钢卷吊运的控制系统和控制方法与流程

1.本技术涉及带钢冷轧生产技术领域，尤其涉及一种钢卷吊运的控制系统和控制方法。


背景技术：

2.在冷轧钢卷生产中，吊车和包装步进梁是输运冷轧钢卷的运输设备，其工作运行的可靠性是保障冷轧生产线持续、稳定、高效工作的基础。但是在正常工作的情况下，两者采用的是不同的控制系统，例如吊车采用天车控制系统而包装步进梁采用的是出口包装控制系统。由于两者的控制系统不同，因此吊车和包装步进梁之间缺乏协同性，这些因素造成冷轧输送设备的工作状态难以被直接观察，容易造成钢卷吊运工序与钢卷包装工序的突发故障。当出现突发故障时，如果设备没有被及时处理和维修，会造成严重的产品质量问题和安全隐患。
3.在包装作业区，一种常见的故障情况是：由于控制系统不同，数据不通，身处包装作业区的技术人员通常依靠个人经验去协调吊运钢卷在包装步进梁处的上卷，如此容易使吊运钢卷在包装步进梁处因定位精度不足导致钢卷的落卷位置不佳，或落卷速度较快产生挤压变形，影响产品质量。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种钢卷吊运的控制系统和控制方法，以解决或者部分解决在钢卷在包装步进梁处上卷时，存在包装步进梁与吊车夹钳之间的协同性差，钢卷在落卷过程中的定位精度不足，影响钢卷产品质量的技术问题。
5.第一方面，本发明提供了一种钢卷吊运的控制系统，包括：包装步进梁定位模组、吊车夹钳定位模组和控制模组；
6.所述包装步进梁定位模组包括一套第一定位单元和n套第二定位单元；所述第一定位单元设置在包装步进梁的尾部，用于获取吊车夹钳在第一方向上的第一位置信息；所述包装步进梁包括n个上卷位，一套所述第二定位单元设置在一个所述上卷位处，用于获取所述吊车夹钳在第二方向上的第二位置信息；n≥2且为整数；
7.所述吊车夹钳定位模组包括第三定位单元和夹钳开度定位单元；所述第三定位单元设置在所述包装步进梁的尾部，用于获取所述吊车夹钳在第三方向上的第三位置信息；所述夹钳开度定位单元用于获取所述吊车夹钳的开度信息；
8.所述控制模组用于根据所述第一位置信息、所述第二位置信息和所述第三位置信息，控制所述吊车夹钳将钢卷置于目标上卷位；以及用于根据所述开度信息，确定所述吊车夹钳在吊运所述钢卷时的吊运状态；
9.其中，所述第一方向为所述包装步进梁的运动方向，所述第二方向与所述运动方向垂直且与水平面共面，所述第三方向与所述运动方向垂直且与竖直面共面。
10.在一些实施例中，所述控制模组具体用于：
11.根据所述第一位置信息，将吊有钢卷的所述吊车夹钳定位至第一设定位置；以及根据所述第二位置信息，将所述吊车夹钳定位至第二设定位置；以及根据所述第三位置信息，控制所述吊车夹钳将所述钢卷置于所述目标上卷位的鞍座；
12.其中，在所述吊有钢卷的吊车夹钳处于所述第一设定位置时，钢卷中心的正投影点位于所述包装步进梁在运动方向上的中心线上；在所述吊有钢卷的吊车夹钳处于所述第二设定位置时，所述钢卷中心的正投影点为所述包装步进梁在所述目标上卷位的中心点。
13.在一些实施例中，所述第一定位单元包括至少两个第一激光测距传感器和至少两个第一镜面反射传感器，所述第一激光测距传感器用于获取所述钢卷与所述第一定位单元之间的第一距离，所述第一镜面反射传感器用于获取所述吊车夹钳是否处于所述第一设定位置的第一确认信息，所述第一距离和所述第一确认信息组成所述第一位置信息。
14.在一些实施例中，所述第二定位单元包括至少两个第二激光测距传感器和至少两个第二镜面反射传感器，所述第二激光测距传感器用于获取所述吊车夹钳与所述第二定位单元之间的第二距离，所述第二镜面反射传感器用于获取所述吊车夹钳是否处于所述第二设定位置的第二确认信息，所述第二距离和所述第二确认信息组成所述第二位置信息。
15.在一些实施例中，所述第三定位单元包括至少两个第三激光测距传感器和至少三个第三镜面反射传感器；所述第三激光测距传感器用于获取所述吊车夹钳与所述第三定位单元之间的第三距离，所述第三镜面反射传感器用于获取所述吊车夹钳是否处于设定高度的第三确认信息，所述第三距离和所述第三确认信息组成所述第三位置信息。
16.在一些实施例中，所述包装步进梁定位模组还包括：
17.n个第四镜面反射传感器，一个所述第四镜面反射传感器设置在一个所述上卷位处；所述第四镜面反射传感器的法线与所述包装步进梁之间的夹角为30～60
°
；
18.n个第一接近开关，一个所述第一接近开关设置在一个所述上卷位的鞍座处，用于获取所述钢卷是否抵达所述目标上卷位的鞍座的确认信息。
19.在一些实施例中，所述吊车夹钳包括大梁和活动设置在所述大梁上的钳臂，所述夹钳开度定位单元具体包括：
20.第四激光测距传感器，设置在所述钳臂上，用于获取所述吊车夹钳的开度距离；
21.第五激光测距传感器，设置在所大梁上，用于获取所述大梁与所述钢卷之间的第四距离；
22.两套夹钳定位子单元，一套所述夹钳定位子单元设置在所述大梁的一侧，一套所述夹钳定位子单元设置在所述大梁的另一侧；一套所述夹钳定位子单元包括至少一个第六激光测距传感器和至少一个第五镜面反射传感器；所述第六激光测距传感器用于获取所述大梁与所述第三定位单元之间的第五距离，所述第五镜面反射传感器用于获取所述吊车夹钳的开度状态；
23.其中，所述开度距离、所述第四距离、所述第五距离和所述开度状态组成所述开度信息。
24.在一些实施例中，所述夹钳开度定位单元还包括：
25.两个第二接近开关，一个所述第二接近开关设置在一个所述钳臂上。
26.在一些实施例中，所述控制系统还包括：
27.可视化模组，用于可视化输出所述吊车夹钳将钢卷置于目标上卷位的控制过程和
所述吊车夹钳在吊运所述钢卷时的吊运状态。
28.第二方面，基于相同的发明构思，根据本发明实施例提供了一种钢卷吊运的控制方法，包括：
29.接收吊车夹钳的第一位置信息、第二位置信息、第三位置信息和开度信息；所述第一位置信息是由设置在包装步进梁的尾部的第一定位单元获取的，所述第二位置信息是由设置在目标上卷位处的第二定位单元获取的，所述第三位置信息是由设置在所述包装步进梁的尾部的第三定位单元获取的，所述开度信息是由设置在所述吊车夹钳上的夹钳开度定位单元获取的；所述包装步进梁包括n个上卷位，n≥2且为整数；
30.根据所述第一位置信息、所述第二位置信息和所述第三位置信息，控制所述吊车夹钳将钢卷置于所述目标上卷位的鞍座，以及根据所述开度信息，确定所述吊车夹钳在吊运所述钢卷时的吊运状态。
31.通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：
32.本发明提供了一种钢卷吊运的控制系统，包括包装步进梁定位模组、吊车夹钳定位模组和控制模组，其中的包装步进梁定位模组包括一套第一定位单元和多套第二定位单元，第一定位单元设置在包装步进梁的尾部以获取吊车夹钳的第一位置信息，一套第二定位单元设置在一个上卷位处以获取吊车夹钳的第二位置信息；吊车夹钳定位模组包括夹钳开度定位单元和第三定位单元，第三定位单元设置在包装步进梁的尾部以获取所述吊车夹钳的第三位置信息，夹钳开度定位单元设置在吊车夹钳上以获取吊车夹钳的开度信息；其中，通过结合在吊车夹钳的运动方向上的第一位置信息、与所述运动方向垂直且共面的第二方向上的第二位置信息和在吊车夹钳的升降方向上的第三位置信息，提高了在钢卷吊运、落卷过程中吊车夹钳与包装步进梁之间的协同性和吊车夹钳的定位精度，而通过吊车夹钳的开度信息可以监控吊车夹钳在吊运钢卷时的状态，避免吊车夹钳因状态异常损坏钢卷，从而提高钢卷在吊运过程中以及钢卷在包装步进梁上落卷时的产品质量。
33.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
34.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
35.图1示出了根据本发明实施例提供的钢卷吊运控制系统的示意图；
36.图2示出了第一方向、第二方向和第三方向的示意图；
37.图3示出了根据本发明实施例提供的包装步进梁运动方向上的中心线和目标上卷位的中心点示意图；
38.图4示出了根据本发明实施例提供的吊车夹钳的示意图；
39.图5示出了根据本发明实施例提供的钢卷吊运的控制方法流程示意图；
40.图6示出了根据本发明实施例提供的控制系统的架构示意图；
41.图7示出了根据本发明实施例提供的包装步进梁定位模组示意图；
42.图8示出了根据本发明实施例提供的吊车夹钳定位模组的示意图；
43.图9示出了根据本发明实施例提供的控制吊车夹钳在第一方向上移动的程序功能实现示意图；
44.图10示出了根据本发明实施例提供的控制吊车夹钳在第二方向上移动的程序功能实现示意图；
45.图11示出了根据本发明实施例提供的控制吊车夹钳在第三方向上移动的程序功能实现示意图；
46.图12示出了根据本发明实施例提供的吊车夹钳的钳臂打开状态监控的程序功能实现示意图；
47.图13示出了根据本发明实施例提供的吊车夹钳的吊卷过程监控的程序功能实现示意图；
48.图14示出了根据本发明实施例提供的上卷位状态指示灯的程序功能实现示意图；
49.图15示出了根据本发明实施例提供的钢卷状态指示灯的程序功能实现示意图；
50.图16示出了根据本发明实施例提供的吊车夹钳开度状态监控的程序功能实现示意图；
51.附图标记说明：
52.10：包装步进梁定位模组；101：第一定位单元；102：第四镜面反射传感器；103、上卷位左侧激光测距传感器；104：第一接近开关；106、107、108：第二定位单元；109：上卷位右侧激光测距传感器；110：第四镜面反射传感器的配套反射板；111、上卷位状态指示灯；112、夹钳状态指示灯；113、钢卷状态指示灯；
53.20：吊车夹钳定位模组；201：第三定位单元；202：夹钳下位镜面反射传感器；203：夹钳上位镜面反射传感器；204、205：第五激光测距传感器；206、上位镜面反射传感器的配套反射板；207、下位镜面反射传感器的配套反射板；208、209：夹钳定位子单元；210、211：第二接近开关；212：第四激光测距传感器；22：大梁；23：钳臂；24：吊钩；
54.30：控制模组。
具体实施方式
55.为了使本技术所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本技术，下面结合附图，通过具体实施例对本技术技术方案作详细描述。在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。除非另有特别说明，本发明中用到的各种设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
56.为了解决钢卷在包装步进梁处上卷时，存在的包装步进梁与吊车夹钳之间的协同性差，钢卷在落卷过程中的定位精度不足的问题。第一方面，在一个可选的实施例中，如图1所示，提供了一种钢卷吊运的控制系统，其整体思路如下：
57.控制系统包括：包装步进梁定位模组10、吊车夹钳定位模组20和控制模组30；所述包装步进梁定位模组10包括一套第一定位单元和n套第二定位单元；所述第一定位单元设置在包装步进梁的尾部，用于获取吊车夹钳在第一方向上的第一位置信息；所述包装步进
梁包括n个上卷位，一套所述第二定位单元设置在一个所述上卷位处，用于获取所述吊车夹钳在第二方向上的第二位置信息；n≥2且为整数；所述吊车夹钳定位模组20包括第三定位单元和夹钳开度定位单元；所述第三定位单元设置在所述包装步进梁的尾部，用于获取所述吊车夹钳在第三方向上的第三位置信息；所述夹钳开度定位单元用于获取所述吊车夹钳的开度信息；所述控制模组30用于根据所述第一位置信息、所述第二位置信息和所述第三位置信息，控制所述吊车夹钳将钢卷置于目标上卷位；以及用于根据所述开度信息，确定所述吊车夹钳在吊运所述钢卷时的吊运状态；
58.其中，所述第一方向为所述包装步进梁的运动方向，所述第二方向与所述运动方向垂直且与水平面共面，所述第三方向与所述运动方向垂直且与竖直面共面。第一方向，第二方向和第三方向的示意可参阅图2。
59.本实施例提供的控制系统，其提高包装步进梁与吊车夹钳之间的协同性和钢卷在落卷过程中的定位精度的原理为：将包装步进梁定位模组10的第一定位单元设置在包装步进梁的尾部以获取吊车夹钳的第一位置信息，一套第二定位单元设置在一个上卷位处以获取吊车夹钳的第二位置信息；将吊车夹钳定位模组20的第三定位单元设置在包装步进梁的尾部以获取所述吊车夹钳的第三位置信息，夹钳开度定位单元设置在吊车夹钳上以获取吊车夹钳的开度信息；通过结合在吊车夹钳的运动方向上的第一位置信息、与所述运动方向垂直且共面的第二方向上的第二位置信息和在吊车夹钳的升降方向上的第三位置信息，提高了在钢卷吊运、落卷过程中吊车夹钳与包装步进梁之间的协同性和吊车夹钳的定位精度，而通过吊车夹钳的开度信息可以监控吊车夹钳在吊运钢卷时的状态，避免吊车夹钳因状态异常损坏钢卷，从而提高钢卷在吊运过程中以及钢卷在包装步进梁上落卷时的产品质量。
60.具体的，控制模组30可使用一级系统中的可编程逻辑控制器(plc)以实现所需的功能。对于吊车夹钳，可以直接在吊车plc控制器中编程增加对应的功能。
61.包装步进梁定位模组10用于获取吊车夹钳与包装步进梁之间的相对位置关系，用于配合控制模组30将吊车夹钳定位至以包装步进梁为参照物的预设位置。吊车夹钳定位模组20用于定位吊车夹钳在落卷过程中的升降位置和监控吊车夹钳的吊运状态，保证钢卷以合适的速度落到包装步进梁的鞍座上，避免落卷过程中产生的钢卷质量缺陷。接下来分别对包装步进梁定位模组10和吊车夹钳定位模组20进行说明：
62.一、包装步进梁定位模组10
63.包装步进梁定位模组10中的第一定位单元设置在包装步进梁的尾部，与包装步进梁之间的高度差为设定值。第一定位单元获取的第一位置信息为吊车夹钳在包装步进梁运动方向上的相对位置关系。控制模组30根据第一位置信息，将吊有钢卷的吊车夹钳定位至第一设定位置。第一设定位置与包装步进梁的运动方向相关，较佳的位置是当吊车夹钳或钢卷处于第一设定位置时，吊车夹钳或钢卷的中心点在地面上的正投影点位于包装步进梁在运动方向上的中心线上，即吊车夹钳或钢卷的中点与包装步进梁在运动方向上的中心线重合；或者至少满足吊车夹钳或钢卷在地面上的正投影图形与包装步进梁在运动方向上的中心线相交。运动方向上的中心线可以是包装步进梁几何方向上的中心轴线，吊车夹钳或钢卷的中心点可以是质心所在的点，也可以是几何上的中心点，还可以是对称点等。
64.本实施例中的第一定位单元、第二定位单元和第三定位单元，均可以选择激光测
距传感器+镜面反射传感器或超声波测距传感器+镜面反射传感器的定位方案，测距传感器与镜面反射传感器的配合能够提高吊车夹钳或钢卷的定位精度。本实施例采用前者，故而，第一定位单元包括至少两个第一激光测距传感器和至少两个第一镜面反射传感器；其中，所述第一激光测距传感器用于获取所述钢卷与所述第一定位单元之间的第一距离，所述第一镜面反射传感器用于获取所述吊车夹钳是否处于所述第一设定位置的第一确认信息，所述第一距离和所述第一确认信息组成所述第一位置信息。
65.本实施例中的激光测距传感器测得距离的模拟量信号，得到吊车夹钳或钢卷之间的距离；而镜面反射传感器测得的是开关量信号，若值为1，则表示吊车夹钳或钢卷处于该镜面反射传感器限定的预设位置处，若值为0，则表示吊车夹钳或钢卷不处于该预设位置处。因此，可将至少两个第一激光测距传感器和至少两个第一镜面反射传感器安装在第一支架上，然后将第一支架布置在包装步进梁的尾部得到第一定位单元。通过调整第一支架的布置位置和传感器的安装位置，可在满足所有第一镜面反射传感器输出的值均为1时，确认吊车夹钳或钢卷处于第一设定位置处；而所有的第一激光测距传感器测得的吊车夹钳或钢卷的距离值则用于吊车夹钳在运动过程中的位置控制，以将吊车夹钳或钢卷准确定位至第一设定位置。之所以使用至少两个第一激光测距传感器和至少两个第一镜面反射传感器，是因为如此能够进一步提高吊运夹钳或钢卷的定位精度。
66.当吊运夹钳或钢卷抵达第一设定位置后，可使吊车夹钳顺着包装步进梁的运动方向进行横向移动，结合第二定位单元获取的第二位置信息，使吊车夹钳移动至位于目标上卷位上方的第二设定位置处。其中，包装步进梁上通常设置有多个上卷位，而目标上卷位则是本次的吊运钢卷应当在包装步进梁上何处落卷的指定上卷位。第二设定位置与包装步进梁的运动方向的垂直且共面的方向相关，较佳的位置是当吊车夹钳或钢卷处于第二设定位置时，吊车夹钳或钢卷的中心在地面或步进梁上的正投影点为目标上卷位的中心点，或者至少满足吊车夹钳或钢卷在地面上的正投影图形覆盖目标上卷位的中心点。目标上卷位的中心点可以是目标上卷位的几何中心点，或者位于目标上卷位处的鞍座的几何中心点。由于上卷位的数量为多个，因此第二定位单元的数量与上卷位的数量相同，即在每一个上卷位处均需要设置一套第二定位单元。
67.其中，包装步进梁的中心线和目标上卷位的中心点的示意可参阅图3。
68.与第一定位单元类似，第二定位单元可以包括至少两个第二激光测距传感器和至少两个第二镜面反射传感器，所述第二激光测距传感器用于获取所述吊车夹钳与所述第二定位单元之间的第二距离，所述第二镜面反射传感器用于获取所述吊车夹钳是否处于所述第二设定位置的第二确认信息，所述第二距离和所述第二确认信息组成所述第二位置信息。在实施时，可将至少两个第二激光测距传感器和至少两个第二镜面反射传感器安装在第二支架上，然后将第二支架布置在上卷位的一侧。通过调整第二支架的布置位置和传感器的安装位置，可在所有第二镜面反射传感器输出的值均为1时，确认吊车夹钳或钢卷处于第二设定位置处。而所有的第二激光测距传感器测得的吊车夹钳或钢卷的距离值则用于吊车夹钳在运动过程中的位置控制，以将吊车夹钳或钢卷准确定位至第二设定位置处。
69.在一些实施例中，包装步进梁定位模组10还包括：
70.n个第四镜面反射传感器，一个所述第四镜面反射传感器设置在一个所述上卷位处；所述第四镜面反射传感器的法线与所述包装步进梁之间的夹角为30～60
°
；
71.n个第一接近开关，一个所述第一接近开关设置在一个所述上卷位的鞍座处，用于获取所述钢卷是否抵达所述目标上卷位的鞍座的确认信息。
72.其中，第四镜面反射传感器是倾斜布置的斜射镜面反射传感器，用于确定钢卷是否处于目标上卷位的鞍座上方，因此在每一个上卷位处均应当设置一个第四镜面反射传感器。若第四镜面反射传感器的输出值为1，则表示钢卷此时位于目标上卷位的鞍座上方，且与鞍座之间的距离为设定距离，此时要注意控制钢卷的下落速度，避免钢卷快速落卷造成的质量问题。若第四镜面反射传感器的输出值为0，则表示钢卷此时还未到达目标上卷位的鞍座上方。
73.第一接近开关设置在每一个上卷位的鞍座表面，用于确认钢卷是否落在目标上卷位的鞍座。在钢卷靠近第一接近开关时，第一接近开关发出信号，以使控制模组30控制此信号将吊车夹钳的下落速度切换至超低速，以实现钢卷的软着陆，减少钢卷落卷到鞍座时的冲击，避免产生钢卷质量问题。
74.在一些实施例中，包装步进梁定位模组10还包括：
75.设置在每个上卷位两侧的第七激光测距传感器，第七激光测距传感器用于检测步进梁一侧固定点到钢卷一侧端面的距离，以及步进梁另一侧固定点到钢卷另一侧端面的距离。上述距离值用于控制钢卷在上卷位的落卷过程，以进一步提高落卷过程中的钢卷定位精度。
76.二、吊车夹钳定位模组20
77.吊车夹钳定位模组20用于获取吊车夹钳在第三方向上的第三位置信息和吊车夹钳的开度信息，分别通过第三定位单元和夹钳开度定位单元获取。
78.第三定位单元设置在包装步进梁的尾部，用于获取吊车夹钳在升降方向上的第三位置信息。并基于所述第三位置信息，控制所述吊车夹钳将所述钢卷置于所述目标上卷位的鞍座。也就是说，在天车吊运钢卷在包装步进梁上的落卷过程中，吊车夹钳在进行升降时的位置信息通过第三定位单元确定。
79.可选的，第三定位单元包括至少两个第三激光测距传感器和至少三个第三镜面反射传感器；所述第三激光测距传感器用于获取所述吊车夹钳与所述第三定位单元之间的第三距离，所述第三镜面反射传感器用于获取所述吊车夹钳是否处于设定高度的第三确认信息，所述第三距离和所述第三确认信息组成所述第三位置信息。可将所述至少两个的第三激光测距传感器和所述至少三个的第三镜面反射传感器安装在第三支架上，然后将第三支架布置在包装步进梁的尾部。其中，至少三个第三镜面反射传感器可安装在第三支架的不同设定高度处，用于确认当前钢卷的吊运高度，在某一个第三镜面反射传感器输出的信号从0变为1时，表明钢卷此时正处于该第三镜面反射传感器所在的高度，因此根据第三镜面反射传感器的开光量信号，可在钢卷落卷过程中形成多个设定高度点，在钢卷落卷过程中，按照从高到低的顺序依次经过这些设定高度点时，合理地切换落卷速度，以实现钢卷在包装步进梁上落卷的平稳控制，避免出现钢卷的挤压变形，产生质量缺陷。
80.以三个第三镜面反射传感器为例，当控制模组30检测到最高位置的第三镜面反射传感器输出信号从0变为1时，控制吊车夹钳的下落速度从高速切换到中速；当控制模组30检测到中间位置的第三镜面反射传感器输出信号从0变为1时，控制吊车夹钳的下落速度从中速切换到低速；当控制模组30检测到最低位置的第三镜面反射传感器输出信号从0变为1
时，控制吊车夹钳的下落速度从低速切换到超低速。
81.对于吊车夹钳，如图4所示，其重要组件包括大梁22、钳臂23和吊钩24，钳臂23至少有两条，活动设置在大梁22的两侧，通过钳臂23的开合使夹钳吊起钢卷或在落卷后撤离钢卷。
82.夹钳开度定位单元则具体包括：
83.第四激光测距传感器，设置在所述钳臂23上，用于获取所述吊车夹钳的开度距离；
84.第五激光测距传感器，设置在所大梁22上，用于获取所述大梁22与所述钢卷之间的第四距离；
85.两套夹钳定位子单元，一套所述夹钳定位子单元设置在所述大梁22的一侧，一套所述夹钳定位子单元设置在所述大梁22的另一侧；一套所述夹钳定位子单元包括至少一个第六激光测距传感器和至少一个第五镜面反射传感器；所述第六激光测距传感器用于获取所述大梁22与所述第三定位单元之间的第五距离，所述第五镜面反射传感器用于获取所述吊车夹钳的开度状态；
86.需要说明的是，所述开度距离、所述第四距离、所述第五距离和所述开度状态组成所述开度信息，控制模组30根据所述开度信息确认吊车夹钳的状态是否异常。
87.具体的，第四激光测距传感器可设置在任意一条钳臂23上，通过测量两条钳臂23之间的距离得到所需的开度距离。
88.第五激光测距传感器设置在大梁22上，在吊车夹钳吊有钢卷时，测量大梁22到钢卷之间的高度差得到所需的第四距离。
89.两套夹钳定位子单元分别设置在大梁22的两侧或两端，其中，第五镜面反射传感器可设置在大梁22的下表面，当钳臂23运动到大梁22的指定位置时，第五镜面反射传感器输出值变为1，可用于反映吊车夹钳的开度状态。第六激光测距传感器可设置在大梁22的侧面，用于测量大梁22与第三定位单元之间的第五距离。控制模组30根据第五距离和开度状态，可以确定夹钳在垂直方向上的位置是否正常，防止夹钳下降高度过低，挤伤钢卷。
90.可选的，夹钳开度定位单元还包括：两个第二接近开关，一个所述第二接近开关设置在一个所述钳臂23上。对于位于同一条钳臂23侧的第二接近开关和第五镜面反射传感器，其检测的开关量信号的配合，能够判断该条钳臂23的状态是否正常。例如，在吊运钢卷时，对于左侧钳臂，若左侧的第二接近开关的输出的信号值为1，第五镜面反射传感器输出值为1，则表明此时左侧钳臂的吊运状态正常；对于右侧钳臂，若右侧的第二接近开关的输出的信号值为0，第五镜面反射传感器输出值为1，则表面右侧钳臂没有打开到位，存在状态异常。故而，通过比对左右夹钳的工作状态，判断左右夹钳工作的同步性是否良好，防止吊运过程中出现钢卷夹伤和吊运夹钳的设备损伤。
91.在一些实施例中，控制系统还包括：
92.可视化模组，用于可视化输出所述吊车夹钳将钢卷置于目标上卷位的控制过程和所述吊车夹钳在吊运所述钢卷时的吊运状态。通过可视化模组，可以让作业区的技术人员随时掌握天车在吊运钢卷时的吊运状态。同时在天车夹钳出现异常时，可视化模组可将异常信息进行图形化展示和可视化诊断，方便技术人员及时通知设备处的人员进行整改。
93.在一些实施例中，控制系统还包括：
94.n套指示灯模组，一套指示灯模组设置在一个上卷位处，用于根据不同的天车吊运
钢卷的状态进行对应的闪烁提示。状态类型不限于：包装步进梁正常运行、不能上卷、钢卷定位存在偏差，等等。
95.通过指示灯模组可以方便操作人员和运维人员迅速发现吊运钢卷过程中的异常状态，提升设备点检人员对设备状态的掌控，从而提升设备管理水平。
96.第二方面，在另一个可选的实施例中，如图5所示，提供了一种钢卷吊运的控制方法，其整体思路如下：
97.s501：接收吊车夹钳的第一位置信息、第二位置信息、第三位置信息和开度信息。
98.其中，所述第一位置信息是由设置在包装步进梁的尾部的第一定位单元获取的，所述第二位置信息是由设置在目标上卷位处的第二定位单元获取的，所述第三位置信息是由设置在所述包装步进梁的尾部的第三定位单元获取的，所述开度信息是由设置在所述吊车夹钳上的夹钳开度定位单元获取的；所述包装步进梁包括n个上卷位，n≥2且为整数；
99.s602：根据所述第一位置信息、所述第二位置信息和所述第三位置信息，控制所述吊车夹钳将钢卷置于所述目标上卷位的鞍座，以及根据所述开度信息，确定所述吊车夹钳在吊运所述钢卷时的吊运状态。
100.具体的，在控制控制所述吊车夹钳将钢卷置于所述目标上卷位的鞍座时，可采用如下的方案：
101.根据所述第一位置信息，将吊有钢卷的所述吊车夹钳定位至第一设定位置；
102.根据所述第二位置信息，将所述吊车夹钳定位至第二设定位置；
103.根据所述第三位置信息，控制所述吊车夹钳将所述钢卷置于所述目标上卷位的鞍座。
104.其中，在吊有钢卷的吊车夹钳处于所述第一设定位置时，吊车夹钳中心或钢卷中心的正投影点位于所述包装步进梁在运动方向上的中心线上；在吊车夹钳处于所述第二设定位置时，吊车夹钳中心或钢卷中心的正投影点为所述包装步进梁在所述目标上卷位的中心点。
105.为了更直观的说明上述实施例提供的控制系统，接下来结合具体实施方式进行说明。
106.在某冷轧厂的包装作业区应用本发明提供的钢卷吊运的控制系统，包括：一套包装步进梁定位模组10、一套吊车夹钳定位模组20、一套网络通讯系统和一套可视化监测及报警软件系统。
107.其中，网络通讯系统包括网络系统和控制模组30；控制模组30采用吊车plc控制器和包装plc控制器，用于实时比对吊车夹钳和包装步进梁状态信息，网络系统基于无线以太网通信实现吊车plc和包装plc之间的的数据互传。
108.可视化监测及报警软件系统可以使用上位机系统中的人机交互界面(hmi)模组，可将包装步进梁和吊车夹钳的相关信息实时采集和记录，能实现信号的实时显示和监控以及过程数据的存储和调用。通过软件优化，能够分析和检测到吊车夹钳和包装步进梁自身和运行过程中的异常状态，并在hmi画面通过图文并茂的方式提示操作人员。
109.本实施例提供的控制系统的架构图可参阅图6。
110.包装步进梁和包装步进梁定位模组10请参阅图7，图7中的实线表示模拟量的测距信号，虚线表示开关量信号。其中，包装步进梁设置有3个上卷位：c31工位，c32工位和c33工
位，包装步进梁定位模组10具体包括：
111.1)第一定位单元101，具体为步进梁运动方向或前进、后退方向上的光电传感器集成装置，设置在包装步进梁的尾部，包括2个输出模拟量信号的第一激光测距传感器(采集信号为ai-wb-jq-dl和ai-wb-jq-dr)和2个输出开关量信号的第一镜面反射传感器(采集信号为di-wb-jq-center-l和di-wb-jq-center-r)。
112.2)输出开光量信号的第四镜面反射传感器102，布置在c31工位，采集信号为di-c31-coil-on，是斜射布置的镜面反射传感器；
113.3)位于c31工位、输出模拟量信号的上卷位左侧激光测距传感器103，采集信号为ai-c31-coil-dl；
114.4)设置在c31工位处的鞍座钢卷感应接近开关，即第一接近开关104，采集信号为di-c31-coil-down；
115.5)布置在c31工位处的第二定位单元106，第二定位单元106是在步进梁垂直方向上的光电传感器集成装置，包括2个输出模拟量信号的第二激光测距传感器(采集信号为ai-wb-jq-d-entry31和ai-wb-jq-d-exit31)和输出2个开关量信号的第二镜面反射传感器(采集信号为di-wb-jq-entry31和di-wb-jq-exit31)；
116.6)布置在c32工位处的第二定位单元107，包括2个输出模拟量信号的第二激光测距传感器(采集信号为ai-wb-jq-d-entry32和ai-wb-jq-d-exit32)和2个输出开关量信号的第二镜面反射传感器(采集信号为di-wb-jq-entry32和di-wb-jq-exit32)。
117.7)布置在c33工位处的第二定位单元108，包括2个输出模拟量信号的第二激光测距传感器(采集信号为ai-wb-jq-d-entry33和ai-wb-jq-d-exit33)和2个输出开关量信号的第二镜面反射传感器(采集信号为di-wb-jq-entry33和di-wb-jq-exit33)。
118.8)布置在c31工位、输出模拟量信号的上卷位右侧激光测距传感器109，采集信号为ai-c31-coil-dr；
119.9)布置在c31工位，第四镜面反射传感器的配套反射板110；
120.10)布置在c31工位处的上卷位状态指示灯111，显示3个信号为do-c31-lamp-ye、do-c31-lamp-gr、do-c31-lamp-re；
121.11)布置在c31工位处的夹钳状态指示灯112，显示4个信号：do-c31-jq-l、do-c31-jq-r、do-c31-jq-en、do-c31-jq-ex；
122.12)布置在c34工位的钢卷状态指示灯113，显示2个信号为do-c34-coil-l、do-c34-coil-r。
123.吊车夹钳和吊车夹钳定位模组20的示意图请参阅图8，图8中的实线表示模拟量的测距信号，虚线表示开关量信号。
124.吊车夹钳定位模组20具体包括：
125.1)设置在包装步进梁尾部的第三定位单元，具体为步进梁垂直平面上的上升、下降方向的光电传感器集成装置，包括2个输出模拟量信号的第三激光测距传感器(采集信号为ai-c-jq-01和ai-c-jq02)和3个输出开关量信号的第三镜面反射传感器(采集信号为di-jq-high-01、di-jq-high-02、di-jq-high-03)；
126.2)设置在吊车夹钳左侧钳臂上的下位镜面反射传感器202，采集信号为di-jq-l-down；其中，左侧和右侧是针对附图6而言的；
127.3)设置在吊车夹钳左侧钳臂上的上位镜面反射传感器203，采集信号为di-jq-l-up；
128.4)输出模拟量信号的第五激光测距传感器204，设置在吊车夹钳的大梁22的左侧位置，用于测量大梁22左侧参考点至钢卷顶部的距离，采集信号为ai-d-jq-l；
129.5)输出模拟量信号的第五激光测距传感器205，设置在吊车夹钳的大梁22的右侧位置，用于测量大梁22右侧参考点至钢卷顶部的距离，采集信号为ai-d-jq-r；
130.6)设置在吊车夹钳右侧钳臂，上位镜面反射传感器的配套反射板206，配合采集信号为di-jq-l-up；
131.7)设置在吊车夹钳右侧钳臂，下位镜面反射传感器的配套反射板207，配合采集信号为di-jq-l-down；
132.8)设置在吊车夹钳的大梁22左侧的夹钳定位子单元208，即夹钳左侧光电传感器集成装置，包括1个输出模拟量信号的第六激光测距传感器(采集信号为ai-c-jq-l)和1个输出开关量信号的第五镜面反射传感器(采集信号为di-jq-open-l)。
133.9)设置在吊车夹钳的大梁22右侧的夹钳定位子单元209，即夹钳右侧光电传感器集成装置，包括1个输出模拟量信号的第六激光测距传感器(采集信号为ai-c-jq-r)和1个输出开关量信号的第五镜面反射传感器(采集信号为di-jq-open-r)；
134.10)设置在吊车夹钳的左侧钳臂的钢卷第二接近开关210，输出开关量信号，配合采集信号为di-jq-l-coil-on；
135.11)设置在吊车夹钳的右侧钳臂的钢卷第二接近开关211，输出开关量信号，配合采集信号为di-jq-r-coil-on；
136.12)设置在左侧钳臂上方，输出模拟量信号的第四激光测距传感器，用于测量夹钳的开度距离，采集信号为ai-jq-open-dis。
137.综上，本实施例涉及的信号汇总如表1所示：
138.表1：控制组件中的信号变量汇总
139.140.[0141][0142]
以在吊车吊运钢卷，需要在包装步进梁的c31上卷位落卷为例，可采用如下的方案：
[0143]
s101：吊车夹钳从高处下降到等待高度。
[0144]
通过第三定位单元201中的3个垂直布置(即在不同高度布置)的第三镜面反射传感器(采集信号为di-jq-high-01、di-jq-high-02、di-jq-high-03)进行定位，使吊车夹钳快速且准确的定位到等待高度；等待高度距包装步进梁上的鞍座约4.0米。通过第三定位单元201可将吊车夹钳的定位精度控制在+3mm以内。
[0145]
s102：吊车夹钳到步进梁运动方向中心位置。
[0146]
通过第一定位单元101中的2个水平布置的第一镜面反射传感器(di-wb-jq-center-l和di-wb-jq-center-r)和2个水平布置的第一激光测距传感器(ai-wb-jq-dl和ai-wb-jq-dr)，使吊车夹钳快速且准确的定位到预定位置；当吊车夹钳处于该位置时，吊车夹钳中心在步进梁上的正投影点位于步进梁在运动方向上的中心线，此时吊车夹钳距步进梁的垂直距离约4.0米。通过第一定位单元101，可将吊车夹钳的定位精度控制在+3mm以内。
[0147]
s103：吊车夹钳到步进梁垂直方向中心位置。
[0148]
通过布置在c31工位的第二定位单元106中的2个水平布置的第二镜面反射传感器(采集信号：di-wb-jq-entry31和di-wb-jq-exit31)和2个水平布置的第二激光测距传感器(采集信号：ai-wb-jq-d-entry31和ai-wb-jq-d-exit31)使吊车夹钳快速且准确的定位到预定位置，当吊车夹钳处于该位置时，吊车夹钳中心在步进梁上的正投影点位于c31上卷位的中心点或鞍座的中心点，此时吊车夹钳距c31上卷位鞍座中心的距离约4.0米。通过第二定位单元106，可将吊车夹钳的定位精度控制在+3mm以内。
[0149]
s104：吊车夹钳下降到落卷区域。
[0150]
在c31上卷位，通过1个斜射布置的第四镜面反射传感器102(采集信号为：di-c31-coil-on)，将吊车下降速度由高速切换到中速。
[0151]
s105：吊车夹钳下降到落卷完成位置。
[0152]
在钢卷触发第一接近开关104(采集信号：di-c31-coil-down)时，将吊车下降速度由中速切换到低速，实现钢卷在鞍座上的软着陆，避免钢卷下落较快导致挤压变形，影响产品质量。
[0153]
s106：吊车夹钳打开。
[0154]
在落卷后，控制吊车夹钳的钳臂23打开到最大位置，具体是感应到第二接近开关210,211(di-jq-l-coil-on和di-jq-r-coil-on)。
[0155]
s107：吊车夹钳垂直上升到等待高度。
[0156]
在吊车夹钳的钳臂23打开到最大位置后，控制吊车慢速上升到等待高度4.0米位置以撤离钢卷，在感应到第三定位单元201中布置在4.0米高度的第三镜面反射传感器时，表明吊车夹钳已到达等待高度。
[0157]
s108：吊车夹钳上卷工作完成离开。
[0158]
吊车快速上升到运行高度6.0米位置，可进行下一步工作，或回到原始位置。
[0159]
在上述控制过程中，实现了：
[0160]
一、上卷过程中的快速高精度定位，实现了无人化上卷：在第一方向，即步进梁前进、后退方向上的定位精度在+3mm以内，在第二方向，即与运动方向垂直且同处于水平面内的步进梁垂直方向上的定位精度在+3mm以内。
[0161]
具体的，吊车夹钳在第一方向(包装步进梁的前进方向)的对中定位通过siemens s7-400plc控制器和s120变频器进行控制。用于定位的横移速度分为高速、中速和低速3种，高速为30m/min，中速3m/min，低速为0.6m/min。通过第一定位单元101中的2个第一激光测距传感器(采集信号ai-wb-jq-dl和ai-wb-jq-dr)，在平均值低于6米的范围内时将吊车夹钳速度从高速切换到中速，通过2个第一镜面反射传感器的开关量信号(采集信号为di-wb-jq-center-l和di-wb-jq-center-r)，将吊车夹钳的移动速度从中速切换到低速，再在从低速切换到停止，使吊车夹钳位于第一设定位置。两个光栅的距离固定为120mm，控制示意图请参阅图9。此时吊车夹钳或钢卷位于包装步进梁的正上方，其中心点在包装步进梁上的正投影点与包装步进梁在运动方向上的中心线基本重合。
[0162]
吊车夹钳在第二方向(包装步进梁的垂直方向，与运动方向垂直且处于同一个水平面)的对中定位通过siemens s7-400plc控制器和s120变频器进行控制，用于定位的横移速度分为3种：高速、中速和低速，高速为12m/min，中速1.2m/min，低速为0.3m/min。分别通过第二定位单元106中2个第二镜面反射传感器的采集信号：di-wb-jq-entry31和di-wb-jq-exit31，将吊车夹钳移动速度从高速切换到中速，再从中速切换到低速，最后从低速切换到停止，使吊车夹钳位于第二设定位置。两个光栅的距离固定为60mm。控制示意图请参阅图10。此时钢卷位于c31上卷位的正上方，其中心点在包装步进梁上的正投影点与c31上卷位处的鞍座中心基本重合。
[0163]
二、实现钢卷到鞍座的软着陆，避免钢卷下落较快导致挤压变形，保证产品质量。
[0164]
吊车夹钳在第三方向的运动，即夹钳的垂直升降通过siemens s7-400plc控制器和s120变频器控制，用于定位的升降速度分为4种：高速、中速、低速和超低速，其中高速为12m/min，中速2.4m/min，低速为0.6m/min，超低速0.3m/min。
[0165]
钢卷在垂直方向上的定位精度在+3mm以内。根据第三定位单元201中布置位置最
entry31和ai-wb-jq-d-exit31的测量值至少有一个大于4米且差值大于5mm，则判定钢卷偏出口，输出信号do-c31-arrow-ex以点亮箭头灯：钢卷状态指示灯-c31出口。控制示意图请参阅图14和图15。
[0174]
具备夹钳吊卷监控安全保障功能，通过第四激光测距传感器采集夹钳开度距离(采集信号为ai-jq-open-dis)，在夹钳没有收到打开或收拢命令时，模拟量ai-jq-open-dis的波动应小于+5mm，若超过则立即通过安全报警，停止当前运动命令，通过声光报警提示工作人员，就近安全降落着地。对应的控制示意图请参阅图16。
[0175]
通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：
[0176]
本发明提供了一种钢卷吊运的控制系统和控制方法，其中控制系统包括包装步进梁定位模组、吊车夹钳定位模组和控制模组，其中的包装步进梁定位模组包括一套第一定位单元和多套第二定位单元，第一定位单元设置在包装步进梁的尾部以获取吊车夹钳的第一位置信息，一套第二定位单元设置在一个上卷位处以获取吊车夹钳的第二位置信息；吊车夹钳定位模组包括夹钳开度定位单元和第三定位单元，第三定位单元设置在包装步进梁的尾部以获取所述吊车夹钳的第三位置信息，夹钳开度定位单元设置在吊车夹钳上以获取吊车夹钳的开度信息；其中，通过结合在吊车夹钳的运动方向上的第一位置信息、与所述运动方向垂直且共面的第二方向上的第二位置信息和在吊车夹钳的升降方向上的第三位置信息，提高了在钢卷吊运、落卷过程中吊车夹钳与包装步进梁之间的协同性和吊车夹钳的定位精度，而通过吊车夹钳的开度信息可以监控吊车夹钳在吊运钢卷时的状态，避免吊车夹钳因状态异常损坏钢卷，从而提高钢卷在吊运过程中以及钢卷在包装步进梁上落卷时的产品质量。
[0177]
尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
[0178]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。