專利名稱：金屬板帶計重分卷自動控制系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于金屬板帶縱剪分卷生產設備中的自動控制系統，涉及一種可根據設定參數控制縱剪分卷生產設備(機組)自動完成金屬板帶的定長或定重計量卷取并且可以控制設備按預定的加速度自動減速停機的閉環控制系統。
目前公知的金屬板帶縱剪分卷設備僅具有長度檢測功能或簡單長度控制功能，即它是以板帶的卷取長度作為機組分卷生產控制的執行指令因數，當板帶運行達到設定的卷取長度之后便發出停機指令，是一個開環長度位置控制系統，不具有對卷取重量的控制功能。但在實際生產中，往往需要將一定重量的來料大卷等分為幾個小卷產品，或根據用戶要求以一特定重量的小卷產品成批供貨，生產統計中往往也是以產品的重量為統計單位，因此對于縱剪分卷生產中的卷取重量的精確控制就顯得尤為重要。顯然，采用目前公知的生產設備是難以滿足實際分卷生產中卷取重量精確控制的需求的。
本發明的目的在于克服現有技術存在的不足之處，提供一種可根據設定參數控制設備自動完成計量卷取重量或長度從而有效解決分卷生產中卷取重量精確控制問題的金屬板帶計重分卷自動控制系統。另外，由于采用該系統的機組在生產中的速度是由兩部分指令來控制的，一部分是卷取重量或長度的閉環控制指令，另一部分是工藝操作的控制指令，因此，本發明的另一目的是解決閉環控制和工藝操作控制對機組的綜合控制問題。
用于實現上述發明目的的技術解決方案是這樣的該金屬板帶計重分卷自動控制系統的工作原理結構如

圖1所示，它由用于拖動縱剪分卷生產機組工作的電機8、電機調速器7、用于檢測板帶卷取長度的光電編碼器4、可編程序控制器和用于向可編程序控制器輸入運算控制參數并顯示控制結果的人機界面1組成，其中可編程序控制器包括一個用于完成板帶定長或定重計算及逆運算并根據計算結果給出定長或定重送料模式的運算單元2、一個用于對運算單元2給定數值信號和光電編碼器4反饋脈沖進行誤差比例運算的位置閉環控制單元3、一個用于人為控制電機調速器7進行工作的工藝操作單元5以及一個通過對位置閉環控制單元3輸出信號及工藝操作單元5控制信號進行綜合從而控制電機調速器7工作的機組控制功能執行單元6。工作中，由人機界面1輸出的運算控制參數信號經運算單元2運算后發出定長度設定脈沖數值或定重量設定脈沖數值進入位置閉環控制單元3，該數值在與光電編碼器4發出的測長反饋脈沖值進行比較運算及比例調節后進入執行單元6，在此與工藝操作單元5控制指令信號進行綜合后，輸出“加速(I)”、“減速(D)”或“速度保持(K)”給定信號進而通過調速器7控制電機8運轉，由測長光電編碼器4發出的反饋脈沖值同時再經過運算單元2逆運算后，得到實際卷取重量或長度數值返回人機界面。
以下將結合附圖對本發明的結構和工作原理做進一步說明。
圖1為本發明的系統結構原理圖。
圖2～圖4為本發明之三種實施例的結構原理圖。
圖5～圖6為機組工藝操作單元控制機組速度的兩種工作原理圖參見圖1，本發明所述的金屬板帶計重分卷自動控制系統簡單地說是一個長度閉環控制系統，它由人機界面1、運算器2、位置閉環控制單元3、光電編碼器4、工藝操作單元5、機組控制功能執行單元6、電機調速器7、驅動電機8及電機速度反饋器9等部分組成。系統設計時，首先將來料基本參數轉換為所需控制卷取板帶長度對應的脈沖數，并由此導出如下給出的按照預設卷取長度進行控制的轉換公式(1)和按照預設卷取重量進行長度控制的轉換公式(2)S1=BA------(1)]]>式(1)中S1為對應設定長度的脈沖數，B為卷取長度設定值(mm)，A為測長光電編碼器的脈沖當量(mm/脈沖)；S2=EA×C×D×G------(2)]]>式(2)中S2為對應設定卷取重量的脈沖數，E為卷取重量設定值(kg)，C為來料板寬設定值(mm)，D為來料板厚設定值(mm)，G為來料比重(kg/m3)。生產機組工作時，通過向人機界面1輸入運算控制參數使運算器2根據式(2)或式(1)輸出定重脈沖數值S2或定長脈沖數值S1，由測長光電編碼器4檢測通過生產機組的板帶長度，其反饋脈沖數值S3與式(2)或式(1)中的S2或S1進行比較及比例調節運算，最終得到控制卷取機運轉的速度信號SP，同時，反饋脈沖數值S3再經與式(2)或式(1)的逆運算，得到實際卷取重量或長度數值返回人機界面1。附圖中除功能構件1、4、5、7、8、9外，其它一般都可以是由可編程序控制器軟件完成的功能環節。
與典型位置閉環控制系統不同，本發明為了使位置控制過程中的減速控制與生產機組的工藝操作控制相結合，增加了若干特殊環節，根據機組工藝操作形式的不同，特殊環節的數量和工作原理也有所區別。本發明中機組工藝操作控制機組速度的方法由兩種，一種是電位器模擬給定，信號的大小和變化斜率均由操作者掌握；另一種是按鈕操作，信號變化斜率在系統設計時已確定，操作者只能按圖5或圖6所示的以三個按鈕或兩個按鈕的操作方式控制機組速度信號的大小變化。圖5的操作硬件為三個按鈕，即加速按鈕(I)、減速按鈕(D)和速度保持按鈕(K)，當人為操作按鈕之后，可編程序控制器便根據指令以預設定的加速度輸出“加速”或“減速”的變化給定信號，或者是“速度保持”的恒定給定信號；而圖6所示的兩個按鈕操作的形式則不需要速度保持按鈕(K)。
實際工作中，根據對生產機組速度進行干預時不同的工藝要求，本發明之技術方案擁有如圖2～圖4所示的三種實施例。
實施例一參見圖2，本實施例方案的工藝要求是對任何時刻工藝操作都能對機組速度進行干預，即重量閉環控制已進入減速控制階段，工藝操作仍能對機組速度實施干預。本實施例結構中的運算單元2包含有四只算術運算器，分別是用于完成定長度計算的定長脈沖數運算器21、用于完成定重量計算的定重脈沖數運算器22以及對長度反饋脈沖進行逆運算的長度脈沖數逆運算器23和對重量反饋脈沖進行逆運算的重量脈沖數逆運算器24；位置閉環控制單元3由減法器31、位置誤差調節器32、速度邏輯控制器33、信號變換器35和速度余長運算器34組成；機組控制功能執行單元6由速度邏輯綜合器61、選擇控制開關63和具有“加速(I)”、“減速(D)”或“速度保持(K)”輸出功能的功能執行控制器62組成。圖中標號10為轉換控制開關，用于完成定長控制或定重量控制的選擇；減法器31用于給定脈沖和反饋脈沖的誤差運算；信號變換器35用于將光電編碼器4的脈沖頻率信號轉變為速度信號。工藝操作單元5為一組可由操作者通過人為給定速度信號以控制機組工作的按鈕。
相對典型的位置閉環系統而言，本實施例系統增加了“減速余長運算”、“速度邏輯控制”和“速度邏輯綜合”三個工作單元。
“速度余長運算”單元的工作原理是根據機組當前時刻的實際工作速度和機組加減速所規定的加速度，計算出減速過程所需要卷取板帶長度的對應脈沖數S0，其量值由式(3)導出S0=V22×a×A------(3)]]>式(3)中V為機組工作速度(mm/s)，a為加減速過程的加速度(mm/s2)，A為脈沖當量(mm/脈沖)。
“速度邏輯控制”單元的工作原理是由運算單元2輸出并經轉換控制開關10揀出的定長設定脈沖數值信號S1或定重設定脈沖數值信號S2和由光電編碼器4輸出的位置反饋脈沖信號S3通過減法器31進行誤差運算后，產生的位置誤差信號S4(S4為S3與S2或S1相減運算后而得到的位置誤差值)送入位置誤差調節器32內，得到控制機組運轉的速度信號SP(位置誤差調節器為比例調節器即乘法運算器，比例系數為P，SP＝S4×P)，由光電編碼器4輸出的位置反饋脈沖信號S3同時經信號變換器35轉變為速度信號并由速度余長運算器34計算出機組減速過程所需卷取板帶長度的對應脈沖數S0，用位置誤差調節器32輸出的速度信號值SP與減速余長運算器34計算出的值S0進行比較，當SP大于S0時，說明卷取長度還未達到進入減速控制的余長值，因此速度邏輯選擇機組速度控制狀態為“保持”狀態，即保持機組現行速度不變；當SP小于S0時，速度邏輯選擇機組速度控制狀態為“減速”狀態，這時機組便以確定的加速度a開始減速。上述工作過程是一個循環控制過程，在整個減速過程中速度邏輯控制器33不斷地根據SP與S0的比較結果，在速度“保持”與“減速”兩種狀態中切換，直至位置調節器32的輸出為“0”，機組工作速度為零，卷取重量等于設定重量。
“速度邏輯綜合”單元的作用是將速度邏輯控制器單元33的結果與工藝操作單元5控制的結果進行綜合后通過控制開關63向功能執行控制器62發出指令并使其輸出相應的最終速度控制指令。
本實施例的優點在于使位置調節器32對機組速度的控制與工藝操作對機組速度的控制相結合，任何時刻都可以根據要求在兩者之間進行切換，在保證閉環控制精度的前提下，可以保證減速過程是按照設定的加速度進行工作。
實施例二參見圖3，本實施例方案的工藝要求是工藝操作只在位置調節器處于飽和狀態時對機組速度進行干預，重量閉環控制進入減速控制階段后，工藝操作不需要再對機組速度實施干預。本實施例結構中的運算單元2仍包括實施例一結構所述的四只算術運算器21～24；閉環調節控制器3由減法運算器31和位置誤差調節器32構成，機組控制功能執行單元6由速度邏輯綜合器61、退飽和監視器64、選擇控制開關63、65和具有“加速(I)”、“減速(D)”或“速度保持(K)”輸出功能的功能執行控制器62組成；工藝操作單元5同樣為一組可由操作者通過人為給定速度信號以控制機組工作的按鈕。
由于本實施例在工藝上只要求工藝操作單元5在位置誤差調節器32處于飽和狀態時對機組速度進行干預，因此，在典型位置閉環系統中增加了“退飽和監視”單元和“速度邏輯綜合”單元。“退飽和監視”單元(64)實質上是一個電平檢測器，用于監視位置調節器32的輸出狀態。“速度邏輯綜合”單元的功能與實施例一相比較為簡單，只對工藝操作單元(按鈕)5的邏輯信號進行綜合。系統工作時，由運算單元2輸出并經選擇開關10揀出的定長設定脈沖數值信號S1或定重設定脈沖數值信號S2和由光電編碼器4輸出的位置反饋脈沖信號S3通過減法器31進行誤差運算后，產生的位置誤差信號S4再送入位置誤差調節器32進行比例運算，得到控制機組運轉的速度信號SP；控制開關65根據位置誤差調節器32是否處于飽和狀態選擇對電機實施工藝操作控制或重量閉環控制，當位置調節器32處于飽和狀態時，比較器控制開關65選擇工藝操作對機組速度進行控制，當位置調節器32退出飽和狀態，說明重量閉環控制進入減速控制階段，比較器控制開關65選擇重量閉環對機組速度進行控制，此時工藝操作不再起作用。
本實施例的特點是控制簡單，但不如實施例一靈活。
實施例三參見圖4，本實施例中工藝操作單元5為速度給定電位器，機組工藝操作速度控制是通過電位器模擬給定的，工藝要求是任何時刻工藝操作都能對機組速度進行干預，也就是在重量閉環控制進入減速控制階段后，工藝操作仍能對機組速度實施干預，。因此，在典型位置閉環系統中增加了“限幅控制器”單元，即以一個限幅控制器作為機組控制功能執行單元6。限幅控制器的作用是由工藝操作電位器5的給定信號對位置調節器32輸出信號進行限幅控制，其工作原理實質上是一個“小值選擇器”，它在工藝操作和重量閉環控制的信號之間選擇小者進行輸出。當位置調節器32處于飽和狀態時，機組工作速度只能跟隨機組工藝操作電位器5的模擬給定信號進行變化；當位置調節器32退出飽和狀態且輸出小于工藝操作電位器5的信號時，則系統進入閉環控制狀態，直至位置調節器32的輸出為“0”，機組工作速度為零，卷取重量等于設定重量。
本實施例的特點與實施例一的特點類似，只是減速時的加速度是變化的。
權利要求
1.一種金屬板帶計重分卷自動控制系統，由用于拖動縱剪分卷生產機組工作的電機(8)、電機調速器(7)、用于檢測板帶卷取長度的光電編碼器(4)、可編程序控制器和用于向可編程序控制器輸入運算控制參數并顯示控制結果的人機界面(1)組成，其特征在于所說的可編程序控制器包括一個用于完成板帶定長或定重計算及逆運算并根據計算結果給出定長或定重送料模式的運算單元(2)、一個用于對運算單元(2)給定數字信號和光電編碼器(4)反饋脈沖進行誤差比例運算的位置閉環控制單元(3)、一個用于人為控制電機調速器(7)進行工作的工藝操作單元(5)以及一個通過對位置閉環控制單元(3)輸出信號及工藝操作單元(5)控制信號進行綜合從而控制電機調速器(7)工作的機組控制功能執行單元(6)，由人機界面(1)輸出的運算控制參數信號經運算單元(2)運算后發出定長度設定脈沖數值或定重量設定脈沖數值進入位置閉環控制單元(3)，該數值在與測長光電編碼器(4)發出的測長反饋脈沖值進行比較運算后進入執行單元(6)，并在與由工藝操作單元(5)控制指令信號進行綜合后，輸出“加速(I)”、“減速(D)”或“速度保持(K)”給定信號以控制電機(8)運轉，由測長光電編碼器(4)發出的反饋脈沖值同時再經過運算單元(2)逆運算后，得到實際卷取重量或長度數值返回人機界面(1)。
2.如權利要求1所述的金屬板帶計重分卷自動控制系統，其特征在于所說的位置閉環控制單元(3)由減法器(31)、位置誤差調節器(32)、速度邏輯控制器(33)、信號變換器(35)和速度余長運算器(34)組成，由運算單元(2)輸出并經轉換控制開關(10)揀出的定長設定脈沖數值信號(S1)或定重設定脈沖數值信號(S2)和由光電編碼器(4)輸出的位置反饋脈沖信號(S3)通過減法器(31)進行誤差運算后，產生的位置誤差信號(S4)再送入位置誤差調節器(32)進行比例運算，得到控制機組運轉的速度信號(SP)，由光電編碼器(4)輸出的位置反饋脈沖信號(S3)同時經信號變換器(35)轉變為速度信號并由速度余長運算器(34)計算出機組減速過程所需卷取板帶長度的對應脈沖數(S0)，通過速度邏輯控制器(33)將SP和S0進行比較，直至位置誤差調節器(32)的輸出為“0”，機組控制功能執行單元(6)將速度邏輯控制器(33)的結果與工藝操作單元(5)控制的結果進行綜合后，得到最終的速度控制指令。
3.如權利要求1所述的金屬板帶計重分卷自動控制系統，其特征在于所說的閉環調節控制器(3)由減法運算器(31)和位置誤差調節器(32)構成，由運算單元(2)輸出并經選擇開關(10)揀出的定長設定脈沖數值信號(S1)或定重設定脈沖數值信號(S2)和由光電編碼器(4)輸出的位置反饋脈沖信號(S3)通過減法器(31)進行誤差運算后，產生的位置誤差信號(S4)再送入位置誤差調節器(32)進行比例運算，得到控制機組運轉的速度信號(SP)，機組控制功能執行單元(6)將該信號與工藝操作單元(5)控制的結果進行綜合后，得到最終的速度控制指令。
4.如權利要求1或2所述的金屬板帶計重分卷自動控制系統，其特征在于所說的機組控制功能執行單元(6)由速度邏輯綜合器(61)、選擇控制開關(63)和具有“加速(I)”、“減速(D)”或“速度保持(K)”輸出功能的功能執行控制器(62)組成，速度邏輯綜合器(61)將速度邏輯控制器(33)的結果與工藝操作單元(5)控制的結果進行綜合后通過選擇開關(63)向功能執行控制器(62)發出指令并使其輸出相應的最終速度控制指令。
5.如權利要求1或3所述的金屬板帶計重分卷自動控制系統，其特征在于所說的機組控制功能執行單元(6)由速度邏輯綜合器(61)、退飽和監視器(64)、選擇控制開關(63、65)和具有“加速(I)”、“減速(D)”或“速度保持(K)”輸出功能的功能執行控制器(62)組成，退飽和監視器(64)為一個用于監視位置調節器(32)輸狀態的電平檢測器，控制開關(65)根據位置誤差調節器(32)是否處于飽和狀態選擇對電機實施工藝操作控制或重量閉環控制。
6.如權利要求1或3所述的金屬板帶計重分卷自動控制系統，其特征在于所說的機組控制功能執行單元(6)為一個由工藝操作單元(5)的給定信號對位置調節器(32)輸出信號進行限幅控制的限幅控制器。
全文摘要
本發明是一種可根據設定參數控制縱剪分卷生產設備自動完成計量卷取重量或長度并可控制設備按預定加速度自動減速停機的閉環控制系統,由電機、電機調速器、光電編碼器、可編程序控制器和人機界面組成,其中可編程序控制器包括運算單元、位置閉環控制單元、工藝操作單元及控制功能執行單元。運算單元輸出的定長或定重脈沖數值與光電編碼器輸出的位置反饋脈沖數值通過位置閉環控制單元比較并與操作單元控制指令信號綜合后,由執行單元輸出“加速”、“減速”或“保持”信號以控制電機運轉,位置反饋脈沖值同時經運算單元逆運算后得到實際卷取重量或長度數值返回人機界面。
文檔編號G06M7/00GK1326823SQ0011383
公開日2001年12月19日 申請日期2000年6月6日 優先權日2000年6月6日
發明者周德奇, 李劍, 萬保平 申請人:機械工業部西安重型機械研究所