连轧无缝钢管生产线中冷床下料设备的三段级联模糊控制方法

摘要

连轧无缝钢管生产线中冷床下料设备的三段级联模糊控制方法，属于模糊控制领域，本发明为解决现有常规的控制方法采用的检测元件数量多，增加了设备成本、同时也加大了检测元件被损毁的数量的问题。本发明方法对所有设备运行过程进行分解，总结为若干“动素”，对每一个“动素”的启动和停止动作进行级联预判并输入到PLC进行逻辑运算从而得出下一级设备所辖“动素”的启动和停止的级联预判，如此过程，循环往复，既降低了现场在线检测元件的数量，又提高了设备的运行稳定。通过对设备动作的预判和设备动作过程的“动素”细化结合PLC实现模糊过程控制，降低现场检测元件在线数量和故障率。

说明书

技术领域

本发明涉及连轧无缝钢管生产线中冷床下料设备的三段级联模糊控制方法，属于模糊 控制领域。

背景技术

连轧无缝钢管生产线中冷床下料设备由倒臂放料系统、分料系统、平移系统和输送系 统四部分组成，参见图1所示，倒臂放料系统负责将钢管由五米高平台上通过液压系统垂 直放置到分料系统上，分料系统负责将钢管对应的分料台架上，平移系统负责将钢管由分 料台架上水平运送到输送系统上并由输送系统将钢管送出。由于该区域设备要将钢管由高 至低、由左至右(由右至左)进行多次运送，且钢管在运送过程中由于自重原因不可避免 的出现滚动和撞击导致现场振动十分剧烈，现场检测元件损毁十分频繁，平均月损毁次数 达到21个，这为生产和维护带来了极大的危害。现有常规的控制方法每个控制过程都需 要设置物料检测元件，这样，整个控制系统的检测元件达到50多个，这就增加了设备成 本、同时也加大了检测元件被损毁的数量。

发明内容

本发明目的是为了解决现有常规的控制方法采用的检测元件数量多，增加了设备成 本、同时也加大了检测元件被损毁的数量的问题，提供了一种连轧无缝钢管生产线中冷床 下料设备的三段级联模糊控制方法。

本发明所述连轧无缝钢管生产线中冷床下料设备的三段级联模糊控制方法，该方法包 括以下步骤：

步骤一、判断是否同时满足两个条件：倒臂放料装置上有料；分料器分料已完成；

判断结果为是，执行步骤二；判断结果为否，返回执行步骤一；

步骤二、倒臂放料装置放料启动；然后执行步骤三；

步骤三、判断是否同时满足两个条件：t＜T3；倒臂放料装置到达放料位置；

其中T3为倒臂放料装置放料“动素”时间阈值，且T3＝T1+T2，

其中T1为钢管滚动时间，式中的M为钢管的质量，F为钢管沿斜面滚 动时沿斜面方向的力，S为钢管沿斜面滚动的距离；

T2为放料装置“动素”时间阈值，T2＝7.5s；

判断结果为是，表明平移装置移送完成，执行步骤四；判断结果为否，表明放料超时， 进行异常报警；

步骤四、分料器分料启动；然后执行步骤五；

步骤五、判断是否同时满足两个条件：t＝T4；倒臂上一级设备满足复位条件；

其中T4为分料装置分料“动素”时间阈值，且式中的M为钢管的质量， F₁为钢管沿斜面滚动时沿斜面方向的力，SX为钢管沿斜面滚动的距离；

判断结果为是，表明分料器分实完成，同时执行步骤六和步骤九；判断结果为否，返 回执行步骤五；

步骤六、倒臂放料装置复位启动；然后执行步骤七；

步骤七、判断是否同时满足两个条件：t＜7.5s；倒臂放料装置到达起始位置；

判断结果为是，执行步骤八；判断结果为否，表明倒臂放料装置复位超时，进行异常 报警；

步骤八、倒臂放料装置复位完成；待命进行下一次动作；

步骤九、判断是否满足条件：输送装置送料已完成，

判断结果为是，执行步骤十；判断结果为否，返回执行步骤九；

步骤十、平移装置平移启动；然后执行步骤十一；

步骤十一、判断是否同时满足两个条件：t＜21s；倒臂放料装置到达起始位置；

判断结果为是，执行步骤十二；判断结果为否，表明倒臂放料装置复位超时，进行异 常报警；

步骤十二、平移装置移送完成；然后执行步骤十三；

步骤十三、判断是否同时满足两个条件：输送装置上有料；平移装置在初始位；

判断结果为是，执行步骤十四；判断结果为否，返回执行步骤十三；

步骤十四、输送装置将钢管送出。

本发明的优点：本发明主要通过对设备动作的预判和设备动作过程的“动素”细化结 合PLC实现模糊过程控制，降低现场检测元件在线数量和故障率。与常规自动化控制方 法相比，本发明方法与其性能对照表如下：

  项目名称   在线检测元件数量   月元器件损毁率   月故障时间   常规自动化控制   50个   21个   45分钟   模糊过程控制   30个   0.7个   0分钟

通过以上数据的对照比较，可以明显的看出在使用模糊过程控制的情况下在线检测元 件数量得到明显削减，月检测元件损毁率大幅下降，月故障时间为0分钟。

附图说明

图1是背景技术中无缝钢管生产线中冷床下料设备的常规控制方法的流程图；

图2是本发明所述连轧无缝钢管生产线中冷床下料设备的三段级联模糊控制方法流 程图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式所述连轧无缝钢管生产 线中冷床下料设备的三段级联模糊控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、判断是否同时满足两个条件：倒臂放料装置上有料；分料器分料已完成；

判断结果为是，执行步骤二；判断结果为否，返回执行步骤一；

步骤二、倒臂放料装置放料启动；然后执行步骤三；

步骤三、判断是否同时满足两个条件：t＜T3；倒臂放料装置到达放料位置；

其中T3为倒臂放料装置放料“动素”时间阈值，且T3＝T1+T2，

其中T1为钢管滚动时间，式中的M为钢管的质量，F为钢管沿斜面滚 动时沿斜面方向的力，S为钢管沿斜面滚动的距离；

T2为放料装置“动素”时间阈值，T2＝7.5s；

判断结果为是，表明平移装置移送完成，执行步骤四；判断结果为否，表明放料超时， 进行异常报警；

步骤四、分料器分料启动；然后执行步骤五；

步骤五、判断是否同时满足两个条件：t＝T4；倒臂上一级设备满足复位条件；

其中T4为分料装置分料“动素”时间阈值，且式中的M为钢管的质量， F₁为钢管沿斜面滚动时沿斜面方向的力，S₁为钢管沿斜面滚动的距离；

判断结果为是，表明分料器分实完成，同时执行步骤六和步骤九；判断结果为否，返 回执行步骤五；

步骤六、倒臂放料装置复位启动；然后执行步骤七；

步骤七、判断是否同时满足两个条件：t＜7.5s；倒臂放料装置到达起始位置；

判断结果为是，执行步骤八；判断结果为否，表明倒臂放料装置复位超时，进行异常 报警；

步骤八、倒臂放料装置复位完成；待命进行下一次动作；

步骤九、判断是否满足条件：输送装置送料已完成，

判断结果为是，执行步骤十；判断结果为否，返回执行步骤九；

步骤十、平移装置平移启动；然后执行步骤十一；

步骤十一、判断是否同时满足两个条件：t＜21s；倒臂放料装置到达起始位置；

判断结果为是，执行步骤十二；判断结果为否，表明倒臂放料装置复位超时，进行异 常报警；

步骤十二、平移装置移送完成；然后执行步骤十三；

步骤十三、判断是否同时满足两个条件：输送装置上有料；平移装置在初始位；

判断结果为是，执行步骤十四；判断结果为否，返回执行步骤十三；

步骤十四、输送装置将钢管送出。

对所有设备运行过程进行分解，总结为若干“动素”，对每一个“动素”的启动和 停止动作进行级联预判并输入到PLC进行逻辑运算从而得出下一级设备所辖“动素”的 启动和停止的级联预判，如此过程，循环往复，既降低了现场在线检测元件的数量，又提 高了设备的运行稳定。本次测试采用step7-GRAPH编程语言进行程序绘制，既保证了逻 辑顺序简单明了，又提高了在线故障诊断的速率。

根据现场设备动作过程的细化分类，总结设备动素如下：

1、倒臂放料装置放料动作；

2、倒臂放料装置复位动作；

3、分料装置分料动作；

4、平移装置送料动作；

5、平移装置复位动作。

结合现场实际环境及维护经验，发现在倒臂和分料装置周边设备振动最为剧烈，检测 元件损毁最为频繁，故对该区域设备进行改造并试运行三段级联模糊过程控制。

三段级联模糊过程控制的原理就在于运用上一级“动素”执行的完成条件作为本级“动 素”执行的启动条件，将下一级“动素”执行的启动预判条件和本级“动素”执行的完成 预判条件读取到PLC并进行逻辑运算从而得出本级“动素”执行的完成条件和下一级“动 素”执行的启动条件，具体过程如图2所示。

“动素”执行异常评估采用时、速联合式对比评估，根据钢管外径及其自重模拟其滚 动轨迹并在PLC内部建模，结合单体设备运行周期时间对每一项“动素”的启动和停止时 间间隔进行实时对照，杜绝设备异常为生产带来的隐患，具体设定参数如下：

倒臂放料装置放料“动素”时间间隔：T3＝T1+T2

钢管滚动时限T1计算：式中的M为钢管的质量，F为钢管沿斜面滚动 时沿斜面方向的力，S为钢管沿斜面滚动的距离；

放料装置“动素”时间设定T2＝7.5s；

倒臂放料装置复位“动素”时间间隔＝7.5s；

分料装置分料“动素”时间间隔T4：式中的M为钢管的质量，F₁为钢 管沿斜面滚动时沿斜面方向的力，S₁为钢管沿斜面滚动的距离；

移送装置移送“动素”时间间隔＝21s；

实现极限误差的精确控制：将全部参数设定完毕后，在PLC内编写计算程序即可实现 与由检测元件作为反馈的自动化控制定位功能相同的模糊过程控制。PLC将从工控机画面 读回来的钢管直径设定值和钢管重量设定经过运算累加，即可得到建模公式的必要参数 F、M。通过公式计算，则得出设备“动素”执行过程异常的评估，从而杜绝设备异常所带 来的不必要损失。到此，运用数学建模的三段级联模糊过程控制已实现无信号反馈的设备 动作的精确控制。

经过调试，在此种控制模式下，设备运行性能良好，定位精确，实现了所辖在没有物 料检测反馈的工作模式下的快速、精确控制，不仅节约了设备电控成本，同时减少了设备 的维护工作量，在此类设备响应速率要求高且现场环境恶劣的情况下，都可以使用此种控 制模式。