双电机高精度多功能棒材飞剪控制系统的制作方法

专利名称：双电机高精度多功能棒材飞剪控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种冶金工业的棒材轧制的飞剪设备，尤其是一种用于多功能棒材飞 剪设备的控制系统。
背景技术：
在冶金工业的棒材轧制过程中，飞剪是整个棒材生产线的关键设备，对生产线的连续 无故障运行，轧制成品的成材率、定尺率有较大的影响。而飞剪的剪切精度和优化剪切对 减轻精整工序职工的劳动强度，提高劳动生产率影响极大，因此提高飞剪的工作性能和稳 定性就成为棒材连续轧钢的一个重大的课题。但棒材飞剪，因要求速度快、精度高、剪切 功能齐全、定位准确、工艺复杂，其自动控制一直是轧线控制的一个难点。
我国棒材生产厂家早期使用的飞剪基本为国外整套进口，价格高，花费了大量外汇， 全套引进包括机械设备和软件编程调试费用折合人民币高达几百万。而且由于国外厂家对 软件进行了加密处理，我国引进方对飞剪的控制原理缺乏了解，维护难度高，维修服务周 期长， 一旦出现故障，将会严重影响生产，给棒材生产厂家造成巨大的经济损失。
近十几年来，我国国内的工业自动化控制公司在参考了国外设备的基础上，逐步开发
了自主的倍尺飞剪控制系统，在经历了继电器连锁与模拟装置控制，PLC与数字传动系统 控制，PLC与数字传动系统网络控制等阶段，目前国内飞剪控制系统的技术水平己逐渐接 近进口设备的水平，但仍存在相当的不足。
我国自主开发的飞剪控制系统大多模仿国外的控制系统，与国外的控制系统具有大致 相同的技术特点飞剪由一台几百千瓦的直流他励电机驱动；飞剪的机械轴上安装接近开 关用于确定飞剪的起始位置和剪切位置；轧线布置上，在飞剪的前后各安装一台热金属检 测器用于测定轧件的线速度，从而计算出飞剪剪切时的设定速度；根据测定的速度，由剪 后的热金属检测器启动计时器，当计算出的轧件长度与设定长度相等时，向传动系统发出 剪切指令，传动系统驱动电机从起始点加速完成一次剪切并重新定位回到起始点。正是由 于上述几个特点，对飞剪的剪切精度产生了较大的影响。接近开关确定飞剪的起始位置和 剪切位置，这种定位存在死区，易受温度、震动等因素影响，定位精度不高， 一般误差在 4度以上，造成每次剪切的行程不同，影响剪切精度；采用安装在剪前和剪后的热金属检 测器测量的轧件速度是轧件在这段距离行走的平均速度，并不能准确代表轧件在剪后热金 属检测器后的行走速度，如果剪后热金属检測器感光后轧件速度发生波动，就直接影响剪 切长度的精度。此外，使用一台几百千瓦的直流他励龟机拖动，会增加电机的飞轮矩使系 统的快速响应能力变差，过度过程延长，降低了生产效率，和飞剪的剪切精度。
发明内容
本实用新型是要提供一种双电机高精度多功能棒材飞剪控制系统，用于解决现有飞剪
控制系统存在的定位精度差，直接影响剪切长度精度的技术问题。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是 一种双电机高精度多功能棒材飞剪控制
系统，该系统基于起停式飞剪，其机械传动部分的两个剪刃分别由一套直流电机和减速机
构成，而其剪机本体为一个整体；控制剪刃的两台直流电机共用一套控制装置(6RA70)
和PLC系统，两台电机的电枢和励磁分别串联；其特点是两台并联的直流电机电枢串联、
励磁串联后接控制装置(6RA70)和PLC系统；控制装置(6RA70)和PLC系统舉出的速
度给定和控制指令经电势和预控调节模块，励磁电流和预控调节模块处理后输入单相半控
桥回路，单相半控桥回路经分流器接两台并联的直流电机的串联励磁；检测器检測的位置
信号和测速信号经速度调节模块，电枢电流和预控调节模块处理后输入控桥回路，控桥回
路接两台并联的直流电机的串联电枢其中，测速信号还反馈给电势和预控调节模块，分流
器输出励磁电流实际信号给励磁电流和预控调节模块。
控制装置(6RA70)和PLC系统上配有CBP通讯板，并通过PROFIBUS-DP网进行数
据通讯，发出启动和停止指令以及速度指令；电势和预控调节模块由电势调节器(EC)和
电势预控器(EP)并联组成；励磁电流和预控调节模块由励磁电流调节器(FC)和励磁电
流预控器(FP)并联组成；速度调节模块由给定积分器(GJ)和速度调节器(SC)串联组
成；电枢电流和预控调节模块由电枢电流调节器(AC)和电枢电流预控器(AP)并联组成。
系统的剪刃定位精度为±0.5度，且尾段剪切无短尺；剪切速度范围为l~10m/s,两台直流
电动机的功率为37KW;PLC可编程控制器由电源模块(PS307)、高速计数模块(FM350-1)、
以太网通讯模块(6ES7-343)、开关量输入模块(DI)、开关量输出模块(DO)、模拟量输
出模块(AO)和模拟量输入模块(AI)组成；飞剪控制系统包括两级网络通讯，第一级
为工业以太网通讯，用于飞剪PLC和上位机通讯以实现飞剪的参数设定和状态显示；第二
级网络为PROFIBUS-DP网络协议，用于飞剪PLC向传动系统控制装置(6RE70)发送控
制指令及传动系统返回工作状态。
本实用新型与现有技术相比的有益效果是 (1)机械传动部分的两个剪刃分别由一套直流电机、减速机构成，而其剪机本体为一个
整体，运行稳定可靠，故障率低；两台电机的直流传动装置为双闭环可逆谰速与弱磁调速
配合的控制系统，两台并联直流电机由一套全数字直流调速系统控制，且来用电枢串联、
励磁串联的形式；该方式能有效地克服两台电机由于制造的原因而出现电枢电磁通不相等
的问题，防止了在双电机拖动系统中一台电机过载、过热而另一台却负载不足的情况，使 两台电机的速度变化率同步。采用双电机拖动的飞剪控制系统具有很好的快速响应性和稳 定性(图2所示)；全数字直流调速装置具有结构紧凑，控制功能齐全，调试简便等优点；
(2) 剪切速度范围满足n0m/s;
(3) 可实现切头、切尾、单切、碎断、任意分段剪切、倍尺剪切、剪切参数动态调整且
无需修改PLC程序，以及飞剪工作状态和故障信息实时显示等功能；
(4) 剪切棒材端面光滑，且采集出口机架码盘信号，精度可达土7mm;
(5) 剪切面积可达2500ram2 ;
(6) 尾段剪切无短尺；
(7) 飞剪剪刃定位精度达到土0.5度；
(8) 成品成材率提高0.5%。


图1是本实用新型的控制系统原理图； 图2是双电机拖动机械特性图； 图3是预控调节框图4是剪刃运行轨迹图5是飞剪和HMD的平面布置图6是飞剪切头时的动作执行过程示意图7是飞剪切尾时的动作执行过程示意图。
具体实雜方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本
实用新型而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，
本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附
权利要求书所限定的范围。
如图1所示，本实用新型的双电机高精度多功能棒材飞剪控制系统，基于起停式飞剪，
将传统的单台大功率直流电动机驱动，改为由两台37KW直流电动机组成的机械并联、电 气串联传动系统形式。控制系统采用德国西门子公司的S7-300PLC可编程控制器，该控制 器由电源模块PS307、高速计数模块FM350-1、开关量输入模块DI、开关量输出模块DO、 模拟量输出模块AO和模拟量输入模块AI组成。直流电动机驱动系统采用SIEMENS的全数
字直流调速系统6RA70，钢的信号检测由装在飞剪前后的三只热金属检测器完成。
本系统采用三环全数字控制方式，有全数字直流调速装置和PLC完成电流环、速度环、 位置环的运算和控制。操作人员利用操作台的工控机进行参数设定。工控机与S7-300PLC 之间采用以太网进行通讯，S7-300PLC与6RA70全数字直流调速装置之间采用PROFIBUS-DP 现场总线进行通讯。
双电机拖动，即是用两台小功率直流电机共同拖动飞剪上、下两剪刃，代替一台大功 率直流电动机。就本飞剪电气传动系统而言，两台直流电动机功率相等仅为37KW,且具有 相同的电气特点和性能，即使它们之间有差值，也应在磁场控制允许的范围内。两台电机 的直流传动装置为双闭环可逆调速与弱磁调速配合的控制系统，两台并联直流电机由一套 SIEMENS的全数字直流调速系统6RA70控制，且釆用电枢串联、励磁串联的形式(如图1)。 该方式能有效地克服两台电机由于制造的原因而出现电枢电磁通不相等的问题，防止在双 电机拖动系统中一台电机过载、过热而另一台却负载不足的情况，使两台电机的速度变化 率同步。
控制装置(6RA70)和PLC系统发出的速度给定和控制指令经电势和预控调节模块， 励磁电流和预控调节模块处理后输入单相半控桥回路，单相半控桥回路经分流器接两台并 联的直流电机的串联励磁；检测器检测的位置信号和测速信号经速度调节模块，电枢电流 和预控调节模块处理后输入控桥回路，控桥回路接两台并联的直流电机的串联电枢其中， 测速信号还反馈给电势和预控调节模块，分流器输出励磁电流实际信号^^励磁电流和预控 调节模块。
电势和预控调节模块由电势调节器EC和电势预控器EP并联缀成；M电流和预控调 节模块由励磁电流调节器FC和励磁电流预控器FP并联组成；速度调节機决由给定积分器 GJ和速度调节器SC串联组成；电枢电流和预控调节模块由电枢电流调节器AC和电枢电流 预控器AP并联组成。
本实用新型基于起停式飞剪，其机械传动部分的两个剪刃分别由一^直流电机和减速 机构成，而其剪机本体为一个整体。控制剪刃的两台直流电机共用一套6RA70装置和PLC 系统，两台电机的电枢和励磁分别串联。飞剪定位采用与飞剪剪刃同轴安装光电编码器， 并经西门子高速计数模块FM350-1运算的方法，使飞剪定位精度达到±0.5度以内；采用 出口机架轧辊编码器信号计数的方法计算剪切长度，避免轧机速度波动对飞剪剪切精度的 影响充分利用S7-300PLC扫描周期对剪切精度的影响；采用热金属检柳雕对轧件尾部进 行计算和尾部优化剪切计算；利用三台热金属检测器组成的检测网络，附之PLC程序实现
切头、切尾、单切、碎断、任意分段剪切、倍尺剪切等功能。
本实用新型包括飞剪的硬件配置和PLC软件编程，飞剪的硬件配置包括轧线轧机
及检测设备布置、飞剪机械设备和驱动电机、飞剪操作设备、传动系统设计、PLC配置及
网络结构；PLC软件编程又分为定位控制、切头剪切控制、切尾剪切控制、单切剪切控制、
碎断剪切控制、任意分段剪切控制、倍尺剪切控制、尾段优化剪切、监控画面设计。PLC 即可编程控制器是整套飞剪控制系统的核心部件。PLC要完成对现场检测设备的信号采集， 并根据剪切参数的设定完成数据计算，向传动系统发出剪切指令，并根据剪臂的实际位置， 进行定位控制，使飞剪快速精确地回到起始位置。因此，经过仔细的比较与筛选我课题组 选择了 S正MENS公司的SIMATIC S7-300系列PLC, SIMATIC S7-300PLC是S正MENS 公司设计生产的工业环境下使用的底版总线机架式PLC,用于中、高性能工业控制领域， 它采用模块化设计，有多种性能各异的CPU和I/0模块，易于系统扩展和分布控制，可根 据使用需求灵活组合配置，具有强大的数据处理能力和多种网络通讯功能，同时拥有良好 的电磁兼容性和抗冲击、耐振动性，能最大限度的适应各种工业环境。根据飞剪的控制要 求，在S7-300机架配有如下模块高性能电源模块6ES7307，中央处理器模块选用 6ES7315-2DP,以太网通讯模块6ES7-343，高速计数模块FM350-1、 32点开关量模块 6ES7321和32点开关量输出模块6ES7322。
整个飞剪控制系统采用两级网络通讯，第一级采用工业以太网通讯，用于飞剪PLC和 上位机通讯以实现飞剪的参数设定和状态显示。工业以太网通讯速率为10MB/S，采用802.3 国际标准，通讯介质同轴电缆，按照正EE标准，本网络段最多可有IOO个节点，目前设 计网络上只有十个节点左右，对采用载波监听，碰撞检测方式的ETHERNET不会造成通 讯率的衰减。第二级阿络采用PROFIBUS-DP网络协议，用于飞剪PLC向传动系统6RE70 发送控制指令及传动系统返回工作状态。PROFIBUS-DP网络，是国际上普遍采用的现场 总线，通讯速率1.5MB/S，通讯介质采用屏蔽双绞电缆，最大通讯距离取决于通讯速率， 若保证1.5MB/S的通讯速率，最大通讯距离〈200M，每段总线上最多可有32个节点(不 带REPEATER)。 PROFIBUS-DP网络为带有主从方式的令牌网络，适用于工业实时控制， 可以自动检测网络节点的加入和退出。
飞剪的定位控制是指对飞剪剪刃的控制，也即在接到剪切指令后控制飞剪剪切并最终 回到初始位置。由于本飞剪是采用起-停工作制，剪切和制动均在一周内完成，所以需要对 剪刃位置进行控制，因此在飞剪直流电动机所需的电流环、速度环外，另加一个位置环进 行控制，位置环的反馈为与剪刃同轴安装的位置编码器，以实现对剪刃位置的精确控制。 飞剪控制就是通过轧线检测设备判断轧件的行走位置和长度，适时地发出剪切指令， 使飞剪按照监控画面设定的剪切长度对轧件剪切。飞剪监控系统的目标是实现飞剪剪切参 数的动态调整，飞剪工作状态和故障信息的及时显示，为工厂维护人员处理故障提供帮助，
做到工厂维护人员不需要对PLC程序进行修改和监控就可以掌握飞剪及现场辅助设备和 现场检测设备的工作状态。
本实用新型的速度给定和控制指令 两台电机异轴并联，为了保证两台电机运转的一致性，控制系统必须保证同时启动、
制动和停止。由于本系统采用一套直流控制装置，所以在控制装置6RA70上配有CBP通讯 板和S7-300PLC通过PROFIBUS-DP网进行数据通讯，S7-300PLC同时给传动系统发出启动 和停止指令以及速度指令。 本实用新型的励磁控制
异轴并联的双电机控制系统，通常设计时，采用两套独立的励磁装置分别供给两台电 机的励磁电流。而本次设计中，将两台电机的励磁绕组串联，由一套励磁装置供电，虽励 磁绕组串联后要求励磁装置的输出电压有所提高，但两电机的同步性能得到加强。励磁电 流的调节部分在6RA70装置中完成，具有励磁电流设定、停机励磁和自动弱磁控制等功能。 其功率部分仍为单相半控桥回路，励磁电流实际信号取自励磁单元输出回路中的分流器，
调节器参数均可在优化运行中确定。 本实用新型的电势调节
由于两台电机的励磁控制是串联的，速度调节器在两电机共周系统中，为保证两套系 统同时进行自动弱磁控制和电势调节，对两台电机同时进行特性测试运行，来确定弱磁点、 磁化曲线和电势调节器的参数，从而达到两台电机的同步运行。
本实用新型的预控调节
在数字控制系统中，为了使给定和反馈信号很快通过控制环节挺响被调量,加快系统对 给定量的响应，都设计了预控环节。其原理是根据给定量及系统参数计算出控制对象所需
的控制信号，直接作用于控制对象。在系统中有电枢电流预控、EMF预控和励磁电流预控
环节。以电枢电流预控介绍预控结构原理。
电枢电流預控环节是根据电枢电流给定，电动机电枢回路参数电阻，电感以及电势，
计算出系统所霈的触发信号。原理框图如图3所示。
本实用新型采用双电机拖动的飞剪控制系统具有很好的快速响应性和稳定性(图2所
示)。两台电机各自的机械特性相同(特性1)，共同承担总的负载转矩，输出的合成特性
(特性2)比一台电机的机械特性因硬很多。机械特性越硬，则系统越稳定。因此，选择 小功率的电机，飞轮矩也减小很多。飞轮矩的减小将使系统的机械惯性减小，起、制动的 过渡过程缩短，提高了快速响应能力，适应了飞剪设备高速动作的要求，减小了堵转电流 和能量消耗。
全数字直流调速系统(SIEMENS 6RA70系统)由于其结构紧凑，控制功能齐全，调试 简便等优点，因此在冶金行业各领域得到广泛的应用，它具有如下特点
(1) 全数字化，所有控制器及所有控制功能的实现由参数设定完成；
(2) 速度调节器，电流调节器参数能通过自优化而自动设置；
(3) 标准装置采用电流、速度双闭环原理，可实现四象运行，满足各种基本控制要求；
(4) 本机能实现装置一装置、USS协议网通讯。
(5) 保护功能齐备；
(6) 磁场电流闭环可调，可实现弱磁调速；
(7) PID工艺调节器，可实现三环(电流、电压、速度)系统；内部灵活丰富的软件功能， 满足各种比较比较复杂的控制要求，通过工艺板选件PT10及标准软件，可实现巻曲，张 力、位置、同步等高精度控制要求，通过通讯板选件CB24，可实现PROFIBUS—DP网通讯， 并联SITOR功率单元，可实现功率扩展。
本实用新型的自动控制过程
(1) 飞剪运行过程
本飞剪系统以剪刃速度作为系统速度，因为剪刃为360°周期运行，所以剪刃所处角度 值表示飞剪位置， 一般以剪刃闭合位置即剪切位置作为角度零位。图4为飞剪运行轨迹， 飞剪的上下剪刃连接与同一减速机上，上下剪刃相对运行，示意图简化为上剪刃运行图。 如图4所示，Ax为飞剪剪刃入切位置， 一般取剪刃与工件相碰开始的角度，Ay为飞剪剪刃 出切角， 一般取剪刃与工件离开的角度。飞剪启动后自动停在起始位置Az,接到启动命令 后飞剪由起始位置Az加速到剪刃入切角度Ax时达到工件速度v。，在剪切过程中，即剪刃 在入切角与出切角范围内保持与工件同速，同时剪刃到达零位置时工件P点到达剪切零位， 到达剪刃出切角Ay剪切完成后，开始减速，接近起始位置时开始剪刃定位控制，剪刃停在 起始位置等待下一次剪切命令。
(2) 控制算法 飞剪和3个HMD的平面布置图(如图5所示)。
(3)切头控制
A. 确定飞剪线速度Vjl
S7-300PLC系统通过高速计数器FM350-l获取单位时间内的飞剪前末轧机码盘脉冲 数PJ，再根据轧辊直径D1，码盘每转脉冲Pr即可先算出轧辊线速度Vgl:
V 1= n dl Pj/Pr
考虑到轧件前滑的影响，根据实践经验选取前滑系数为1.03,则轧件实际速度为
Vg=l. 03Vgl
飞剪切头速度应考虑一定的超前量，则Vjl—1.03-1.05)Vg，超前系数选取可根据实 际生产确定。
B. 计算飞剪从启动到剪切的时间TO
由于直流电机机械特性较硬，全数字直流驱动系统6RA70性能优良，能够实现精确的 速度控制，通过设定其内部斜坡函数的参数来保证飞剪以恒加速度升速，故飞剪加速度aj 可根据6RA70直流驱动的设定参数计算得到，并可用示波器校正，则可计算出加速度时间 Tl:
Tl = Vjl/ci j
则加速距离AzAx为
Sj = AzAx = Vjl T1/2 飞剪从启动到剪切所运行过的距离S-AzAxO，由飞剪后的测速码盘测出的角度，并由 PLC按下列公式计算得到
S = n D3 X a /360 式中a -— AzAxO所对应的角度； D3 ---飞剪剪刃回转直径。 飞剪稳定运行到剪切点O的距离AxO为
S2= AxO =S-S1
运行时间为
T2 = S2 Vjl 故飞剪运行时间为 TO = Tl + T2
C. 计算启动距离Lx
当HMD1、 HMD2同时检测到锎信号后，切头程序开始运行，并计算出飞剪启动时钢头运 行的距离Lx(如图6):
Lx = L+AX-( TO + T3 )Vg 式中L --- HMD2到剪刃对齐时的距离； △X ---设定的切头长度； T3 --- PLC发出指令到飞剪启动瞬间的延迟时间 由于PLC扫描时间引起延迟的影响，启动瞬间的实际距离Ls大于其计算距离Lx,故实 际误差为
△L = Ls - Lx
即钢头运行的时间为
△T = AL / Vg
为弥补这段时间所造成的误差，飞剪剪速度应增加到Vj2以保证剪切精度。速度增量
为
△Vj - Vj2 —Vjl
为升高速度所用时间为
△t = AVj / a j
速度增加所运行过的距离为
A2 =(T2- AT —At/2)AVj 为补尝由于启动延迟所造成的误差，应使Al = A2,而A1 = Vjl AT
由上述可得 _
Vjl=a j (T2-AT ± V (T2—厶T)2—2 Tl AT) 在上式中，取"+ "号时，实际剪切的切头长度偏小，不利于安全可靠的剪切，为保 证合适的切头长度，故取号为宜。则飞剪启动剪切的实际速度为Vj2 =Vjl
(4) 切尾控制
飞剪切尾时的动作执行过程如图3所示，飞剪切尾时的动作过程和算法原理与切头时 基本相同，主要的不同之处在于HMD信号检测方式的微小区别:切头时，是IM)l、 HMD2有信 号、HMD3无信号，同时红钢(头部)通过HMD2，HMD2信号由低电平变成高电平(即上跳变)； 切尾时，是HMD2、 HMD3有信号、HMD1无信号，红钢(尾部)通过HMD2， HMD2信号由高电平变 成低电平(即下跳变)，其它内容这里不再重复叙述。
(5) 连剪(碎断)控制
飞剪连剪(碎断)的动作过程和原理跟切头时完全相同，但连剪(碎断)主要用于非正常 生产过程(如发生堆钢和其它生产事故时)的紧急情况，它不需要HMD信号检测，可直接通
过主操作台或机旁操作箱的按钮(按键)强行执行，而且可以选择是单剪一刀还是连续剪切 多刀(即碎断)，中途可以随时停止。
(6) 分段剪切控制
S7-300PLC算出飞剪前末架的脉冲当量
Pw = nD/(I 4P) (mm/P)
D——飞剪前末架轧辊直径 I 一飞剪前末架减速比
P——编码器每周脉冲数 利用Pw可将分段长度L折算成脉冲数
Pf =(L—V T)/Pw
V——末架出口速度
T——剪刃启动到剪切位的时间
当轧件经过HMD2后，高速记数模块FM350-l清零并开始记数。首刀分段长度的脉冲数 还应加上HMD2到飞剪距离对应的脉冲数PO = (L+Ll-V T) / PW记到分段长度的脉冲数后， 发出剪切指令。
(7) 倍尺剪切控制原理
如图5，在红钢的头部到达刚D3时，按照由以太网通讯传送过来的剪切设定长度等计 算出延时时间，同时，根据棒材的截面积和红钢速度等计算出送6M70的数字量给定 n*shear,延时启动飞剪。
(1)数字量给定的确定
《vsteel :2nnsteel Rshear/60(系数〖与棒材截面积有关)
式中vsteel-红钢速度
nshear-飞翁转速
Rshear~——飞剪半径
送6RA70的数字量给定的最大值为21 4 = 16384，对应飞剪电动机的最大转速 700r/min,因此有
16384/n*shear = 600/ nshear 艮卩 n承shear = 27. 3 X nshear
(2)延时启动时间的确定
vsteel (1> + +AL= Z
式中z-剪切设定长度
7>-延时时间
7>*——"飞剪从静止运动到剪切点的时间，它是一个与vsteel有关的量
△L-HMD3到剪切点之间的距离
根据实测和回归分析,得到
Tr=0. 20+0. 00267(vsteel-12)2
因此有
T"(L-AL) /vsteel-0. 20-0. 00267 (vsteel-12) 2
(8) 剪刃定位控制
为简化系统,在6RA70全数字直流调速装置中省去了具有自定位功能的工艺模板，因此 定位靠S7-300PLC中的PM350-l高速脉冲计数器实现。飞剪剪断热钢后，制动，在碰到Z脉 冲时，进入位置闭环来确保飞剪停准停好。在位置闭环期间，PLC起PD调节器的作用。 位置闭环控制律为
n*(s) = - (1 + Td S ) kpa ， (s) 式中kp -比例增益
Td ~~~微分时间
a '-刀位偏差信号
令kd = kp Td/TJ采样时间7M取0.01s，写成差分方程为 n*(j)=-kd[a (j)-a(j-l)]-kpa (j)
式中0 ^ ^ -第j时刻采样的表示刀位的角度
"f J' - U -第j-l时刻采样的表示刀位的角度
PD调节器的参数赋值恰当就可使飞剪平稳停在0*0期望停止刀位,选到适当参数并将
角度折算成FM350-1计数值后，有
N*shear(j)=-24[N(j)-N(j-1)]-12[N(j)-N*0]
式中W f ^ -本次采样的表示刀位的计数值,A^O期望停止刀位的计数值
W G'-U -上一次采样的表示刀位的计数值
为改善飞剪停位的平稳性，还可加入适当的数字滤波和限幅等策略。
(9) 优化剪切控制
为了使送到冷床上的倍尺钢材和未经剪切的尾钢均在合理的范围之内(Lmin, Lmax)， 采用了优化剪切控制。现将实现优化剪切PLC可行步骤之一简述如下 begin
利用HMD1预报成品棒材的总长度LE 由LE/L得商q及余数r if r E Lmin ,按L长度剪切q刀 else if L + r F Lraax，按L长度剪切q-l刀
else按L长度剪切q-l刀，再按减少一个定尺的长度剪一刀
end end 6ndo
权利要求1.一种双电机高精度多功能棒材飞剪控制系统，该系统基于起停式飞剪，其机械传动部分的两个剪刃分别由一套直流电机和减速机构成，而其剪机本体为一个整体；控制剪刃的两台直流电机共用一套控制装置(6RA70)和PLC系统，两台电机的电枢和励磁分别串联；其特征在于，所述两台并联的直流电机电枢串联、励磁串联后接控制装置(6RA70)和PLC系统；控制装置(6RA70)和PLC系统发出的速度给定和控制指令经电势和预控调节模块，励磁电流和预控调节模块处理后输入单相半控桥回路，单相半控桥回路经分流器接两台并联的直流电机的串联励磁；检测器检测的位置信号和测速信号经速度调节模块，电枢电流和预控调节模块处理后输入控桥回路，控桥回路接两台并联的直流电机的串联电枢其中，测速信号还反馈给电势和预控调节模块，分流器输出励磁电流实际信号给励磁电流和预控调节模块。
2. 根据权利要求1所述的双电机高精度多功能棒材飞剪控制系统，其特征在于，所述控 制装置(6RA70)和PLC系统上配有CBP通讯板，并通过PROFIBUS-DP网进行数据通讯， 发出启动和停止指令以及速度指令。
3. 根据权利要求1所述的双电机高精度多功能棒材飞剪控制系统，其特征在于，所述电 势和预控调节模块由电势调节器(EC)和电势预控器(EP)并联组成。
4. 根据权利要求1所述的双电机高精度多功能棒材飞剪控制系统，其特征在于，所述励 磁电流和预控调节模块由励磁电流调节器(FC)和励磁电流预控器(FP)并联组成。
5. 根据权利要求1所述的双电机高精度多功能棒材飞剪控制系统，其特征在于，所述速 度调节模块由给定积分器(GJ)和速度调节器(SC)串联组成。
6. 根据权利要求1所述的双电机高精度多功能棒材飞剪控制系统，其特征在于，所述电 枢电流和预控调节模块由电枢电流调节器(AC)和电枢电流预控器(AP)并联组成。
7. 根据权利要求1所述的双电机高精度多功能棒材飞剪控制系统，其特征在于，所述系 统的剪刃定位精度为土0.5度，且尾段剪切无短尺；剪切速度范围为l~10m/s。
8. 根据权利要求1所述的双电机高精度多功能棒材飞剪控制系统，其特征在于，所述两 台直流电动机的功率为37KW。
9. 根据权利要求1所述的双电机高精度多功能棒材飞剪控制系统，其特征在于，所述PLC 可编程控制器由电源模块(PS307)、高速计数模块(FM350-1 )、以太网通讯模块(6ES7-343)、 开关量输入模块(DI)、开关量输出模块(DO)、模拟量输出模块(AO)和模拟量输入模 块(AI)组成。
10. 根据权利要求1所述的双电机高精度多功能棒材飞剪控制系统，其特征在于，所述飞 剪控制系统包括两级网络通讯，第一级为工业以太网通讯，用于飞剪PLC和上位机通讯以 实现飞剪的参数设定和状态显示；第二级网络为PROFIBUS-DP网络协议，用于飞剪PLC 向传动系统控制装置(6RE70)发送控制指令及传动系统返回工作状态。
专利摘要本实用新型涉及一种双电机高精度多功能棒材飞剪控制系统，该系统基于起停式飞剪，其机械传动部分的两个剪刃分别由一套直流电机、减速机构成，而其剪机本体又为一个整体；控制剪刃的两台直流电机共用一套控制装置(6RA70)和PLC系统，两台电机的电枢和励磁分别串联。本实用新型可实现切头、切尾、单切、碎断、任意分段剪切、倍尺剪切、剪切参数动态调整，以及飞剪工作状态实时显示等功能。其剪切棒材端面光滑，且采集出口机架码盘信号，精度可达±7mm，剪切面积可达2500mm²，尾段剪切无短尺；飞剪定位采用与剪刃同轴安装编码器的方法，使定位精度达到±0.5度；成材率提高。实现了无维护、无故障、多功能的目标。
文档编号G05B19/05GK201063106SQ20072007169
公开日2008年5月21日 申请日期2007年6月27日 优先权日2007年6月27日
发明者刘卫东, 锋 周, 轶 肖 申请人:宝钢集团南通钢铁有限公司