CN107363099B - 一种冷轧机接轴定位控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷轧机接轴定位控制方法，电机传动轴同轴安装编码器；接轴定位启动位置通过接近开关检测；传动接轴上焊接方形挡块，工作辊接轴通过齿轮箱与电机传动轴连接，驱动接轴旋转；接轴定位时电机转速达到定位初始转速后，挡块触发接近开关，接轴定位减速启动；根据接近开关发讯时刻接轴位置和指定目标位置计算接轴定位行程，根据接定位轴定位行程和初始转速计算定位转速设定值，电机按照定位转速设定值减速运行直到停止，接轴定位完成；为提高定位精度，在减速过程末端对定位转速设定值进行线性化处理；本发明能够实现工作辊接轴的高精度定位控制，有效避免因接轴定位误差超限故障，保证冷轧机自动换辊顺利进行，提高机组作业率。

Description

一种冷轧机接轴定位控制方法

技术领域

本发明涉及冷轧机工作辊更换技术领域，尤其涉及一种冷轧机接轴定位控制方法。

背景技术

冷轧机生产过程中，当轧辊磨损到一定程度时,必须及时更换以满足产品质量与规格的要求。工作辊接轴定位是冷轧机更换工作辊过程中一个重要环节，是实现换辊过程自动控制的基本前提。冷轧机抽工作辊前，要求将工作辊传动接轴旋转到指定目标位置，轧辊位置偏差在3度以内，接轴定位误差超限将导致自动换辊过程中断，严重的会造成设备损坏。而冷轧机工作辊更换周期每天2至3次，接轴定位的精确控制对机组生产作业率提高具有一定影响。因此，研究开发高精度冷轧机接轴定位控制技术具有重要意义。

国内现有冷轧机接轴定位控制技术都是全套从国外引进，现有专利和文献中都没有明确说明冷轧机接轴定位的具体实现方法。在现有技术中有两种接轴定位控制方式，一种是单接近开关检测方式，一种是双接近开关检测方式。采用单接近开关检测时，接近开关发讯时定位减速启动，根据接轴实际角度位置计算定位速度设定值；采用双接近开关检测时，接轴定位的启动和停止分别采用两个接近开关控制，接近开关1发讯时定位开始，定位速度设定值切换到一个较小的速度值，接近开关2发讯时定位速度设定值切换到0自由停车。

文献1“冷轧机轧辊接轴定位控制技术研究”，王萍，《鞍钢技术》，2013年第6期40-47页，介绍了单接近开关检测方式定位方法的基本原理，文献限于研究阶段，没有说明接轴定位的实现过程和相关参数给定。专利CN201010181511.X“热轧线精轧机组接轴自动定位一次完成方法”，介绍了双接近开关检测定位方法的实现过程。这种方法缺点是在自由停车过程容易受到摩擦、惯性等外部条件变化的影响，造成定位误差超限，同时检测元件多不便于维护。

发明内容

本发明提供了一种冷轧机接轴定位控制方法，采用单接近开关检测，定位速度根据接轴实际角度位置进行连续调节，消除了外部扰动因素的影响；能够实现工作辊接轴的高精度定位控制，有效避免因接轴定位误差超限故障，保证冷轧机自动换辊顺利进行，提高机组作业率。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种冷轧机接轴定位控制方法，包括如下步骤：

1)接轴定位减速启动控制；

接轴的定位旋转角度和接轴转动速度通过编码器检测，编码器与电机传动轴同轴安装；接轴定位启动位置通过接近开关检测，接近开关安装在接轴外侧，接近开关安装的轴向位置在距离接轴与齿轮箱联轴器200～300mm处，高度与电机传动轴中心线平齐；在接轴上焊接方形挡块，挡块与接近开关的轴向安装位置一致，挡块与接近开关之间距离为5～10mm；接轴通过齿轮箱与电机传动轴连接，由电机驱动接轴旋转；

接轴定位命令发出后，电机从停止状态启动升速到定位初始转速后开始匀速运行，定位初始转速取值为1.0％～2.0％额定转速；电机转速达到定位初始转速后，开始检查接近开关信号状态，当接轴旋转到某个位置时，接轴上的挡块到达接近开关前方，此时接近开关发讯，接轴定位减速启动；根据接近开关发讯时刻接轴位置和指定目标位置计算接轴的定位行程，根据接轴定位行程和初始转速计算定位转速设定值，电机按照定位转速设定值减速运行直到停止，接轴定位完成；为提高定位精度，在减速过程末端对定位转速设定值进行线性化处理；

2)接轴定位行程计算：

挡块旋转到接近开关位置时接近开关发讯，接轴定位启动，定义此时接轴的角度位置为0度；接轴的指定目标位置是接轴的扁槽处于12点钟位置，定位行程为θ₀，θ₀取值范围150～360°；将θ₀折算为电机侧定位行程θ₁，θ₁＝θ₀×i；其中i为减速齿轮箱齿轮比；

3)定位角速度设定值ω计算：

根据编码器的角度反馈值计算定位剩余角度实时计算定位角速度设定值ω；其中γ是编码器的角度测量值，接轴定位启动时刻角度测量值清零；接轴定位启动时刻，初始定位角速度为ω₀，定位行程θ₁，接轴定位启动后电机进行匀减速动作，可以计算匀减速过程定位角加速度λ：

计算定位角速度设定值ω：

4)定位角速度设定值线性化处理；

根据角度、角速度、角加速度公式角度与角速度ω之间的关系是一条二次抛物线，在角速度曲线末端非线性影响会导致***不稳定，因此需对角速度设定值曲线末端进行线性化处理；当定位剩余角度小于等于θ₂时，定位角速度设定值函数为k为设定的增益系数，θ₂取值范围是定位总行程θ₁的0.05～0.2倍；为保证定位角速度设定值平滑切换，要求定位末端直线和抛物线相切，切点为(θ₂，kθ₂)；将抛物线段的定位角速度设定值曲线向坐标轴右侧平移θ₃,当定位剩余角度大于θ₂时，定位角速度设定值函数为将切点坐标带入定位角速度设定值函数，计算即定位角速度设定值函数为

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

能够实现冷轧机换辊过程工作辊接轴的精确定位控制，有效避免了因接轴定位偏差超限导致的自动换辊故障，减少机组停机时间，提高机组作业率。

附图说明

图1是本发明所述接轴定位***结构示意图。

图2是本发明所述定位行程计算原理图。

图3是本发明所述定位转速设定值线性化处理过程中的速度与位移关系曲线。

图中：1.工作辊 2.齿轮箱 3.接近开关 4.电机 5.变频器 6.定位控制*** 7.编码器 8.挡块 9.扁槽

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

一种冷轧机接轴定位控制方法，包括如下步骤：

1)接轴定位减速启动控制；

如图1所示，接轴的定位旋转角度和接轴转动速度通过编码器检测，编码器与电机传动轴同轴安装；接轴定位启动位置通过接近开关检测，接近开关安装在接轴外侧，接近开关安装的轴向位置在距离接轴与齿轮箱联轴器200～300mm处，高度与电机传动轴中心线平齐；在传动接轴上焊接方形挡块，挡块与接近开关的轴向安装位置一致，挡块与接近开关之间距离为5～10mm；接轴通过齿轮箱与电机传动轴连接，由电机驱动接轴旋转；

接轴定位命令发出后，电机从停止状态启动升速到定位初始转速后开始匀速运行，定位初始转速取值为1.0％～2.0％额定转速；电机转速达到定位初始转速后，开始检查接近开关信号状态，当接轴旋转到某个位置时，接轴上的挡块到达接近开关前方，此时接近开关发讯，接轴定位减速启动；根据接近开关发讯时刻接轴位置和指定目标位置计算接轴的定位行程，根据接定位轴定位行程和初始转速计算定位转速设定值，电机按照定位转速设定值减速运行直到停止，接轴定位完成；为提高定位精度，在减速过程末端对定位转速设定值进行线性化处理；

2)接轴定位行程计算：

挡块旋转到接近开关位置时接近开关发讯，接轴定位启动，定义此时接轴的角度位置为0度；接轴的指定目标位置是接轴的扁槽处于12点钟位置，定位行程为θ₀，θ₀取值范围150～360°；将θ₀折算为电机侧定位行程θ₁，θ₁＝θ₀×i；其中i为减速齿轮箱齿轮比；

3)定位角速度设定值ω计算：

根据编码器的角度反馈值计算定位剩余角度实时计算定位角速度设定值ω；其中γ是编码器的角度测量值，接轴定位启动时刻角度测量值清零；接轴定位启动时刻，初始定位角速度为ω₀，定位行程θ₁，接轴定位启动后电机进行匀减速动作，可以计算匀减速过程定位角加速度λ：

计算定位角速度设定值ω：

4)定位角速度设定值线性化处理；

根据角度、角速度、角加速度公式角度与角速度ω之间的关系是一条二次抛物线，在角速度曲线末端非线性影响会导致***部稳定，因此需对角速度设定值曲线末端进行线性化处理；当定位剩余角度小于等于θ₂时，定位角速度设定值函数为k为设定的增益系数，θ₂取值范围是定位总行程θ₁的0.05～0.2倍；为保证定位角速度设定值平滑切换，要求定位末端直线和抛物线相切，切点为(θ₂，kθ₂)；将抛物线段的定位角速度设定值曲线向坐标轴右侧平移θ₃,当定位剩余角度大于θ₂时，定位角速度设定值函数为将切点坐标带入定位角速度设定值函数，计算即定位角速度设定值函数为

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例】

1、接轴定位减速启动控制；

冷轧机抽工作辊1前，要求将工作辊1的接轴旋转到指定位置，位置偏差在3度以内，这就是接轴定位控制过程；如图1所示，接轴的定位旋转角度和接轴转动速度通过编码器7检测，编码器7与电机4传动轴同轴安装；接轴定位启动位置通过接近开关3检测，接近开关3安装在接轴外侧，接近开关3安装的轴向位置距离接轴与齿轮箱2联轴器300mm处，高度与电机4传动轴中心线平齐；在传动接轴上焊接方形挡块8，挡块8与接近开关3的轴向安装位置一致，挡块8与接近开关3之间距离为5mm。

工作辊1的接轴通过齿轮箱2与电机4传动轴连接，由电机4驱动接轴旋转；接轴定位命令发出后，电机4从停止状态启动升速到定位启动转速2％额定转速后开始匀速运行，同时开始检查接近开关3检测信号状态，当接近开关发3讯时开始定位减速运行到停止状态，接轴定位过程结束。

2、定位行程设定值计算；

如图2所示，挡块8旋转到接近开关3位置时接近开关3发讯，定义此时接轴的角度位置为0度；接轴的指定目标位置是接轴的扁槽9处于12点钟位置，接近开关挡块3超前扁槽9角度α取值90度，接近开关3滞后指定目标位置的角度β取值90度，根据θ＝α+β可以确定接轴定位行程为θ₀＝180度，齿轮箱2减速比为1.5，根据θ₁＝(α+β)×i可以确定折算到电机侧定位行程θ₁＝270度。

3、定位角速度设定值计算；

额定转速1500rpm，初始转速为1500×0.02＝30rpm，所以初始角速度为：ω₀＝30×360/60＝180度/秒。根据接轴传动电机编码器7的角位移反馈值γ计算电机定位剩余角位移根据初始定位速度计算最大角加速度：

4、速度设定值线性化处理；

如图3所示，取值20度，直线斜率

线性段函数：

抛物线段函数：

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种冷轧机接轴定位控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)接轴定位减速启动控制；

接轴的定位旋转角度和接轴转动速度通过编码器检测，编码器与电机传动轴同轴安装；接轴定位启动位置通过接近开关检测，接近开关安装在接轴外侧，接近开关安装的轴向位置在距离接轴与齿轮箱联轴器200～300mm处，高度与电机传动轴中心线平齐；在接轴上焊接方形挡块，挡块与接近开关的轴向安装位置一致，挡块与接近开关之间距离为5～10mm；接轴通过齿轮箱与电机传动轴连接，由电机驱动接轴旋转；

接轴定位命令发出后，电机从停止状态启动升速到定位初始转速后开始匀速运行，定位初始转速取值为1.0％～2.0％额定转速；电机转速达到定位初始转速后，开始检查接近开关信号状态，当接轴旋转到某个位置时，接轴上的挡块到达接近开关前方，此时接近开关发讯，接轴定位减速启动；根据接近开关发讯时刻接轴位置和指定目标位置计算接轴的定位行程，根据接轴定位行程和初始转速计算定位转速设定值，电机按照定位转速设定值减速运行直到停止，接轴定位完成；为提高定位精度，在减速过程末端对定位转速设定值进行线性化处理；

2)接轴定位行程计算：

挡块旋转到接近开关位置时接近开关发讯，接轴定位启动，定义此时接轴的角度位置为0度；接轴的指定目标位置是接轴的扁槽处于12点钟位置，定位行程为θ₀，θ₀取值范围150～360°；将θ₀折算为电机侧定位行程θ₁，θ₁＝θ₀×i；其中i为减速齿轮箱齿轮比；

3)定位角速度设定值ω计算：

根据编码器的角度反馈值计算定位剩余角度实时计算定位角速度设定值ω；其中γ是编码器的角度测量值，接轴定位启动时刻角度测量值清零；接轴定位启动时刻，初始定位角速度为ω₀，定位行程θ₁，接轴定位启动后电机进行匀减速动作，可以计算匀减速过程定位角加速度λ：

计算定位角速度设定值ω：

4)定位角速度设定值线性化处理；

根据角度、角速度、角加速度公式角度与角速度ω之间的关系是一条二次抛物线，在角速度曲线末端非线性影响会导致***不稳定，因此需对角速度设定值曲线末端进行线性化处理；当定位剩余角度小于等于θ₂时，定位角速度设定值函数为k为设定的增益系数，θ₂取值范围是定位总行程θ₁的0.05～0.2倍；为保证定位角速度设定值平滑切换，要求定位末端直线和抛物线相切，切点为(θ₂，kθ₂)；将抛物线段的定位角速度设定值曲线向坐标轴右侧平移θ₃,当定位剩余角度大于θ₂时，定位角速度设定值函数为将切点坐标带入定位角速度设定值函数，计算即定位角速度设定值函数为