專利名稱：吐絲機頭部定位自動控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及軋鋼吐絲系統，對鋼線材的頭部進行定位。
技術背景軋制鋼筋線材生產線上，當線材由粗軋機出線后，線頭不規則會影響進入精軋機 軋輥，所以必須用飛剪裝置剪去頭部，經飛剪裝置剪切成一定長度線材，該線材再經過精軋 機軋制后進入吐絲機圓卷成捆，由風冷輥道輸送下一道打包工序。吐絲機頭部定位自動控制技術是對線材的頭部落位進行定位的技術，使鋼線材的 頭部按照需要進行落位。在軋鋼系統中，吐絲機運行時，吐絲盤作高速旋轉，軋件經過吐絲 機變為具有一定半徑的圓形的線材落到風冷輥道上，吐絲盤軸心線是垂直于地面，而盤卷 后的線材捆進入輸送輥道是以圓卷中心線與輥道傳輸方向線是平行的，線材頭部在前。由 于風冷輥道是由許多圓形輥子并排安裝的，風冷輥道的輥子與輥子之間有較大的間隙，當 成品線材經過吐絲機時，由于落位是不規則的，線材的頭部如果位于底部并且向前則容易 插到輥道的縫隙內，線材的頭部如果靠近輥道的邊板則容易刮到邊板。為了避免這種兩種 情況引起的故障，必須對線材的頭部落位進行控制，使線材按指定的位置落在風冷輥道上。 因為線材頭部在吐絲盤圓卷后，會被后卷的鋼筋纏繞，送入輥道時，人工也無法鉤動線材頭 部，而線材尾部在后部外圈，送入輥道時，人工還可以鉤住尾部改變其狀態角度，所以線材 頭部的相位角控制至關重要。現有的吐絲機頭部定位存在一定的問題，由于吐絲機的吐絲盤是高速旋轉的，且 吐絲機卷圓時線材的半徑逐漸變大，吐絲盤的速比不一樣，在定位吐絲盤位置時存在一定 的困難，控制精度沒辦法達到要求。現在國內主要采用了兩種控制方法①通過改變精軋機前的飛剪剪切長度。這種方法的原理是事先人為計算設定飛剪 的剪切長度，調整軋件到達吐絲管口的時間，以達到控制軋件頭部相位角的目的。這種方法 在吐絲機的速比不一樣時，在計算過程中存在較大的誤差，定位吐絲盤位置時存在一定的 困難，控制精度沒辦法達到要求。②通過改變吐絲機的轉速，實現對吐絲機的頭部定位。這種方法在吐絲機的速比 不一樣時，在人為計算過程中存在較大的誤差。③由于吐絲機轉速在1500r/min，電機編碼器采集的信號和吐絲盤存在一定的速 比，采樣時誤差較大，在定位吐絲盤位置時存在一定的困難。
發明內容本實用新型的目的在于克服上述缺陷，提供一種吐絲機頭部定位自動控制裝置。本實用新型的方案是在飛剪機前端設置熱金屬檢測器HMD1，在精軋機后吐絲機 前設置熱金屬檢測器HMD2，在吐絲盤上方兩側固定光電管及其接收器，在吐絲盤上方固定 一個光電感應塊，兩熱金屬檢測器分別將線材頭部到達該檢測位置的時間信息傳輸裝置與
3中央處理器CPU輸入端連接，光電管同時也將檢測到光電感應塊的時間信息傳輸裝置與中 央處理器CPU輸入端連接；中央處理器CPU還包括①將光電管輸入感應塊的時間信息運算出吐絲盤的轉速，并以旋轉一周的時間分 時段計算出即時段吐絲盤的相位角的即時相位角運算裝置；②將兩熱金屬檢測器輸入線材頭部到達的時間運算出線材直線運動速度的線頭 運行速度運算裝置；③以熱金屬檢測器HMD2與吐絲盤的距離、線材直線運行速度、吐絲盤轉速、吐絲 盤即時相位角數據計算出線材頭部到達吐絲盤的到達相位角運算裝置；④以線材頭部到達相位角，吐絲盤轉速、吐絲盤落料時間計算出線材頭部落料相 位角的落料相位角運算裝置；⑤將落料相位角與設定的落料相位角標準值進行比較運算，運算出比較誤差的誤 差比較器；⑥將比較誤差、吐絲盤轉速、吐絲盤直徑、線材直線運動速度計算出線材補位長度 修正值的長度修正值運算裝置；⑦以線材補位長度修正值計算出線材頭部進入吐絲盤的時間修正值，再以此時間 修正值計算出后一根線材剪切修正時間的時間修正值運算裝置；⑧將飛剪剪切修正時間輸入飛剪控制裝置的信息輸出裝置；熱金屬檢測器HMD1、熱金屬檢測器HMD2輸出端分別與線頭運行速度運算裝置輸 入端連接，光電管輸出端與即時相位角運算裝置輸入端連接，即時相位角運算裝置、線頭運 行速度運算裝置輸出端分別與到達相位角運算裝置輸入端連接，到達相位角運算裝置輸出 端依次與落料相位角運算裝置、誤差比較器、長度修正值運算裝置、信息輸出裝置實現串聯 式連接。本實用新型的優點在于本系統解決了吐絲機頭部定位誤差較大的問題，通過光 電管信號實現對吐絲盤定位，以線頭相位角、線材直線運動速度、吐絲盤轉速進行CPU數據 處理，控制飛剪時間或吐絲盤轉速，使得控制的角度精度達到30度之內。
圖1是光電管安裝位置圖。圖2是軋線示意圖。圖3是本實用新型結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型的方案是包括熱金屬檢測器、中央處理器CPU、飛剪控制裝置，其特 征在于在飛剪機前端設置熱金屬檢測器HMD1 (1)，在精軋機(3)后吐絲機(5)前設置熱金屬 檢測器HMD2(4)，在吐絲盤(9)上方兩側固定光電管(7)及其接收器，在吐絲盤(9)上方固 定一個光電感應塊(8)，兩熱金屬檢測器分別將線材頭部到達該檢測位置的時間信息傳輸 裝置與中央處理器CPU輸入端連接，光電管(7)同時也將檢測到光電感應塊(8)的時間信 息傳輸裝置與中央處理器CPU輸入端連接；
4[0026]中央處理器CPU還包括①將光電管(7)輸入感應塊的時間信息運算出吐絲盤(9)的轉速，并以旋轉一周 的時間分時段計算出即時段吐絲盤(9)的相位角的即時相位角運算裝置；②將兩熱金屬檢測器輸入線材頭部到達的時間運算出線材直線運動速度的線頭 運行速度運算裝置；③以熱金屬檢測器HMD2(4)與吐絲盤(9)的距離、線材直線運行速度、吐絲盤(9) 轉速、吐絲盤(9)即時相位角數據計算出線材頭部到達吐絲盤(9)的到達相位角運算裝 置；④以線材頭部到達相位角，吐絲盤(9)轉速、吐絲盤(9)落料時間計算出線材頭部 落料相位角的落料相位角運算裝置；⑤將落料相位角與設定的落料相位角標準值進行比較運算，運算出比較誤差的誤 差比較器；⑥將比較誤差、吐絲盤(9)轉速、吐絲盤(9)直徑、線材直線運動速度計算出線材 補位長度修正值的長度修正值運算裝置；⑦以線材補位長度修正值計算出線材頭部進入吐絲盤(9)的時間修正值，再以此 時間修正值計算出后一根線材剪切修正時間的時間修正值運算裝置；⑨將飛剪剪切修正時間輸入飛剪控制裝置的信息輸出裝置；熱金屬檢測器HMD1⑴、熱金屬檢測器HMD2⑷輸出端分別與線頭運行速度運算 裝置輸入端連接，光電管(7)輸出端與即時相位角運算裝置輸入端連接，即時相位角運算 裝置、線頭運行速度運算裝置輸出端分別與到達相位角運算裝置輸入端連接，到達相位角 運算裝置輸出端依次與落料相位角運算裝置、誤差比較器、長度修正值運算裝置、信息輸出 裝置實現串聯式連接。飛剪剪切控制裝置以輸入的剪切修正時間加上啟動時間提前量，啟動飛剪裝置 (2)對后一根線材進行剪切，以使線材經精軋、圓卷后線頭落料相位角在給定的時間內。中央處理器CPU作如下運作①將光電管(7)輸入感應塊⑶的時間信息運算出吐絲盤(9)的轉速，并以旋轉 一周的時間分時段計算出每時段吐絲盤(9)的相位角；②將兩熱金屬檢測器輸入線材頭部到達的時間運算出線材直線運動速度；③以熱金屬檢測器HMD2(4)與吐絲盤(9)的距離、線材直線運行速度、吐絲盤(9) 轉速、吐絲盤(9)即時相位角數據計算出線材頭部到達吐絲盤(9)的到達相位角；④以線材頭部到達相位角，吐絲盤(9)轉速、吐絲盤(9)落料時間計算出線材頭部 落料相位角；⑤將落料相位角與設定的落料相位角標準值進行比較運算，運算出比較誤差；⑥將比較誤差、吐絲盤(9)轉速、吐絲盤(9)直徑、線材直線運動速度計算出線材 補位長度修正值；⑦以線材補位長度修正值計算出線材頭部進入吐絲盤(9)的時間修正值，再以此 時間修正值計算出后一根線材剪切修正時間；⑦將飛剪剪切修正時間輸入飛剪控制裝置；飛剪剪切控制裝置以輸入的剪切修正時間加上啟動時間提前量，啟動飛剪裝置(2)對后一根線材進行剪切，以使線材經精軋、圓卷后線頭落料相位角在給定的時間內。為了解決此問題，我們采用在吐絲盤(9)的兩側安裝一對光電管(7) (0MR0M E3N-30LH4-G)(安裝位置見圖1)，由于它的響應時間能達到3ms，能夠滿足我們對吐絲盤 (9)的定位需要，在吐絲盤(9)上安裝一個感應塊(8)(安裝位置見圖1)，光電管(7)每亮 一次產生一個信號，將此信號傳給吐絲機(5)控制板，PLC通過計算將此信號傳給飛剪控制 板。PLC通過以太網同上位機PC進行通訊，通過PROFIBUS DP同飛剪及吐絲機(5)傳動裝 置進行連接，PLC通過I/O點采集HMD的信號。圖1是光電管(7)安裝位置圖，我們通過此光電管(7)實現對吐絲盤(9)角度的 定位，光電管(7)定位于吐絲盤(9)的兩側，距離為離吐絲盤(9)邊緣20CM，感應塊(8)位 于吐絲盤(9)的正上方。圖2是軋線示意圖，是我廠3號飛剪后設備的布置圖。本實用新型的工作原理如下(1)調整飛剪的剪切長度控制，調整飛剪的啟動時間，我們通過增加飛剪的剪切長 度，調整軋件到達吐絲管口的時間，以達到控制軋件頭部的目的。控制的方法當軋件的頭 部到達吐絲管口后，PLC得到實際的角度，通過與給定角度相比較，計算出新的角度。當下 一根軋件到達飛剪前的熱金屬檢測器HMD1 (1)時，計算機采樣此時吐絲管口的角度值，然 后根據這個角度值和新的角度值及吐絲機(5)的旋轉速度及吐絲機(5)夾送輥的超前值 計算出飛剪校正的時間值，將這個值與設定長度飛剪剪切時間相加就得到了飛剪的啟動時 間，然后傳給飛剪板卡進行控制。飛剪的動作順序為停止一加速一剪切一返回初始位置一 停車，3#飛剪的快速響應、瞬時起停，能保證剪切的精度，保證到達吐絲管口的角度精確。當 使用飛剪的剪切長度進行控制時，我們可以通過人機界面給定一個角度值，通過比較給定 與實際角度的誤差，可以判定頭部定位的精確度，以快速進行故障判斷。控制思路如下第一根鋼到吐絲管口一采樣實際角度一比較器運算一新的角度第二根鋼到HMD1 —采樣吐絲管口的角度一運算器運算一飛剪校正的時間值一加 運算一飛剪啟動時間一傳給飛剪板卡進行控制(2)調整吐絲機(5)速度控制，實現吐絲機(5)定位的另一種方法是軋件頭部經過 夾送輥前熱金屬檢測器HMD2 (4)時，通過檢測設定點角度與軋件實際角度誤差，經積分器 產生位置給定，在與軋件實際位置相比較產生速度給定值后送吐絲機(5)傳動柜，通過調 節吐絲機(5)電機速度而使軋件頭部按照給定的位置從吐絲機(5)管口出來。當選擇吐絲 機(5)速度進行定位模式時，第一根鋼到吐絲管口，采樣實際角度，通過比較器運算得到新 的角度；第二根鋼到HMD1，采樣吐絲管口的角度，得到此時的誤差，通過積分運算產生速度 給定，將此速度給定傳給吐絲機(5)傳動柜。當使用吐絲機(5)速度進行控制時，我們同樣 可以通過人機界面給定一個角度值，通過比較給定與實際角度的誤差，可以判定頭部定位 的精確度，以快速進行故障判斷。控制思路如下第一根鋼到吐絲管口一采樣實際角度一比較器運算一新的角度鋼到HMD2 —檢測誤差一積分運算一產生速度給定一吐絲機(5)傳動柜由于更換吐絲管頻繁，吐絲管存在帶導槽和不帶導槽的區別，我們增加了相應的 計算程序。本實用新型在使用時的具體事例舉例如下[0059]①操作工通過人機界面選擇飛剪剪切頭部定位，此時計算機將此信息通過 RSVIE32人機接口系統輸給PLC ；②當軋件的頭部到達吐絲管口后，光電管(7)采樣此時吐絲盤(9)的實際位置值， PLC得到實際的角度，通過一系列計算得到下一根鋼的角度，此時我們可以比較實際角度和 給定角度的偏差，如果偏差在20度以內者證明吐絲機(5)頭部定位系統運行正常。③此時可以讓現場操作人員觀察實際上軋件吐絲的落位，如果落位不理想可以再 對角度進行調整。線材頭部落料相位角標準值，我們設定為傳送輥道(6)上方線材圓捆最高點左右 15度偏差范圍內。
權利要求吐絲機頭部定位自動控制裝置，包括熱金屬檢測器、中央處理器CPU、飛剪控制裝置，其特征在于在飛剪機前端設置熱金屬檢測器HMD1(1)，在精軋機(3)后吐絲機(5)前設置熱金屬檢測器HMD2(4)，在吐絲盤(9)上方兩側固定光電管(7)及其接收器，在吐絲盤(9)上方固定一個光電感應塊(8)，兩熱金屬檢測器分別將線材頭部到達該檢測位置的時間信息傳輸裝置與中央處理器CPU輸入端連接，光電管(7)同時也將檢測到光電感應塊(8)的時間信息傳輸裝置與中央處理器CPU輸入端連接；中央處理器CPU還包括①將光電管(7)輸入感應塊的時間信息運算出吐絲盤(9)的轉速，并以旋轉一周的時間分時段計算出即時段吐絲盤(9)的相位角的即時相位角運算裝置；②將兩熱金屬檢測器輸入線材頭部到達的時間運算出線材直線運動速度的線頭運行速度運算裝置；③以熱金屬檢測器HMD2(4)與吐絲盤(9)的距離、線材直線運行速度、吐絲盤(9)轉速、吐絲盤(9)即時相位角數據計算出線材頭部到達吐絲盤(9)的到達相位角運算裝置；④以線材頭部到達相位角，吐絲盤(9)轉速、吐絲盤(9)落料時間計算出線材頭部落料相位角的落料相位角運算裝置；⑤將落料相位角與設定的落料相位角標準值進行比較運算，運算出比較誤差的誤差比較器；⑥將比較誤差、吐絲盤(9)轉速、吐絲盤(9)直徑、線材直線運動速度計算出線材補位長度修正值的長度修正值運算裝置；⑦以線材補位長度修正值計算出線材頭部進入吐絲盤(9)的時間修正值，再以此時間修正值計算出后一根線材剪切修正時間的時間修正值運算裝置；⑧將飛剪剪切修正時間輸入飛剪控制裝置的信息輸出裝置；熱金屬檢測器HMD1(1)、熱金屬檢測器HMD2(4)輸出端分別與線頭運行速度運算裝置輸入端連接，光電管(7)輸出端與即時相位角運算裝置輸入端連接，即時相位角運算裝置、線頭運行速度運算裝置輸出端分別與到達相位角運算裝置輸入端連接，到達相位角運算裝置輸出端依次與落料相位角運算裝置、誤差比較器、長度修正值運算裝置、信息輸出裝置實現串聯式連接。
專利摘要吐絲機頭部定位自動控制裝置，涉及軋鋼吐絲系統，其特征在于在飛剪前端、吐絲機前設置熱金屬檢測器，吐絲盤上方設置光電感應器，將信息輸送給包含即時相位角運算裝置、線頭運行速度運算裝置、到達相位角運算裝置、落料相位角運算裝置、誤差比較器、長度修正值運算裝置、修正值運算裝置的中央處理器CPU計算線材運行速度、吐絲盤線頭相位角、比較誤差來修正飛剪剪切時間，控制剪切長度。優點是本系統解決了吐絲機頭部定位誤差較大的問題，通過光電管信號實現對吐絲盤定位，以線頭相位角、線材直線運動速度、吐絲盤轉速進行CPU數據處理，控制飛剪時間或吐絲盤轉速，使得控制的角度精度達到30度之內。
文檔編號B21B39/14GK201603758SQ20092018126
公開日2010年10月13日 申請日期2009年11月13日 優先權日2009年11月13日
發明者張偉鈴, 張樹養, 張起, 林遠 申請人:福建三鋼閩光股份有限公司;福建省三鋼(集團)有限責任公司