专利名称：一种应用于圆盘剪的高精度定位方法
技术领域：
本发明涉及圆盘剪控制技术领域，具体涉及一种应用于圆盘剪的高精度定位方法。
背景技术：
酸洗是现代化带钢生产环节中的一个重要工序，在酸洗生产过程中，带钢经过上道热轧处理后，往往存在裂边，边部不齐等边部缺陷。这时，需要采取一定的剪切工艺对带钢边部按工艺要求进行剪切，以消除热轧带钢的边部缺陷，获得高质量的产品，为后道工序(冷轧)提供优质原料。 由圆盘剪的工作原理可以知道，圆盘剪的间隙和重叠量的大小直接决定带钢切边的质量，如果间隙和重叠量的误差(通常调整精度要求在±0. 06mm以内)太大，容易造成带钢边部毛剌，剪切口不平滑，甚至剪不断等结果，不仅影响成材率，严重情况下甚至因卡钢造成作业线停机，影响产量。如何提高圆盘剪间隙和重叠量的自动定位精度、减少定位调整过程时间，成为酸洗生产线提高生产质量和生产效率的一个重要因素。
传统的重叠量位置闭环在伺服系统中完成，首先通过实验精确测定三级齿轮的总机械间隙参数。在自动定位的过程中，伺服系统的位置闭环参考值在换向工作时要补偿一段距离，这段距离就等于所测定的机械间隙。但是该方法在机械间隙因长时间磨损后会发生变化，例如某酸洗作业线的圆盘剪系统，在初期调试时测试得三级齿轮机械间隙为0. 02mm，经运行3个月后重新测定，三级齿轮机械间隙变为0. 08mm，且间隙值在部分工作范围呈现非线性变化。这时传统方法就不能满足精度要求。如果伺服系统编码器有故障，伺服系统的位置闭环也不能正常工作，必须停机更换，降低了作业线的生产效率。传统方法控制流程图如图l所示。 间隙的机械传动装置为线性螺杆机构，在传统的动反转间隙补偿方法中，需要分别测定圆盘剪上4个刀头螺杆机构的机械间隙参数，在计算时要根据执行机构是否需要反向移动进行机械间隙得补偿。但是，水平螺杆的机械间隙参数也会因长时间磨损后会发生变化，从而降低间隙定位的精度。传统的水平间隙定位控制流程如图2所示。
目前运用得较多的圆盘剪控制系统都已采用先进的可编程逻辑控制器(PLC)实现间隙和重叠量的定位，但由于圆盘剪的定位控制精度要求极高(如某些型号的取向硅钢切边需要间隙定位精度在±0. 02mm之内)，且经过一段时间使用后，圆盘剪的机械传动部分不可避免的存在机械固有误差、机械间隙、机械磨损等，并且由机械原因早成的误差会随使用时间延长而累计增加，采用传统的动反转间隙补偿方法也不能保证工艺要求精度，往往定位后需人工再调校，因此只能定义为半自动调整定位。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中所存在的问题，提出一种精度更高的应用于圆盘剪的高精度定位方法。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的 —种应用于圆盘剪的高精度定位方法，速度闭环重叠量定位控制流程包括重叠量定位启动；PLC从上位机系统接收重叠量设定值，同时所述PLC根据圆盘剪重叠量检测编码器的检测值计算重叠量当前位置的实际值；所述PLC比较所述设定值与实际值；若设定值大于实际值，则控制步进电机正转；若设定值小于实际，则控制步进电机反转；直至设定值和实际值的差小于0. 02mm，此时重叠量自动定位完成。 闭环补偿机械间隙定位流程包括间隙定位启动；所述PLC从上位机接收第一间隙设定值，同时所述PLC根据圆盘剪间隙检测编码器的检测值计算间隙当前位置的实际值；所述PLC根据所述第一间隙设定值计算第二间隙设定值，所述第二间隙设定值为所述第一间隙设定值与间隙补偿附加值的和；所述PLC向伺服系统发送第一定位指令，命令其定位到所述第二间隙设定值；若所述伺服系统尚未定位完成，则继续执行所述第一定位指令；若所述伺服系统定位完成，则所述PLC向所述伺服系统发送第二定位指令，命令其定位到第一间隙设定值；若所述伺服系统尚未定位完成，则继续执行所述第二定位指令；若所述伺服系统定位完成，则间隙自动定位完成。 所述间隙补偿附加值为刀架所对应的传动螺杆的机械间隙值的4-5倍。
与现有技术相比本发明具有以下明显的优点 本发明圆盘剪重叠量和水平间隙的高精度定位方法与现有技术相比有如下有益效果对于刀盘重叠量的调整，结合圆盘剪的机械和电气结构，简化了计算流程，将伺服电机改为速度方式控制。克服了多齿轮叠加的机械间隙误差；对于水平间隙，采用改进的机械间隙补偿方法进行控制，消除了由于磨损造成的机械间隙变化对刀盘定位精度的影响。本发明定位精度高，程序实现算法简单，控制效果稳定，响应速度快，可以提高带钢切边成才率，减少变规格调整时间，对提高酸洗带钢产量，增加作业线经济效益很有帮助。
图1为传统方法的重叠量定位位置控制流程 图2为传统的闭环补偿机械间隙定位流程 图3为圆盘剪工作原理示意 图4为重叠量的机械电气结构示意 图5为水平间隙的机械电气结构示意图； 图6为本发明一种实施例的减少重叠量测量传动级数法的速度闭环定位控制流程图； 图7为本发明一种实施例的变参考位置的闭环补偿机械间隙定位流程图。
具体实施例方式
以下结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详细描述。
圆盘剪工作原理示意图如图3所示。如图所示，圆盘剪的刀头由上下错位的、垂直的两片圆形刀片组合而成，即圆盘剪上刀片1和圆盘剪下刀片2。通过调整圆盘剪上刀片1和圆盘剪下刀片2之间一定的间隙及重叠量对通过两刀片之间的运行带钢3进行剪切。运行带钢3通过两刀片之间时，由于圆盘剪上刀片1和圆盘剪下刀片2给运行带钢3施以一定的剪切力，使运行带钢3与刀片接触区域产生变形，随着咬入深度的增加，运行带钢3的
变形量也随之增加，当变形量达到一定程度时，受压的部分就从原板上断裂。圆盘剪下刀片
2装在内侧主要起支撑作用，圆盘剪上刀片1装在外侧主要起剪切作用。 本发明提出的一种圆盘剪的高精度自动定位方法实施例通过以下述技术方案予
以实现。 圆盘剪的定位自动化控制系统处理器采用CONVERTEAM公司的高性能控制器HPCi (high-performance controller) ， HPCi是一个基于标准VME计算机的多任务实时处理器，响应速度快、处理能力强。其中央处理单元(CPU)的最高主频可达1.8GHz，程序扫描速度最快可达lms，能很好的满足酸洗生产线电气自动化系统控制的多进程、快速响应的要求。 定位系统所采用的传动装置为美国Parker公司的HiDRIVE系列高性能运动伺服
控制系统，包括伺服控制器和带编码器的步进电机。该套伺服具有全数字化，高精度，良好
的机械特性，可以实现包括转矩方式，速度方式，梯形特性的位置闭环控制，电机轴的相位
控制等多种控制方式，并可通过Profibus，Canbus，工业以太网等多种方式和各种控制系统
灵活联结。同时还配有控制软件picoPLC对伺服系统进行各种参数设定和调整。 圆盘剪的自动定位分为两个部分重叠量的调整通过三级齿轮传动啮合，最后一
级齿轮联结到偏心轮上，通过上下两个偏心轮的同向旋转来调整上下刀片的垂直重叠量。
重叠量的机械电气结构示意图如图4所示，设置有重叠量调整步进电机绝对值编码器4、重
叠量调整步进电机5、Prof ibus网络6、一级齿轮绝对值编码器7、圆盘剪刃联结轴8和定位
调整液压锁紧阀9。 水平间隙的调整通过一级螺杆上联结到上刀片支架，通过支架的轴向横移来调整上下刀片的水平相对位置。水平间隙的机械电气结构示意图如图5所示，设置有间隙调整步进电机绝对值编码器10、间隙调整步进电机11、Profibus网络12、圆盘剪刃联结轴13和定位调整液压锁紧阀14。 在传统的圆盘剪控制系统中，对于重叠量的测量，采用齿轮3上的最后一级步进电机上位置编码器绝对值编码器结合前3级齿轮的机械间隙之和来计算上下工作刀片的重叠量。通过在步进电机内的位置闭环实现对重叠量进行定位；水平间隙定位通过步进电机内的位置闭环位置参考值和预先测定的传动螺杆的机械间隙值来实现对水平间隙的定位控制。 酸洗作业线出侧区域(包括从出口活套到张力巻取机)采用1台VCM7807HPCi控制器，圆盘剪系统是HPCi控制器的一个控制任务，1台工程师服务器(Engineer Server) 、3台主画面操作计算机(HMI)、1台就地触摸操作屏(Local Panel) 、2台工程师站(EngineerStation)、控制器机架、服务器、人机接口、工程师站和数据记录服务器等通过3级网络通信，3级网络分别为人机接口以太网(HMI LAN)、工程控制以太网(ENG LAN)、二级机以太网(LEVEL2 LAN)。 重叠量的自动定位流程为自动定位启动一刀头垂直调整液压解锁一刀头水平调整液压解锁一重叠量自动定位调整一刀头垂直调整液压锁定一刀头水平调整液压锁定一伺服系统中断一自动定位完成。 间隙的自动定位流程为自动定位启动一刀头间隙调整液压解锁一刀头间隙自动定位调整一刀头间隙调整液压锁定一伺服系统中断一自动定位完成。 数据的处理和计算包括圆盘剪从绝对值编码器所读取的脉冲数转换为实际重叠 量和间隙值的处理，根据不同规格带钢所选取对应的参考值的计算。 脉冲数转换为实际间隙值的处理。对于重叠量，将通过DP网读入的绝对值编码器 旋转圈数经过一级齿轮比折算到刀片轴上，由于偏心套为一非线性关系的传动机构，所以 需要结合偏心套的机械结构和机械参数，通过转换公式计算出脉冲数的变化所对应的上下 刀片的重叠量实际值。对于间隙的实际值，由于螺杆传动为线性传动机构，可通过实验测定 螺杆实际行程对应的伺服系统脉冲数变化关系，利用该转换关系，通过DP网读入的脉冲数 的变化数值，可计算出刀片的实际间隙值。 不同规格的带钢设定值的选取。带钢的设定值有三种方式可以选择在手动方式 下，操作人员可以直接在HMI上手动输入参考值，在自动情况下，可以选择从二级机接收参 考值或直接采用一级机的由查表法得到的设定值。对于间隙自动定位过程中的间隙补偿附 加值Pos—add的选取，可以取到根据试验所测定最大机械间隙的4倍数值，例如测定的机械 间隙为0. 05mm，附加参考值可选取0. 20mm。 一般的，四个刀架的计算均可选用同一数值。
本发明减少重叠量测量传动级数法采用一级齿轮的绝对值编码器作为位置检测 装置，在初始零位标定完成后，即可把新的参考位置和实际检测位置比较，在PLC中用参考 位置和实际位置差的方向来控制伺服系统的正/反转，当位置差> 0时，伺服电机正传，当 位置差《0时，伺服电机反传，形成一个简单比例控制的位置闭环。在实际位置达到参考位 置精度范围内后，定位过程完成。 和传统重叠量定位方法相比较，本方案结合系统的机械结构，优化了重叠量的计 算流程。合理采用偏心套后的一级齿轮绝对值编码器作为位置检测单元，消除了后两级齿 轮对定位精度的影响，同时对伺服系统改为速度方式控制，简化了伺服系统的控制方式，提 高了系统的响应速度，该方法定位准确，克服了齿轮系的机械间隙、机械老化和磨损或者伺 服系统编码器故障而影响重叠量定位精度；该方案的另一个优点在于，即使在伺服系统编 码器有故障情况下，伺服系统仍可以开环方式以速度方式调整。同时，由于末级齿轮传动比 大，制造精度较高，其机械间隙在允许误差范围(士0.06mm)内，计算时可以不考虑。该方法 的控制流程可以参考图6。 本发明采用变参考位置的位置闭环方式控制先将上下刀片重叠量调到lmm，然 后将上下刀片往间隙减少的方向上预靠紧，预靠时预先使伺服电机限定一个较小的工作转 矩限幅(保护刀片靠紧时不损伤刀片)，此时给一个初始正速度(向上下刀片靠紧方向)使 上刀片移动，当PLC接受到电机零速度信号，同时电机工作转矩达到限幅时间超过2s时，认 定上下刀片已经靠紧，机械间隙已消除，此时可以做间隙的初始零位标定。在给出新的位置 参考值Pos_ref后，PLC首先计算出一个变参考位置Pos_new = Pos_ref+Pos_add (间隙补 偿附加值)发送给伺服控制系统，启动伺服系统的位置闭环，上刀片开始向新位置Pos—new 定位调整(向上下刀片打开方向运动)，在PLC检测上刀片实际位置反馈到达新位置Pos— new后，重新发给伺服系统实际参考值Pos—ref，上刀片再向Pos—ref定位调整(向上下刀 片靠近方向运动)。在该过程当中，通过两次改变参考位置值，实现上刀片从打开一关闭方 向的来回行程，消除了机械间隙引起的误差，只要PoS_add (间隙补偿附加值)足够大，就可 以克服机械间隙变化带来的干扰。间隙补偿附加值PoS_add通常为该刀架所对应的传动螺
6杆的机械间隙值的4-5倍，该机械间隙值通常由机械制造厂商提供或现场通过试验方法测 定。该方法的控制流程可以参考图7。 和传统的水平间隙定位控制方案相比对于水平间隙的调整，通过两次设定位间 隙参考值，使刀片在定位过程中消除了机械间隙的影响，并且只要附加参考位置选取得适 当大，即使机械间隙或磨损变化在一定范围内，都可以用该方法进行自动补偿，不必每次都 重新测量机械间隙。同时，该控制过程简单，避免了原有闭环系统中由于小范围内机械间隙 非线性变化而引起的系统振荡，导致机械设备的损坏。 本发明圆盘剪定位间隙和重叠量的高精度控制方法投入运行后，将圆盘剪的间隙 定位精度提高到±0. 02mm，重叠量定位精度提高到±0. 045mm，同时提高了定位的响应速 度，两侧刀头定位时间可在30s内完成，降低了因圆盘剪故障造成的停车率，为酸洗带钢提 高产量打下坚实基础。 以上所述，仅为本发明的一部分具体实施方式
，本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明实施例的保护范围应该以权利要求的保护范围 为准。
权利要求
一种应用于圆盘剪的高精度定位方法，其特征在于，速度闭环重叠量定位控制流程包括重叠量定位启动；PLC从上位机系统接收重叠量设定值，同时所述PLC根据圆盘剪重叠量检测编码器的检测值计算重叠量当前位置的实际值；所述PLC比较所述设定值与实际值；若设定值大于实际值，则控制步进电机正转；若设定值小于实际，则控制步进电机反转；直至设定值和实际值的差小于0.02mm，此时重叠量自动定位完成。
2. 根据权利要求1所述的应用于圆盘剪的高精度定位方法，其特征在于，闭环补偿机 械间隙定位流程包括间隙定位启动； 所述PLC从上位机接收第一间隙设定值，同时所述PLC根据圆盘剪间隙检测编码器的 检测值计算间隙当前位置的实际值；所述PLC根据所述第一间隙设定值计算第二间隙设定值，所述第二间隙设定值为所述 第一间隙设定值与间隙补偿附加值的和；所述PLC向伺服系统发送第一定位指令，命令其定位到所述第二间隙设定值；若所述伺服系统尚未定位完成，则继续执行所述第一定位指令；若所述伺服系统定位 完成，则所述PLC向所述伺服系统发送第二定位指令，命令其定位到第一间隙设定值；若所述伺服系统尚未定位完成，则继续执行所述第二定位指令；若所述伺服系统定位 完成，则间隙自动定位完成。
3. 根据权利要求2所述的应用于圆盘剪的高精度定位方法，其特征在于，所述间隙补 偿附加值为刀架所对应的传动螺杆的机械间隙值的4-5倍。
全文摘要
本发明实施例提出一种应用于圆盘剪的高精度定位方法，对于刀盘重叠量的调整，结合圆盘剪的机械和电气结构，简化了计算流程，将伺服电机改为速度方式控制。克服了多齿轮叠加的机械间隙误差；对于水平间隙，采用改进的机械间隙补偿方法进行控制，消除了由于磨损造成的机械间隙变化对刀盘定位精度的影响。本发明定位精度高，程序实现算法简单，控制效果稳定，响应速度快，可以提高带钢切边成材率，减少变规格调整时间，对提高酸洗带钢产量，增加作业线经济效益很有帮助。
文档编号B23D19/00GK101722327SQ20091027273
公开日2010年6月9日 申请日期2009年11月10日 优先权日2009年11月10日
发明者梅勇 申请人:武汉钢铁(集团)公司