专利名称：高速线材轧机吐丝机头部定位的自动控制技术的制作方法
技术领域：
属于自动控制技术领域，涉及高速线材轧机吐丝机头部定位的自动化控制技术。
背景技术：
我厂的主要产品之一是高速线材，根据实际生产统计和对生产操作人员调查，在以往生产过程中，吐丝机每吐出3至5卷线材，就有I卷线材的头部栽到斯太尔摩辊道的辊缝之间，当严重乱卷时，在辊道上会产生堆积，使下一根线材(2吨/根钢)无法进入吐丝机，为此，必须立即进行飞剪剪切碎断，并且每班在吐丝机后的斯太尔摩辊道和第一组风冷辊道处，安排专人对线材头部进行剪废和整理，每卷剪废I至4圈。这样一来，不仅增强了生产工人的劳动强度，降低了劳动生产率，而且严重影响了产品的合格率，增加了废品率。高速线材轧机吐丝机中的吐丝管是由一种螺旋型结构和螺线管组成。吐丝机工作时，螺线管作高速旋转，当轧件从精轧机出来进入吐丝机时，吐丝机的吐丝管作高速旋转，轧件经过吐丝机后，变为圆形线材落到斯太尔摩辊道上。由于高速线材的斯太尔摩辊道是由许多圆形辊子并排安装而成，辊子之间有一定间隙，当成品线材经过吐丝机时，线材头部经常栽到斯太尔摩辊道的辊缝之间，造成第I段辊道卡线，使传动电机过负荷跳闸，同时造成成品线材在斯太尔摩辊道上乱卷，导致产生大量的剪废品。
发明内容
本发明的目的是公开高速线材轧机吐丝机头部定位的自动化控制技术，以减少废品率，增加产品合格率，降低工人劳动强度，提高劳动生产率。本发明要解决以上技术问题的技术方案是利用成熟的电子自动控制技术，对高速线材轧机的吐丝机头部定位进行自动控制，引进西门子的S7-CFC(Continuous FunctionChart)语言即连续功能图，以此来自动生成程序，利用该软件强大的预制程序库和标准块，以及其具有的PLC元素(例如输入/输出、定时器、计数器、符号表等)和图形化编程语言的特性，开发高速线材轧机吐丝机头部自动定位的过程控制和系统工程技术。本发明的技术方案是这样实现的，该系统硬件为引进的国外产品，由一个PLC、一个HMI操作面板、T400模板、高速计数模块HSC、热金属检测器和接近开关以及过程监视系统组成。只需要从现场接入热金属检测器、接近开关信号、吐丝机码盘信号到T400模板和精轧机前飞剪控制系统新增加的高速计数模块HSC，使飞剪延时剪切控制来对吐丝角度的粗调，通过程序控制产生吐丝机附加的速度给定信号，叠加到当前速度给定上，通过一段时间的提速，使吐丝机吐出的线材头部位置达到设定角度位置，起到微调的作用，这样二者结合的自动控制方式，使吐丝机的头部定位更加精确可靠，即完成头部定位功能。核心技术全部采用软件，从三个部分来实现当吐丝机前热金属检测器检测到钢的头部到来时，必须完成三个计算首先，通过码盘读出吐丝机当前所处的位置；其次，当第一支轧件头部到达飞剪前的热金属检测器Hl时，PLC采样当时吐丝管口的角度值是否在±60度范围内，并根据这个角度值和新的角度工艺设定值及吐丝管口的旋转速度计算出飞剪校正的延时时间值，将这个值与飞剪剪切时间相加就得到了飞剪的起动时间。第三，当精轧机前飞剪剪切后的轧件头部到达热金属检测器H4时，程序根据轧线出口线速度自动计算出吐丝时吐丝管口在±60度范围内的角度值，通过与工艺设定位置值相比较，计算出吐丝机需要改变的速度量，然后通过改变吐丝机传动装置的速度给定值来调节电动机转速，进一步修正精轧机前飞剪延时剪切后仍存在的角度误差。自动计算并控制吐丝机速度使其达到位置偏差即可。见图4所示。吐丝机自动工作程序见框图(图3所示)。改造成吐丝机定位自动控制后，轧件头部按给定位置(角度)从吐丝机管出来的情况综合成材率提高了 0. 20%，综合合格率提高了 0. 20%，综合中废率下降了 0. 12%。吐丝机头部自动定位控制技术的实现，达到了预期的效果，在O IOmm及以上高线产品的应用中效果显著。吐丝机吐出的线卷整齐地落到斯太尔摩辊道上，使生产顺利进行，每年可增加经济效益约481. 5万元。
四.
图1是吐丝机管口的旋转轨迹图。图2是HMI操作面板实景图。图3是吐丝机自动工作程序框图。图4是工艺控制流程示意图。图中H-热金属检测器、2-飞剪、3-精轧机、4-水箱、5-吐丝机、6-电动机、7-增量型码盘、8-接近开关、9-T400模块、10-变频调速系统、HSC-高速计数模块、PLC-单板机。
五.
具体实施例方式以下结合实施例和附图对本发明作进一步详细描述。实施例11.吐丝机5头部定位控制技术的硬件配置高速线材轧机的计算机控制系统采用美国通用GE公司的PLC单板机自动控制，传动控制系统采用西门子公司的6SE70变频调速系统10，在设计改造吐丝机5头部自动定位时，增装了一块西门子公司的T400模块9，在控制画面上增加了 “吐丝机头部定位”控制调整操作画面(图2所示)。1.1.传动控制单元吐丝机5是由一台315KW、转速970r/min的交流电动机6传动,传动柜采用西门子公司的6SE70交流变频调速系统10，轧制速度可由传动柜给定，也可以由上位机通过现场总线Master field Bus进行,根据吐丝机5头部定位控制的要求,5%的突加给定，电动机的加速时间小于300ms。1. 2.增量型码盘7:增量型码盘I安装在吐丝机5传动电动机6的尾部与电动机6转子同步旋转。当增量型码盘7旋转时，由三个通道输出方波脉冲增量型码盘7的A、B两通道在电动机6旋转一周时输出1024个方波脉冲,在相位上互差90° ;C通道在电动机6旋转一圈时只输出一个方波脉冲，称为周脉冲。根据每个脉冲对应的角度数，计算出吐丝机5吐丝管的旋转角度和轧件头部在定位区域所处的位置。1. 3.热金属检测器H :热金属检测器H主要用于检测高温轧件的位置。当高温轧件被热金属检测器H探测到时，输出高电平信号，无轧件时，输出低电平信号。1. 4.高速计数模 块HSC:在精轧机3前飞剪2的原电控系统增加一块高速计数模板HSC，用于接收吐丝机电机码盘7信号与吐丝机零位接近开关8信号，使飞剪系统随时知道吐丝管口的旋转角度。2.改进后吐丝机头部定位的控制方式吐丝机5头部定位控制主要是确保轧件通过吐丝机5时，轧件头部能够在给定位置出吐丝管。高速线材生产线如图4所示，当第一支轧件头部到达飞剪2前的热金属检测器Hl时，PLC采样当时吐丝管口的角度值，并根据这个角度值和新的角度工艺设定值及吐丝管口的旋转速度计算出飞剪2校正的延时时间值，将这个值与飞剪2剪切时间相加就得到了飞剪2的起动时间。当剪切后轧件的头部到达热金属检测器H4时，程序根据轧线出口线速度自动计算出吐丝时吐丝管口的角度值，通过与工艺设定位置值相比较，计算出吐丝机5需要改变的速度量，然后通过改变吐丝机5传动装置的速度给定值来调节电动机转速，进一步修正飞剪2延时剪切后仍存在的角度误差。在整个控制过程中，飞剪2延时剪切控制是对吐丝角度的粗调，改变吐丝机5转速进一步调整吐丝管口的角度，起到微调的作用，这样二者结合的方式使吐丝机5的头部定位更加精确可靠。对吐丝机5头部定位的技术要求是轧件头部输出位置(角度)=给定位置(角度)±60°。2.1.改变吐丝机5的转速校正的吐丝5机头部定位控制吐丝管口的旋转轨迹与角度的计算方法吐丝机5作高速旋转时，吐丝机5管口的旋转轨迹如图1所示，由图1可知，吐丝管的旋转轨迹为顺时针方向，即正方向，它的实际旋转角度a为a=0 PTOT — 2k 面(k=l, 2，…，n)式中 0为每个脉冲对应的角度(这里是指360° / 1024)；PTOT为计数板计数脉冲总数。计算机在进行计算时得出a角的变化范围为0° 360°。改变吐丝机5转速校正的头部定位控制原理是通过增加吐丝机5的起动时间，使轧件头部延迟到达吐丝管口而达到控制吐丝机5头部定位的目的。控制的具体方法是当轧件头部出吐丝管口时，计算机对实际的输出位置角度值进行采样，通过与给定位置值相比较，计算出新的位置给定点。当下一根线材头部到达精轧机3后的热金属检测器H4时，计算机对此时吐丝管口的角度值进行采样，用于对吐丝机5转速进行微调，通过接收吐丝机电机码盘7信号与吐丝机5零位接近开关8信号，使传动系统随时知道吐丝管口的旋转角度；然后根据这个角度值和新的位置设定点值及吐丝管口的旋转速度计算出吐丝机5校正的时间值，将这个值与设定吐丝机5给定启动时间相加就得到了吐丝机5的起动时间。
3.吐丝机5头部定位的软件配置3.1.根据以上原理和数学模型，用西门子PLC的CFC编程语言设计了程序。3. 2.在工业控制监控操作画面中，设计了 HMI操作面板,如图2所示。
权利要求
1.一种高速线材轧机吐丝机头部定位的自动控制技术，由一个PLC、一个HMI操作面板、T400模板、高数计数模块HSC、热金属检测器和接近开关以及过程监视系统组成，其特征在于利用西门子的S7-CFC语言即连续功能图，来自动生成程序，利用该软件强大的预制程序库和标准块，以及其具有的PLC元素如输入/输出、定时器、计数器、符号表和图形化编程语言的特性，开发高速线材轧机吐丝机头部自动定位的过程控制和系统工程技术。
2.根据权利要求1所述的高速线材轧机吐丝机头部定位的自动控制技术，其特征是对飞剪原电控系统增加一块高速计数模板HSC，用于接收吐丝机电机码盘信号与吐丝机零位接近开关信号，使飞剪系统随时知道吐丝管口的旋转角度，当轧件到达热金属检测器Hl时，根据飞剪速度，计算出需要延时剪切的时间，从而完成头部定位的粗调部分。
3.根据权利要求1所述的高速线材轧机吐丝机头部定位的自动控制技术，其特征是吐丝机电气传动原系统是西门子6SE70变频器，现增加T400工艺控制板一块，用于对吐丝机转速进行微调，通过接收吐丝机电机码盘信号与吐丝机零位接近开关信号，使传动系统随时知道吐丝盘的旋转角度；当精轧机后热金属检测器H4检测到有钢信号时，对吐丝机转速给定信号进行叠加，从而完成吐丝机控制角度位置定位微调，微调程序用CFC编程语言编制。
4.根据权利要求1或4所述的高速线材轧机吐丝机头部定位的自动控制技术，其特征是根据计算出的吐丝机位置来判断其是否在±60度范围内，如果在此范围内，则无需调整，如果不在，则计算位置偏差，将计算的位置与负60度位置相减，算出位置偏差，从而计算出热钢从热金属检测器位置到吐丝机之间所需的时间，自动计算并控制吐丝机速度使其达到位置偏差。
全文摘要
高速线材轧机吐丝机头部定位的自动控制技术，属于自动控制技术领域。由一个PLC、一个HMI操作面板、T400模板、高数计数模块HSC、热金属检测器和接近开关以及过程监视系统组成。引用成熟的电子自动控制技术，对高速线材轧机的吐丝机头部定位进行自动控制，利用西门子的S7-CFC语言即连续功能图，来自动生成程序，利用该软件强大的预制程序库和标准块，以及其具有的PLC元素(如输入/输出、定时器、计数器、符号表等)和图形化编程语言的特性，此项发明是将精轧机前飞剪的延时剪切粗调定位与吐丝机增速定位相结合，填补了国产吐丝机惯性大、快速性弱和定位偏差大的缺陷，开发高速线材轧机吐丝机头部自动定位的过程控制和系统工程技术。
文档编号B21B37/00GK102989781SQ20121019194
公开日2013年3月27日 申请日期2012年6月12日 优先权日2012年6月12日
发明者邢峥嵘, 张精, 王力平 申请人:内蒙古包钢钢联股份有限公司