一种冷连轧带钢飞剪控制系统及其控制方法

摘要

本发明公开了一种冷连轧带钢飞剪控制系统及其控制方法，控制系统包括自动化控制系统、传动控制系统、电机、工艺控制板和绝对值位置编码器；传动控制系统内设有传动控制板，传动控制系统驱动电机，电机连接飞剪；自动化控制系统与工艺控制板之间进行通讯，工艺控制板和传动控制板之间进行通讯，工艺控制板根据自动化控制系统发出的信号控制传动控制板，实现剪刃的定位、焊缝剪切和分卷剪切；工艺控制板通过绝对值编码器接口与绝对值编码器连接，绝对值编码器连接于飞剪的转鼓轴上。本发明提高控制系统可靠性和控制精度，提高了剪刃位置控制精度和位置控制手段，并且降低了成本。

说明书

技术领域

本发明属于五机架带钢冷连轧出口飞剪控制技术领域，涉及五机架带钢冷连轧出口飞剪 传动控制、剪刃定位控制和剪切控制，具体涉及一种冷连轧带钢飞剪控制系统及其控制方法。

背景技术

在冷连轧带钢生产中，出口飞剪的主要任务是把从轧机出来的带钢进行头部剪切、焊缝 剪切或分卷剪切，剪切后的带钢进入卷取机卷成钢卷。飞剪的剪切精度和速度，直接关系到 冷连轧生产线产品的质量和产量。

目前的飞剪剪切过程为：轧线在剪刃在50°位置时穿带，穿带完毕后，剪刃定位于139° 初始位置，剪切开始，剪刃在139°初始位置开始起动加速，旋转191°(此时位于330°)达到 与带钢同步的速度，进入剪切区(330°～30°之间)，剪刃速度保持恒定，剪刃速度 V_knife＝(1+x％)＊V_strip，x％为速度超前系数。离开剪切区后飞剪开始进行以139°为目标位的位 置闭环控制，并最终停止在139°位置，等待下一次剪切。

飞剪的剪切位置通过焊缝跟踪实现，焊缝位置跟踪计算方法如下：

L2＝∫V*t

$V=\left(\begin{array}{cc}V1& 0\le L2\le L1\\ V2& L1<L2\le L1+4000\\ V3& L1+4000<L2\le L1+8000\\ V4& L1+8000<L2\le L1+12000\\ V5& L1+12000<L2\le L1+16000\\ V6& L1+16000<L2\end{array}\right)$

其中：L1为2#焊缝检测仪到一号轧机中心线的带钢长度。L2为2#焊缝检测仪到剪切点 长度。V1-V6为图4所示各位置带钢速度。

冷连轧飞剪控制精度高低对产品质量和产品成材率产生直接影响，而控制精度高低主要 由3个因素决定：

(1)飞剪剪刃位置定位精度；

(2)飞剪传动响应速度；

(3)轧线焊缝跟踪精度。

传统飞剪控制方法采用飞剪传动控制系统与轧线自动化配合控制，即传动负责飞剪的速 度、电流闭环控制；轧线自动化负责飞剪剪刃位置定位控制和轧线焊缝跟踪控制。这种控制 方法由于传动控制系统与轧线自动化分离控制，存在因通信速度问题造成控制精度低、故障 不易查找、调试复杂、软硬件成本高等缺点。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种冷连轧带钢飞剪控制系统及其控制方法， 本发明在飞剪传动控制系统中增加一块工艺控制板及绝对值位置编码器，在飞剪传动控制系 统中完成传动速度、电流闭环控制、飞剪剪刃位置定位及轧线焊缝跟踪控制，大大提高剪切 精度。另外，系统调试简单，故障查找方便，同时也降低软硬件成本。

一种冷连轧带钢飞剪控制系统，包括自动化控制系统、传动控制系统、电机、工艺控制 板和绝对值位置编码器，传动控制系统内设有传动控制板，传动控制系统驱动电机，电机连 接飞剪；自动化控制系统通过串行通讯接口与工艺控制板进行通讯，工艺控制板和传动控制 板之间通过总线进行通讯，工艺控制板根据自动化控制系统发出的信号控制传动控制板，实 现剪刃的定位、焊缝剪切和分卷剪切；工艺控制板通过绝对值编码器接口与绝对值编码器连 接，绝对值编码器连接于飞剪的转鼓轴上，绝对值位置编码器对飞剪剪刃位置在0-360度进 行连续检测，将检测结果输出给工艺控制板，形成位置闭环控制。

一种冷连轧带钢飞剪控制方法，包括以下几个步骤：

步骤一：飞剪位置控制；

当轧机穿带时，自动化控制系统向工艺控制板发出穿带信号，工艺控制板向传动控制系 统内传动控制板发出指令，传动控制系统启动，通过电机使剪刃自动定位到50°穿带位置， 进行穿带，当轧机穿带结束后，自动化系统向工艺控制板发出穿带完毕信号，工艺控制板向 传动控制系统内传动控制板发出指令，传动控制系统启动，通过电机使剪刃自动定位到139° 剪切等待位置；

绝对值编码器实时的将检测到的剪刃位置发送给工艺控制板，形成位置闭环控制；其中 剪刃50°时为穿带位置，剪刃139°时为剪切等待及加速开始位置，剪刃330°时为加速 完成位置，剪刃0°时为剪切位置，剪刃30°时为剪切完成位置；

步骤二：选择焊缝剪切或者分卷剪切，当需要焊缝剪切时，自动化控制系统向工艺控制 板发出焊缝剪切模式信号，进入步骤三，当需要分卷剪切时，自动化控制系统向工艺控制板 发出分卷剪切模式信号，进入步骤四；

步骤三：焊缝剪切控制；

焊缝检测仪对带钢的焊缝进行检测，并且将检测结果发送至工艺控制板，工艺控制板根 据焊缝检测仪发送的焊缝检测结果，进行焊缝跟踪，当焊缝到达飞剪前时，工艺控制板向传 动控制系统的传动控制板发出指令，传动控制系统通过电机驱动飞剪启动加速，然后进行剪 切，工艺控制板通过绝对值编码器对剪刃位置进行实时跟踪，剪切完毕后，工艺控制板控制 传动控制系统将剪刃定位到139°剪切等待位置，等待下一次焊缝剪切，返回步骤二，否则， 结束；

步骤四，分卷剪切控制；

当生产要求将大钢卷分为小钢卷时，自动化控制系统向工艺控制板发出分卷剪切模式信 号、轧线速度及分卷长度；当工艺控制板经计算带钢达到分卷长度时，工艺控制板向传动控 制系统的传动控制板发出指令，传动控制系统通过电机驱动飞剪启动加速，然后进行剪切， 工艺控制板通过绝对值编码器对剪刃位置进行实时跟踪，剪切完毕后，工艺控制板将剪刃定 位到139°剪切等待位置，如果等待下一次焊缝剪切，返回步骤二，否则，结束。

本发明的优点在于：

传动控制和飞剪的工艺控制通过在传动控制系统增加工艺控制板在传动系统内部完成， 极大的提高系统可靠性和控制精度，并且降低成本；安装绝对值位置器对剪刃位置进行检测， 提高了剪刃位置控制精度和位置控制手段，为提高剪切精度提供保证。

附图说明

图1是本发明的冷连轧带钢飞剪控制系统结构示意图；

图2是本发明的冷连轧带钢飞剪控制方法流程图；

图3是本发明的飞剪剪刃位置示意图；

图4是本发明的飞剪焊缝位置跟踪示意图。

图中：

1-自动化控制系统        2-传动控制系统        3-绝对值位置编码器

4-飞剪                  5-电机                6-工艺控制板

201-传动控制板

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种冷连轧带钢飞剪控制系统，如图1所示，在现有的传动控制系统中，增加 一个工艺控制板6，在飞剪4转鼓轴上安装绝对值位置编码器3替代传统的极限开关，所述 的冷连轧带钢飞剪控制系统包括自动化控制系统1、传动控制系统2、工艺控制板6、绝对值 位置编码器3和电机5。

自动化控制系统1通常采用为工控机或者PLC。自动化控制系统1通过串行通讯接口与 工艺控制板6进行通讯，向工艺控制板发出穿带信号、穿带完毕信号、焊缝剪切模式信号、 分卷剪切模式信号等信号，使得工艺控制板6能够进行飞剪位置控制、焊缝剪切控制和分卷 剪切控制。通过焊缝剪切模式信号或者分卷剪切模式信号，确定进行焊缝剪切或者分卷剪切。

传动控制系统2内设有传动控制板201。

传动控制系统驱动电机5，电机5连接飞剪4，传动控制板201通过控制电机5的运行， 进而控制飞剪4的运行。AC380V交流电源由外部提供，作为传动系统2和工艺控制板6 的动力电源。

工艺控制板6和传动控制板201通过背板总线进行通讯，具有通讯速度快、可靠性高的 特点。工艺控制板6和传动控制板201集成在一个机箱中。工艺控制板6根据自动化控制系 统1发出的信号控制传动控制板201，实现剪刃的定位、焊缝剪切和分卷剪切。

工艺控制板6内置高速CPU，具备浮点数运算功能，工艺控制板6本身具有数字量I/O 接口、模拟量I/O接口、绝对值编码器(SSI)接口、串行通讯接口。数字量I/O接口、模 拟量I/O接口作为备用。绝对值编码器3连接于飞剪4的轴上，工艺控制板6通过绝对值编 码器(SSI)接口与绝对值编码器3连接。工艺控制板6通过设置程序，控制传动控制板201 完成飞剪4剪刃位置定位控制、轧线焊缝跟踪控制、分卷长度计算及飞剪启停控制。本发明 中在飞剪4转鼓轴上安装绝对值位置编码器3替代传统的极限开关，绝对值位置编码器3对 飞剪4剪刃位置在0-360度进行连续检测，将检测结果通过SSI信号输出给工艺控制板6， 形成闭环，飞剪4剪刃位置控制采用先进的闭环控制，剪刃位置控制速度快，精度高。

所述的工艺控制板6可以选用西门子公司工艺控制板T400。

本发明在飞剪传动控制系统中增加一块工艺控制板6及绝对值位置编码器3，在飞剪传 动控制系统中完成传动速度、电流闭环控制、飞剪剪刃位置定位及轧线焊缝跟踪控制及分卷 长度计算，大大提高剪切精度，调试简单，故障查找方便，同时也降低软硬件成本。

本发明的一种冷连轧带钢飞剪控制方法，流程如图2所示，包括以下几个步骤：

步骤一：飞剪位置控制；

飞剪4剪刃位置如图3所示，剪刃50°时为穿带位置，剪刃139°时为剪切等待及加 速开始位置，剪刃330°时为加速完成位置，剪刃0°时为剪切位置，剪刃30°时为剪切完 成位置。

当轧机穿带时，自动化控制系统1向工艺控制板6发出穿带信号，工艺控制板6向传动 控制系统2内传动控制板201发出指令，传动控制系统2启动，通过电机5使剪刃自动定 位到50°穿带位置，进行穿带，当轧机穿带结束后，自动化系统1向工艺控制板6发出穿 带完毕信号，工艺控制板6向传动控制系统2内传动控制板201发出指令，传动控制系统2 启动，通过电机5使剪刃自动定位到139°剪切等待位置。

绝对值编码器3实时的将检测到的剪刃位置发送给工艺控制板6，形成位置闭环控制。

步骤二：选择焊缝剪切或者分卷剪切，当需要焊缝剪切时，自动化控制系统1向工艺控 制板6发出焊缝剪切模式信号，进入步骤三，当需要分卷剪切时，自动化控制系统1向工艺 控制板6发出分卷剪切模式信号，进入步骤四。

步骤三：焊缝剪切控制；

飞剪焊缝位置跟踪如图4所示，焊缝检测仪对焊缝进行检测并发送给工艺控制板6。图 中1#-5#表示1-5号轧机，两个机架间距离为4000毫米，焊缝检测仪与1#轧机之间的距 离为L1，V1-V6分别表示带钢在L1位置、1-5号轧机位置的速度。

2#焊缝检测仪对带钢的焊缝进行检测，并且将检测结果发送至工艺控制板6，当焊缝到 来时，工艺控制板6根据2#焊缝检测仪发送的焊缝检测结果，进行焊缝跟踪，当焊缝到达飞 剪4前时，工艺控制板6向传动控制系统2的传动控制板201发出指令，传动控制系统2 通过电机5驱动飞剪4启动加速，然后进行剪切，工艺控制板6通过绝对值编码器3对剪刃 位置进行实时跟踪，剪切完毕后，工艺控制板6控制传动控制系统2将剪刃定位到139°剪 切等待位置，如果等待下一次焊缝剪切，返回步骤二，否则，结束。

步骤四，分卷剪切控制；

当生产要求将大钢卷分为小钢卷时，自动化控制系统1向工艺控制板6发出分卷剪切模 式信号、轧线速度及分卷长度。当工艺控制板6经计算带钢达到分卷长度时，工艺控制板6 向传动控制系统2的传动控制板201发出指令，传动控制系统2通过电机5驱动飞剪4启 动加速，然后进行剪切，工艺控制板6通过绝对值编码器3对剪刃位置进行实时跟踪，剪切 完毕后，工艺控制板6将剪刃定位到139°剪切等待位置，如果等待下一次焊缝剪切，返回 步骤二，否则，结束。