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        四剪刃圓盤剪控制系統(tǒng)及剪刃調(diào)整角度計(jì)算推導(dǎo)研究

        2020-10-21 04:41:03夏云鵬
        機(jī)電信息 2020年8期

        摘要:介紹了四剪刃圓盤剪的工藝布置、控制系統(tǒng)配置及控制系統(tǒng)流程,對(duì)控制系統(tǒng)內(nèi)剪刃調(diào)整角度參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算公式推導(dǎo),對(duì)同類圓盤剪的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有良好的借鑒意義。

        關(guān)鍵詞:四剪刃圓盤剪;定位控制;邏輯控制

        1 設(shè)備簡介

        四剪刃圓盤剪在軋鋼工藝中起到切頭、切尾及碎斷的作用。整個(gè)圓盤剪設(shè)備組由4個(gè)設(shè)備組成,即入口處設(shè)置的前置導(dǎo)槽、四剪刃圓盤剪,出口處設(shè)置的后置導(dǎo)槽及廢料箱。其中,前置導(dǎo)槽由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),用于引導(dǎo)物料向不同的方向運(yùn)行;四剪刃圓盤剪由一臺(tái)大電機(jī)驅(qū)動(dòng),用于將物料切斷;后置導(dǎo)槽用于正常生產(chǎn)物流的引導(dǎo);廢料箱用于存儲(chǔ)剪切后的廢料。

        前置導(dǎo)槽與伺服電機(jī)進(jìn)行互聯(lián),連接件稱為“轉(zhuǎn)轍器”,轉(zhuǎn)轍器在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下,使前置導(dǎo)槽水平移動(dòng)。通過前導(dǎo)槽的運(yùn)行使物料在飛剪剪刃處改變方向,其中一個(gè)方向通過后置導(dǎo)槽進(jìn)入生產(chǎn)物流的方向稱為“生產(chǎn)方向”,另一個(gè)方向?yàn)榍辛?、碎斷至廢料箱的物流方向稱為“碎斷方向”。四剪刃圓盤剪設(shè)備為上下圓盤造型,每個(gè)圓盤邊沿設(shè)置四把剪刃,各剪刃間距90°。

        2 控制流程

        2.1? ? 控制系統(tǒng)工藝布置

        本控制系統(tǒng)需在設(shè)備組之前安裝3個(gè)熱金屬檢測(cè)器,即HMD0、HMD1、HMD2。HMD0設(shè)置在軋機(jī)的出口;HMD1設(shè)置在距飛剪前一定的距離處;HMD2設(shè)置在前導(dǎo)槽上。HMD0與HMD1之間的距離盡量長,測(cè)速的數(shù)據(jù)會(huì)更準(zhǔn)確一些;HMD1距離剪刃閉合位需留有足夠距離,滿足圓盤剪刃角度的調(diào)整需求;HMD2設(shè)置在前導(dǎo)槽開口處??刂葡到y(tǒng)工藝布置如圖1所示。

        2.2? ? 控制系統(tǒng)配置

        控制系統(tǒng)的配置分為變頻器、伺服器、PLC、現(xiàn)場檢測(cè)四部分,其相互關(guān)系如圖2所示(方框內(nèi)為硬件設(shè)備,圓弧框內(nèi)為功能描述)。其中,變頻器用于調(diào)節(jié)圓盤剪速度,調(diào)節(jié)剪刃的角度;伺服器用于驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī),帶動(dòng)前導(dǎo)槽,將物料引至在碎斷位或過鋼位;PLC用于控制所有的邏輯運(yùn)算及下達(dá)制定控制指令;現(xiàn)場檢測(cè)用于現(xiàn)場編碼器、熱檢等信號(hào)的檢測(cè)。

        2.3? ? 控制系統(tǒng)流程簡介

        控制過程描述:HMD0檢測(cè)物料,配合HMD1測(cè)量物料的速度;HMD1檢測(cè)物料后,根據(jù)測(cè)量的物料速度,預(yù)測(cè)剪刃剪切時(shí)的角度差,并發(fā)出調(diào)整剪刃的速度指令;當(dāng)HMD2檢測(cè)物料后,代表物料剪切區(qū)域,HMD2通常作為飛剪剪切的保證信號(hào)。

        控制系統(tǒng)配合相應(yīng)的檢測(cè)器進(jìn)行邏輯控制,并發(fā)出信號(hào)觸發(fā)伺服器運(yùn)行。當(dāng)物料進(jìn)入剪切區(qū)域后,判斷剪刃閉合,伺服器按照物料速度進(jìn)行加速、勻速或減速,平移定位,將物料指引到正確的物流方向。定位控制是利用變頻器伺服功能完成的。

        控制系統(tǒng)流程如圖3所示。

        3 數(shù)據(jù)計(jì)算推導(dǎo)

        3.1? ? 剪刃角度判斷

        在圓盤剪刃后方安裝的編碼器,將編碼器信號(hào)接入PLC的高速計(jì)數(shù)器模塊,通過計(jì)數(shù)碼值就能夠判斷剪刃的實(shí)際位置。將一對(duì)剪刃閉合,進(jìn)行0°~360°的位置標(biāo)定,標(biāo)稱為0~1。4個(gè)剪刃位置分別為1#剪刃0°(標(biāo)0);2#剪刃90°(標(biāo)0.25);3#剪刃180°(標(biāo)0.5);4#剪刃270°(標(biāo)0.75)。

        3.2? ? 計(jì)算公式推導(dǎo)

        計(jì)算公式推導(dǎo)的目的是為了計(jì)算圓盤剪在切頭及切尾動(dòng)作前完成調(diào)整角度所需要的加速時(shí)間。本文計(jì)算公式以切頭功能為例進(jìn)行推導(dǎo)。

        式中,r為圓盤剪半徑;Ah1為HMD1至剪切位剪刃旋轉(zhuǎn)角度;Ah2為HMD1檢測(cè)來鋼時(shí)的剪刃角度;Ah3為HMD1至剪切位總剪刃角度;Ah4為Ah3角度的小數(shù)部分;|Ah3|為對(duì)Ah3進(jìn)行絕對(duì)值處理。

        通過以上步驟已經(jīng)算出物料到達(dá)剪切位時(shí)剪刃的角度,再計(jì)算出需要調(diào)整的角度,使得物料到達(dá)剪切長度位時(shí),剪刃可以準(zhǔn)確閉合。角度判斷的數(shù)據(jù)處理如下:

        公式推導(dǎo)結(jié)論:通過數(shù)據(jù)推導(dǎo),得出切頭剪刃增速時(shí)間Th。利用PLC將0.1倍的當(dāng)前電機(jī)速度發(fā)送給傳動(dòng)系統(tǒng),保持時(shí)間為Th。剪刃在增速過程中,增加了實(shí)際剪刃角度,增加量為Ah6,用以保證剪刃滿足切頭長度時(shí)能進(jìn)行閉合,確保剪切長度的準(zhǔn)確性。

        4 結(jié)語

        四剪刃圓盤剪設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,但控制方法較為復(fù)雜。本文介紹了四剪刃圓盤剪的工藝布置、控制系統(tǒng)配置以及控制流程,同時(shí)對(duì)角度調(diào)整參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算公式推導(dǎo),該圓盤剪控制原理也適用于其他類型的圓盤剪,對(duì)于建立類似控制系統(tǒng)有一定的借鑒作用。

        收稿日期:2020-03-05

        作者簡介:夏云鵬(1980—),男,山東青島人,高級(jí)工程師,研究方向:特殊設(shè)備的傳動(dòng)控制系統(tǒng)組成及控制方法實(shí)現(xiàn)。

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