本發(fā)明涉及金屬板帶軋制生產線中軋件輸送輥道機電系統(tǒng)控制領域，特別是設計了一種軋件定位與運輸輥道節(jié)能控制方法及其系統(tǒng)。

背景技術：

運輸輥道是冶金企業(yè)軋制生產線上的常用設備，主要負責完成原材料或者軋件的移送和運輸，現代冶金生產線上主要采用了每根輥道由一臺交流電動機獨立驅動的方式。作為主要的物料搬運手段，一般軋制線上的輥道電機數量龐大，總功率基本可以達到生產線總裝機容量的一半左右，其耗電量在整個生產成本中也占有很大比重。由此帶來的輥道電氣系統(tǒng)節(jié)能問題也顯得十分重要。根據軋制線的工藝要求和軋制節(jié)奏不同，用于傳動輥道的電動機不需要長期處于運行工作狀態(tài)，可以根據需要啟停相應的輥道電機，由此來減少不必要的電能損耗。目前比較常用的輥道控制方法主要可以分為手動、自動和半自動方式，手動方式完全依賴操作人員在現場的判斷，手動運行或停止輥道，這種方式與操作人員的操作習慣和軋件規(guī)格有極大關系，難以取得滿意的輥道用電節(jié)能效果。自動方式是完全由軋制生產線的計算機控制系統(tǒng)根據軋制需要啟停輥道電機，目前普遍采用的是根據軋線上布置的金屬監(jiān)測器的信號粗略跟蹤軋件區(qū)域，將區(qū)域內的所有輥道電機全部啟停運行，經常會導致半數以上輥道處于空載耗能狀態(tài)。半自動狀態(tài)是采用手動干預自動信號的方式，為輥道運行狀態(tài)沒有起到有效的改善。

本方法特別提出了一種基于軋件位置準確定位的輥道電氣系統(tǒng)節(jié)能方法，通過對初始跟蹤點的軋件位置的記憶，依據輥道速度對軋件的頭尾部位置實時進行計算，并充分考慮軋件經過軋制前后的延展長度變化，在軋件前進方向的頭、尾部分別采取預啟動和即刻停止的方式實現最大程度的輥道電機節(jié)點運行，該方法對降低電能損耗、減少設備維護率具有重要意義。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于軋件定位的運輸輥道節(jié)能方法，該方法降低了對金屬檢測器的依賴，依據輥道速度和軋制工藝參數下，以及考慮軋件軋制前后的延展長度變化和軋件軋制過程中的速度變化，對軋件頭尾位置進行實時計算，由此得到輥道電機的啟停狀態(tài)，達到節(jié)能的目的。

為實現上述目的，本發(fā)明的技術方案是：一種基于軋件定位的運輸輥道節(jié)能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括計算機控制系統(tǒng)、電機驅動單元、輥道驅動電機和運輸輥道本體。

其中，所述計算機控制系統(tǒng)是應用計算機參與控制并借助一些輔助部件與被控對象相聯系，以獲得期望的控制目的而構成的系統(tǒng)，輔助部件包括輸入輸出接口、檢測裝置和執(zhí)行裝置。在本發(fā)明中，根據現場軋制工藝參數和檢測裝置檢測值得到計算機控制系統(tǒng)的輸入初值，計算得到的啟停時刻值輸出給電機驅動系統(tǒng)；

所述電機驅動單元的輸出與相應的輥道驅動電機接線端相連，根據計算機控制系統(tǒng)輸出的啟停時刻值設定輥道驅動電機的啟停狀態(tài)，并將軋制工藝參數中輥道轉速設定值發(fā)送到相應的輥道驅動電機；

所述輥道驅動電機用于按照輥道轉速設定值帶動輥道轉動，達到運輸軋件的目的。一般地，每根輥道由一臺交流電動機獨立驅動。

所述運輸輥道本體是承擔托載運送軋件的機械設備，輥道本體由輥道驅動電機帶動，輥道本體可以按照位置分布劃分不同區(qū)域，各個區(qū)域內的輥道驅動電機由一臺電機驅動單元控制。

本發(fā)明的目的是提供采用上述基于軋件定位的運輸輥道節(jié)能控制系統(tǒng)的控制方法，步驟如下：

步驟1：計算機控制系統(tǒng)載入初值，初值包括：軋件初始長度l₀、運輸輥道線速度v、運輸輥道轉速w、軋件入口厚度h₀、軋件出口厚度h₁、軋輥直徑D(D＝2R)、軋制過程摩擦角β。

步驟2：計算機控制系統(tǒng)根據輸入初值計算出軋件運動方程。軋件運動方程按照軋件所在區(qū)域不同分為三種運動狀況：以軋件剛送入喂料區(qū)為計時起點。

在喂料區(qū)，認為軋件運動速度與運輸輥道線速度v保持一致，確定軋件頭部所在位置，根據軋件初始長度l₀，計算出軋件尾部所在位置；

在軋制區(qū)，根據體積不變原理，結合軋件入口厚度h₀、軋件出口厚度h₁、軋輥直徑D和軋制過程摩擦角β，得到軋件頭部和尾部的運動速度以及軋件軋制后的長度l₁，計算軋件頭尾部所處位置以及軋制過程所需時間T；

在出料區(qū)，軋件運動速度與運輸輥道線速度v保持一致，結合軋件軋制后長度l₁，確定軋件在出料區(qū)的運動方程。

步驟3：根據軋件在不同區(qū)域的運動方程，得到啟停時刻值和輥道驅動電機轉速設定值。啟停時刻表記錄軋件頭部和尾部到達各個區(qū)域邊緣位置的時刻，輥道驅動電機轉速設定值決定了運輸輥道的轉速。

步驟4：將計算得到的輥道驅動電機轉速設定值和啟停時刻值發(fā)送到電機驅動單元。

步驟5：電機驅動單元根據轉速設定值控制輥道驅動電機的轉速，根據啟停時刻值控制各分區(qū)的輥道驅動電機啟停狀態(tài)。此外，運輸輥道在軋件軋制過程中只起到支撐的效果，軋件的運輸依賴于軋輥，輥道驅動電機全部處于停止狀態(tài)。

本發(fā)明的有益效果是，由于采用上述技術方案，本發(fā)明所提供的基于軋件定位的運輸輥道節(jié)能方法，相對于傳統(tǒng)的手動、自動和半自動的輥道控制方法，減少了對人力和金屬檢測器的依賴，實現了軋件定位和運輸輥道的節(jié)能控制，避免了大面積的運輸輥道空轉現象，達到了降低電力損耗、提高設備運行壽命的目的。

附圖說明

圖1為系統(tǒng)構成示意圖。

圖2為運輸輥道節(jié)能方法的邏輯框圖。

圖3為軋件在軋制過程中的示意圖。

圖4為判斷軋件位置流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和軋制過程中的基本原理，對依據本發(fā)明提出的運輸輥道節(jié)能方法的具體實施方式及工作原理進行詳細說明。

如圖1所示，系統(tǒng)主要部件包含1計算機控制系統(tǒng)、2電機驅動單元、3輥道驅動電機、4運輸輥道本體。計算機控制系統(tǒng)根據給定初值得到計算結果，發(fā)出實時指令到電機驅動單元中，指令包含輥道驅動電機的轉速設定值和啟停時刻值，電機驅動單元據此給出各輥道驅動電機的啟停指令，控制相應的輥道驅動電機運行或停止，各輥道驅動電機分別帶動各自區(qū)域內的運輸輥道本體轉動，起到運輸軋件的作用。

下面結合圖2、圖3對計算機控制系統(tǒng)的計算過程進行詳細的說明。

如圖2所示，以運輸輥道總體會分為7個區(qū)域為例，編號分別為0、1、2、3、4、5、6，定義其中0、1、2為喂料區(qū)，3為軋制區(qū)，該區(qū)域范圍為，以軋件前端剛接觸軋輥時軋件末端所在位置為起點，以軋件末端剛出軋輥時軋件前端所在位置為終點，軋制區(qū)默認長度為軋件軋制前的長度和軋制后的長度之和，4、5、6為出料區(qū)。

為了便于分析，有以下處理：

以區(qū)域0的左邊界和運輸輥道所在直線的交點為坐標原點，以運輸輥道所在直線為坐標軸，正方向如圖1標注所示；

認為軋件前端剛進入區(qū)域0的時刻為計時零點；

認為各個區(qū)域的寬度一致；

軋件頭部處在區(qū)域左邊緣或者區(qū)域內時，認為頭部在當前區(qū)域，軋件頭部處在區(qū)域右邊緣時，認為頭部在當前區(qū)域的下一區(qū)域；

軋件尾部處在區(qū)域左邊緣或者區(qū)域內時，認為尾部在當前區(qū)域，軋件尾部處在區(qū)域右邊緣時，認為尾部在當前區(qū)域的下一區(qū)域；

認為軋件如果不在軋制過程中，軋件為勻速運動，速度與運輸輥道線速度相同。

圖2中A₀、A₁、A₂、A₃、A₄、A₅、A₆、A₇為各個區(qū)域入口到坐標原點(即A₀)的距離，認為各個區(qū)域寬度為d，可以計算出A_i(i＝0…7)的值。

根據軋件的運動情況，可以得到軋件前后端分別到達各個區(qū)域入口的時間值。

下面進行詳細說明：

軋件前端位置記為S₁(t)，末端位置記為S₂(t)，軋件初始長度記為l₀，軋件軋制后的長度記為l₁，軋制前后均有等式S₁(t)-S₂(t)＝l_i(i＝0,1)，可以看出，根據軋件前端位置和軋件長度就可以計算出軋件末端位置。

在喂料區(qū)，軋件運動速度與運輸輥道線速度相同，記為v_g。軋件前端剛進入區(qū)域0的時刻為計時零點T₀＝0，所以S₁(0)＝A₀＝0，軋件的運動方程為設軋件前端S₁(t)到達A₁、A₂、A₃的時間T₁、T₂、T₃，由v_gT_i＝A_i(i＝1,2,3)可以求出T₁、T₂、T₃的值，設軋件末端S₂(t)到達A₁、A₂、A₃的時間為t₁、t₂、t₃，由v_gt_i-l₀＝A_i(i＝1,2,3)可以求出t₁、t₂、t₃的值。

根據軋制區(qū)分區(qū)的標準，即以軋件前端剛接觸軋輥時軋件末端所在位置為起點，以軋件末端剛出軋輥時軋件前端所在位置為終點，則在t₃時刻軋件前端正好接觸軋輥(此時軋件末端在A₃處)，軋制過程開始。

圖3為軋件在軋制過程中的示意圖，認為軋件無寬展，且軋件沿每一高度斷面上質點變形均勻，其運動的水平速度一樣。如圖3所示，軋件出口厚度為h，出口速度為v_h，軋件入口厚度為H，入口速度為v_H，軋輥的圓周速度為v，軋輥半徑為R，h_γ為中性面處軋件高度，v_γ為中性面處軋件的水平速度，α為咬入角，β為摩擦角，γ為中性角。下面推導軋件的出口速度v_h和入口速度v_H：

由Δh＝H-h＝2R(1-cosα)求得咬入角α；

由求得中性角γ；

由h_γ＝h+2R(1-cosγ)求得中性面處軋件高度h_γ；

由v_γ＝vcosγ求得中性面處軋件的水平速度v_γ。

變形區(qū)任意一點軋件的水平速度可以用體積不變條件計算，忽略寬展，可以得出：

和l₀H＝l₁h

得到出口速度和軋制后軋件長度

根據軋制區(qū)分區(qū)的標準，即以軋件前端剛接觸軋輥時軋件末端所在位置為起點，以軋件末端剛出軋輥時軋件前端所在位置為終點，則在軋件前端到達A₄處時，軋件末端剛好出軋輥，軋制過程結束，軋件進入出料區(qū)，軋制過程所用時間記為T，則有：

$T=\frac{l_1}{v_h}$

設軋件前端到達A₄處的時間為T₄，可以求出T₄＝t₃+T。

軋件在出料區(qū)運動方程為設軋件前端S₁(t)到達A₅、A₆、A₇的時間為T₅、T₆、T₇，由4d+v_g(T_i-T₄)＝A_i(i＝5,6,7)可以求出T₅、T₆、T₇的值，設軋件末端S₂(t)到達A₅、A₆、A₇的時間為t₅、t₆、t₇，由4d+v_g(t_i-T₄)-l₁＝A_i(i＝5,6,7)可以求出t₅、t₆、t₇的值。

根據上述計算結果，可以得到輥道驅動電機的啟停時刻值t_i(i＝1,2,3,5,6,7)和T_i(i＝1,2,3,4,5,6,7)，啟停規(guī)則為為：當軋件前端剛進入該區(qū)域時，啟動該區(qū)域電機；當軋件末端剛進入該區(qū)域時，關閉上一區(qū)域電機；當軋件在軋制過程中，認為軋件的運動依賴軋輥，運輸輥道起到支撐作用，各區(qū)域電機都為停止狀態(tài)。

：當t＝T_i時，啟動第i區(qū)域(i＝0…7)的電機；當t＝t_i時，關閉第i-1區(qū)域(i＝1,2,5,6,7)的電機；當t＝t₃時，軋制過程開始，關閉所有區(qū)域電機。

根據上述計算結果，還可以實時確定軋件位置，如圖4所示。

判斷時刻t<t₃是否成立，若成立，則認為軋件在喂料區(qū)，根據喂料區(qū)軋件運動方程確定軋件具體位置；若不成立，判斷時刻t>T₄是否成立，若成立，則認為軋件在出料區(qū)，根據出料區(qū)軋件運動方程確定軋件具體位置；若不成立，則判斷軋件處在軋制過程中，此時所有區(qū)域的輥道驅動電機處于停止狀態(tài)。