钢卷车所载钢卷高度对中的控制方法及系统 【技术领域】
本发明涉及冶金冷轧连续处理技术，特别涉及一种钢卷车所载钢卷高度对中的控制方法及系统。
背景技术
冷轧连续处理线的钢卷车是冷轧工艺中的主要设备之一。钢卷车的自动控制过程贯穿整个上卷过程，如果上卷对高计算出问题，可能造成翻卷及设备损坏，甚至危害到人身安全。因此，钢卷车的自动上卷必须做到准确、及时、安全可靠。该设备在整个系统中起着至关重要的作用，它能否正常运行直接影响着冷轧连续处理线的生产节奏。在冷轧连续处理线中，钢卷车首先从鞍座位取钢卷，然后进行钢卷直径测量和高度对中，对中准确后进行上卷；所谓钢卷高度对中，就是在上卷过程中，使钢卷的高度中心位与开卷机芯轴的中心位一致，以确保钢卷插入开卷机。
目前有些生产线使用超声波传感器结合小车上安装的用来确定上下位置的编码器来实现对中功能，但由于超声波信号易受干扰，高度对中精度难以保证。目前也有光栅用于高度对准，但控制复杂。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是实现钢卷车上卷的精确高度对中且控制简单，提高钢卷车上卷的自动化程度。
为解决上述技术问题，本发明的钢卷车所载钢卷高度对中的控制方法采用的技术方案是，钢卷车有一V型鞍座，钢卷置于V型鞍座之上，载有钢卷的钢卷车行至开卷机前的高度对中位置时进行高度对中，其特征在于，在高度对中位置设置一个立柱，在立柱上安装有光栅，当托着钢卷的钢卷车在高度对中位置下降到最低位置时，至少有一光栅的高度高于所载钢卷的上沿，钢卷车上设置有提升编码器，钢卷车行进到高度对中位置时停止前进，下降到最低位置，进行钢卷车提升编码器的校零后提升，当钢卷的上边沿刚好挡住一光栅时提升停止，同时记录此时的提升编码器的位置值，作为钢卷车此次提升的行程，设置一目标高度控制模块，该目标高度控制模块设定有以下固定参数：钢卷车下降到最低位置时开卷机芯轴中心到V型鞍座尖底的距离、当钢卷车下降到最低位置时光栅到钢卷车V型鞍座尖底的距离、V型鞍座一面同水平面夹角、一特定钢卷的直径，根据钢卷车提升行程及上述固定参数，由以下计算式确定钢卷车需要提升的目标高度，控制高度对中：
L=K3-K+X+Dr-Comp2;]]>
Dr＝K-X-h1；
Comp=2COSθ(Dr-D1)1-COSθ;]]>
h1=D1(1-COSθ)2COSθ;]]>
其中，L为钢卷车需要从最低位置提升的目标高度，X为钢卷的上沿刚好挡住一光栅时的钢卷车提升行程，K3为当钢卷车下降到最低位置时开卷机芯轴中心到V型鞍座尖底的距离、K为当钢卷车下降到最低位置时上述一光栅到钢卷车V型鞍座尖底的距离，D1为一特定钢卷的直径，h1为直径为D1的钢卷置于V型鞍座之上时钢卷的下沿到钢卷车V型鞍座尖底的距离，θ为V型鞍座一面同水平面夹角，Dr为实际直径为D的钢卷置于V型鞍座之上时钢卷的下沿到钢卷车V型鞍座尖底的距离采用h1的直径估算值，Comp为钢卷直径修正量，是钢卷实际直径D同前述直径估算值Dr的差值。
为解决上述技术问题，本发明的钢卷车所载钢卷高度对中的控制系统采用的技术方案是，钢卷车有一V型鞍座，钢卷置于V型鞍座之上，载有钢卷的钢卷车行至开卷机前的高度对中位置时进行高度对中，其特征在于，在高度对中位置设置一个立柱，在立柱上安装有光栅，当托着钢卷的钢卷车在高度对中位置下降到最低位置时，至少有一光栅的高度高于所载钢卷的上沿，钢卷车上设置有提升编码器，钢卷车行进到高度对中位置时停止前进，下降到最低位置，进行钢卷车提升编码器的校零后提升，当钢卷的上边沿刚好挡住一光栅时提升停止，同时记录此时的提升编码器的位置值，作为钢卷车此次提升的行程，还包括一目标高度控制模块，该目标高度控制模块设定有以下固定参数：钢卷车下降到最低位置时开卷机芯轴中心到V型鞍座尖底的距离、当钢卷车下降到最低位置时光栅到钢卷车V型鞍座尖底的距离、V型鞍座一面同水平面夹角、一特定钢卷地直径，根据钢卷车提升行程及上述固定参数，由以下计算式确定钢卷车需要提升的目标高度，控制高度对中：
L=K3-K+X+Dr-Comp2;]]>
Dr＝K-X-h1；
Comp=2COSθ(Dr-D1)1-COSθ;]]>
h1=D1(1-COSθ)2COSθ;]]>
其中，L为钢卷车需要从最低位置提升的目标高度，X为钢卷的上沿刚好挡住一光栅时的钢卷车提升行程，K3为当钢卷车下降到最低位置时开卷机芯轴中心到V型鞍座尖底的距离、K为当钢卷车下降到最低位置时上述一光栅到钢卷车V型鞍座尖底的距离，D1为一特定钢卷的直径，h1为直径为D1的钢卷置于V型鞍座之上时钢卷的下沿到钢卷车V型鞍座尖底的距离，θ为V型鞍座一面同水平面夹角，Dr为实际直径为D的钢卷置于V型鞍座之上时钢卷的下沿到钢卷车V型鞍座尖底的距离采用h1的直径估算值，Comp为钢卷直径修正量，是钢卷实际直径D同前述直径估算值Dr的差值。
本发明的钢卷车所载钢卷高度对中的控制方法及系统，钢卷车有一V型鞍座，钢卷置于V型鞍座之上，当托着钢卷的钢卷车在高度对中位置下降到最低位置后进行提升，当钢卷的上边沿刚好挡住光栅时记录提升编码器的位置值作为钢卷车提升的行程，设置一目标高度控制模块，根据钢卷车提升的行程由计算式确定钢卷车需要提升的目标高度，控制高度对中，利用钢卷车提升编码器与高度对中光栅，及高度对中的特定算法，实现了钢卷车的精确高度对中及上卷。无论钢卷大小，都能实现钢卷车高度对中的准确无误，即使钢卷内径增加了套筒，使得钢卷内径减小，增加了上卷的难度，但钢卷车仍然可以精确上卷。在各类PLC语言的编程中实现简便，易于编程，提高了自动化生产的能力。
【附图说明】
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明一实施方式的示意图；
图2是本发明一实施方式的各部分间的几何关系示意图。
【具体实施方式】
本发明的钢卷车所载钢卷高度对中的控制方法及系统一实施方式如图1所示，在冷轧连续处理线中，钢卷车3从放置钢卷2的鞍座位6上取得钢卷2后行至开卷机7前的高度对中位置4进行钢卷高度对中，高度对中位置4设置有一个立柱1，在立柱1上安装有第一光栅11、第二光栅12两个用于高度对中的光栅，第一光栅11位置较高、第二光栅12位置较低；钢卷车3为V型鞍座，钢卷车3上设置有提升编码器31(PLG，pulsegenerator)、横向编码器。在冷轧连续处理线中，钢卷车3首先从鞍座位6取钢卷2，当托着钢卷2的钢卷车3行至高度对中位置4，通过钢卷车的横向编码器精确定位高度对中位置4，钢卷车3停止前进，下降到最低位置8(水平零位)，并进行钢卷车提升编码器31的校零，以消除提升编码器的累计误差，后慢速提升。当钢卷2的上边沿刚好挡住高度对中光栅时(即光栅信号由0跳变为1)，提升停止，同时记录此时的提升编码器31的位置值，作为钢卷车3此次提升的行程X。
这两个光栅，分别用于不同大小的钢卷，如果钢卷较大，当钢卷车3下降到最低位置8，所载钢卷2仍然遮住位置低的第二光栅12，则使用位置高的第一光栅11进行高度对中；如果钢卷较小，当钢卷车3下降到最低位置，所载钢卷未遮住位置低的第二光栅12，则使用位置低的第二光栅12进行高度对中。根据应用现场情况，当托着钢卷的钢卷车在高度对中位置下降到最低位置时，应保证至少有一对中光栅的高度高于所载钢卷的上沿。
它们之间的几何关系，如图2所示：
由于下列值是固定的：
√当钢卷车3下降到最低位置8时光栅到钢卷车V型鞍座尖底的距离K(第一光栅11到钢卷车V型鞍座尖底的距离为K2，第二光栅12到钢卷车V型鞍座尖底的距离为K1，本例是以K1为例)；
√当钢卷车3下降到最低位置8时开卷机芯轴中心71到钢卷车V型鞍座尖底的距离K3；
√钢卷车的V型鞍座的角度θ，即V型鞍座一面同水平面夹角；
有了以上的数值，就能计算出钢卷的直径D，从而得到该钢卷的中心位置。计算如下：
(D2+h)COSθ=D2]]>
h=D(1-COSθ)2COSθ---(1)]]>
K1＝X+D+h (2)
D为钢卷直径，h为在钢卷车V型鞍座上的直径为D的钢卷的下沿到钢卷车V型鞍座尖底的距离，X为所载钢卷上沿遮住第二光栅12时由钢卷车提升编码器确定的钢卷车此次提升的行程，由于钢卷车V型鞍座的角度θ值固定，所以h与钢卷直径D成线性变化。采集直径为D1(例如1000mm)及D2(例如2000mm)的钢卷为两个特定点，并由式(1)计算出在钢卷车V型鞍座上的直径为D1的钢卷的下沿到钢卷车V型鞍座尖底的距离h1、在钢卷车V型鞍座上的直径为D2的钢卷的下沿到钢卷车V型鞍座尖底的距离h2。
Dr为实际直径为D的钢卷的h值采用h1的直径估算值，与实际的直径D存在一个修正量为Comp的偏差。
由式(2)可以计算出：
Dr＝K1-X-h1；
由下面的式子计算出h随直径变化的比率t：
t=D2-D1h2-h1=1-COSθ2COSθ]]>
由此可以得出不同直径的h的修正量：
Comp=Dr-D1t=2COSθ(Dr-D1)1-COSθ]]>
计算出钢卷的直径：
D=Dr-Comp=Dr-2COSθ(Dr-D1)1-COSθ]]>
钢卷车高度对中的目标值：
L=K3-M=K3-(K1-X-D2)=K3-K1+X+Dr-Comp2]]>
L即为钢卷车需要提升的目标高度。D为计算出的钢卷直径，M为钢卷车所载直径为D的钢卷轴心91到钢卷车V型鞍座尖底的距离。
设置一目标高度控制模块，根据设定的K3、K2、K1、θ、D1等固定参数及通过提升编码器采集的提升行程X，由以上计算式确定钢卷车需要提升的目标高度，控制高度对中。
本发明的钢卷车所载钢卷高度对中的控制方法及系统，利用钢卷车提升编码器与高度对中光栅，以及高度对中的特定算法，实现了钢卷车的精确高度对中及上卷，即使钢卷内径增加了套筒，使得钢卷内径减小，增加了上卷的难度，但钢卷车仍然可以精确上卷。该计算方法，在各类PLC语言的编程中实现简便，易于编程，提高了自动化生产的能力。