吐丝管口时间，其特征在于在飞剪机前端设置热金属检测器HMD1(1)，在精轧机(3)后吐丝机(5)前设置热金属检测器HMD2(4)，在吐丝盘(9)上方两侧固定光电管(7)及其接收器，在吐丝盘(9)上方固定一个光电感应块(8)，两热金属检测器分别将线材头部到达该检测位置的时间信息传输给中央处理器CPU，光电管(7)同时也将检测到光电感应块(8)的时间信息传输给中央处理器CPU；中央处理器CPU作如下运作①将光电管(7)输入感应块(8)的时间信息运算出吐丝盘(9)的转速，并以旋转一周的时间分时段计算出每时段吐丝盘(9)的相位角；②将两热金属检测器输入线材头部到达的时间运算出线材直线运动速度；③以热金属检测器HMD2(4)与吐丝盘(9)的距离、线材直线运行速度、吐丝盘(9)转速、吐丝盘(9)即时相位角数据计算出线材头部到达吐丝盘(9)的到达相位角；④以线材头部到达相位角，吐丝盘(9)转速、吐丝盘(9)落料时间计算出线材头部落料相位角；⑤将落料相位角与设定的落料相位角标准值进行比较运算，运算出比较误差；⑥将比较误差、吐丝盘(9)转速、吐丝盘(9)直径、线材直线运动速度计算出线材补位长度修正值；⑦以线材补位长度修正值计算出线材头部进入吐丝盘(9)的时间修正值，再以此时间修正值计算出后一根线材剪切修正时间；⑧将飞剪剪切修正时间输入飞剪控制装置；飞剪剪切控制装置以输入的剪切修正时间加上启动时间提前量，启动飞剪装置(2)对后一根线材进行剪切，以使线材经精轧、圆卷后线头落料相位角在给定的时间内。
2、吐丝机头部定位自动控制方法，包括以飞剪剪切钢丝材长度 调整轧件到达吐丝管口时间，其特征在于，其特征在于在飞剪机前端 设置热金属检测器HMD1 (1)，在精轧机(3)后吐丝机(5)前设置 热金属检测器HMD2 (4)，在吐丝盘(9)上方两侧固定光电管(7) 及其接收器，在吐丝盘(9)上方固定一个光电感应块(8)，两热金 属检测器分别将线材头部到达该检测位置的时间信息传输给中央处 理器CPU，光电管(7)同时也将检测到光电感应块(8)的时间信息 传输给中央处理器CPU;中央处理器CPU作如下运作① 将光电管(7)输入感应块(8)的时间信息运算出吐丝盘(9) 的转速，并以旋转一周的时间分时段计算出每时段吐丝盘(9)的相 位角；② 将两热金属检测器输入线材头部到达的时间运算出线材直线运动速度；③ 以热金属检测器HMD2 (4)与吐丝盘(9)的距离、线材直 线运行速度、吐丝盘(9)转速、吐丝盘(9)即时相位角数据计算出 线材头部到达吐丝盘(9)的到达相位角；④ 以线材头部到达相位角，吐丝盘(9)转速、吐丝盘(9)落 料时间计算出线材头部落料相位角；⑤ 将落料相位角与设定的落料相位角标准值进行比较运算，运 算出比较误差；⑥ 将比较误差、吐丝盘(9)转速、吐丝盘(9)直径、线材直 线运动速度计算出吐丝盘(9)转速修正值，将将此修正值输入吐丝 机(5)控制装置；吐丝机(5)控制装置按转速修正值，通过吐丝机(5)传动柜调 节电机转速，使后一根线材头部落料相位角在给定的范围内。
全文摘要
吐丝机头部定位自动控制方法，涉及轧钢吐丝系统，其特征在于在飞剪前端、吐丝机前设置热金属检测器，吐丝盘上方设置光电感应器，将信息输送给中央处理器CPU计算线材运行速度、吐丝盘线头相位角、比较误差来修正飞剪剪切时间，控制剪切长度。优点是本系统解决了吐丝机头部定位误差较大的问题，通过光电管信号实现对吐丝盘定位，以线头相位角、线材直线运动速度、吐丝盘转速进行CPU数据处理，控制飞剪时间或吐丝盘转速，使得控制的角度精度达到30度之内。
文档编号G05D3/20GK101332475SQ200810071019
公开日2008年12月31日 申请日期2008年7月23日 优先权日2008年7月23日
发明者起 张, 张伟铃, 张树养, 远 林 申请人:福建三钢闽光股份有限公司;福建省三钢(集团)有限责任公司