一种四辊辊涂机的自动控制方法及系统

技术领域

本发明属于辊涂机控制技术领域，具体涉及一种四辊辊涂机的自动控制方法及系统。

背景技术

辊涂机用于将涂液涂覆到带钢的上下表面，若要连续涂覆多条带钢，则焊缝过辊涂机的时候需要进行处理，否则焊缝可能划伤涂覆辊而损坏辊涂机设备，且当两条带钢的规格相差较大的时候，辊涂机的工艺参数也需要在焊缝附近快速的进行切换。

判断辊涂机涂覆质量的主要指标为涂液膜的厚度。带钢对涂液膜的厚度要求非常严格，厚度过薄或不均匀则带钢会因缺少足够的防护而过快氧化及受腐蚀，厚度太厚同样不符合质量要求，还造成涂液的浪费。而辊间压力，即涂覆辊和带料辊之间的压力的控制精度直接影响涂层的厚度精度，会给涂覆质量带来很大的影响。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种四辊辊涂机的自动控制方法及系统，采用快开液压缸解决焊缝过辊涂机时可能损伤辊涂机设备的问题，并使用辊间压力闭环控制方法解决辊间压力的控制精度问题。

本发明所采用的技术方案如下：

一种四辊辊涂机的自动控制方法，包括以下步骤：

未涂覆时接收到焊缝检测信号后，控制上下涂头的涂覆辊和带料辊移动到指定位置并以线速度设定值进行转动；

获取辊间压力，调节带料辊的步进电机控制辊间压力到设定值并保持，然后延时进行上下涂头液压缸的压下动作，开始涂覆带钢；

其中，根据焊缝距离和涂覆距离计算启动延时时间：

T

T

式中，T

在涂覆过程中接收到焊缝检测信号时，若需要继续涂覆则进行上下涂头液压缸的快开和压下动作，使焊缝在通过上下涂头时对应涂头液压缸为打开状态，且通过上下涂头后对应涂头液压缸为闭合状态；若不需要继续涂覆则打开上下涂头液压缸等待下一次涂覆指令；

其中，根据焊缝距离和快开距离计算上下涂头的液压缸快开延时时间：

T

T

式中，T

根据上下涂头液压缸动作时间计算上下涂头的液压缸压下延时时间：

T

T

式中，T

进一步的，按速比设定值计算得到线速度设定值：

V

V

式中，V

进一步的，使用比例控制器控制涂覆辊移动到涂覆工作位：

S

式中，S

使用比例控制器控制带料辊移动到即将接触到涂覆辊的位置处：

S

式中，S

进一步的，获取辊间压力，调节带料辊的步进电机控制辊间压力到设定值并保持，包括：

获取辊间压力实际值，并计算压力差，压力差为辊间压力设定值减去辊间压力实际值；使用比例积分控制器根据所述压力差计算带料辊的步进电机速度控制量，并对步进电机速度控制量进行限幅，公式如下：

式中，S

进一步的，调节带料辊的步进电机将带料辊移动到与涂覆辊即将接触的位置，到位后对涂覆辊和带料辊之间的压力传感器进行较零，并进行滤波处理得到辊间压力实际值，包括：

涂覆辊和带料辊之间的压力传感器为4个，分别位于上涂头传动侧、上涂头操作侧、下涂头传动侧和下涂头操作侧；

带料辊移动到与涂覆辊即将接触的位置后，记录上涂头传动侧、上涂头操作侧、下涂头传动侧和下涂头操作侧压力传感器的压力测量值，作为压力调零值，并分别记为P

每个压力传感器的测量值需要通过一阶滞后环节PT1加以平滑滤波处理，再将涂头两侧的压力滤波值取平均即得到上下涂头的辊间压力实际值，即：

P

P

式中，P

式中，Y

进一步的，带料辊与涂覆辊之间间隙为1.0mm的位置为带料辊与涂覆辊即将接触的位置。

进一步的，按经验初步计算辊间压力的PI控制参数值，再根据压力差和机组速度对PI控制参数值进行自适应调节，得到最终的PI控制参数值：

按经验公式初步计算辊间压力的PI控制参数值，即：

式中，K

根据压力差自适应调节比例参数：

K

式中，K

根据机组线速度自适应调节积分时间参数：

式中，T

进一步的，若不需要继续涂覆则根据停止距离计算停止延时时间：

T

T

式中，T

进一步的，停止距离D

一种用于实现上述中任意一项所述的四辊辊涂机的自动控制方法的四辊辊涂机的自动控制系统，包括：

四个压力传感器，分别位于上涂头传动侧、上涂头操作侧、下涂头传动侧和下涂头操作侧，用于测量上涂头和下涂头的涂覆辊和带料辊之间的压力；

四个带料辊步进电机，每两个带料辊步进电机与一个带料辊相连，用于移动带料辊；

四个涂覆辊步进电机，每两个涂覆辊步进电机与一个涂覆辊相连，用于移动涂覆辊；

焊缝检测仪，位于四辊辊涂机的进料端，用于检测焊缝并发出焊缝检测信号；

变频器，与上涂头和下涂头的涂覆辊和带料辊的传动电机相连，用于控制涂覆辊和带料辊的速度；

步进电机放大器，与八个步进电机相连，用于控制八个步进电机，进而控制涂覆辊和带料辊的位置；

上下涂头液压缸，分别与上下涂头连接，用于进行上下涂头液压缸的快开和压下动作；

PLC控制器，与焊缝检测仪、变频器、步进电机放大器以及四个压力传感器相连，用于在未涂覆时接收到焊缝检测信号后，控制上下涂头的涂覆辊和带料辊移动到指定位置并以线速度设定值进行转动；用于获取辊间压力，调节带料辊的步进电机控制辊间压力到设定值并保持，然后延时进行上下涂头液压缸的压下动作，开始涂覆带钢；还用于在涂覆过程中接收到焊缝检测信号时，若需要继续涂覆则进行上下涂头液压缸的快开和压下动作，使焊缝在通过上下涂头时对应涂头液压缸为打开状态，且通过上下涂头后对应涂头液压缸为闭合状态；若不需要继续涂覆则打开上下涂头液压缸等待下一次涂覆指令。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明提供的这种四辊辊涂机的自动控制方法及系统，实现了对带钢上下表面自动进行涂覆的功能，通过上下涂头的液压缸快开和压下动作，解决了焊缝过辊涂机时可能损伤设备的问题；并利用压力传感器反馈的辊间压力信号，使用PI控制器调节步进电机的速度，完成了辊间压力的闭环控制功能，提高了辊间压力的控制精度，降低了工人的劳动强度。

附图说明

图1为本发明实施例的四辊辊涂机的自动控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的四辊辊涂机的自动控制系统的结构示意图。

图中：1-带钢、2-上涂头带料辊传动侧步进电机、3-上带料辊传动电机、4-上带料辊、5-上涂头压力传感器、6-上涂头液压缸、7-上涂头涂覆辊传动侧步进电机、8-上涂覆辊传动电机、9-上涂覆辊、10-变频器、11-步进电机放大器、12-PLC控制器、13-下涂覆辊传动电机、14-下涂覆辊、15-下涂头液压缸、16-下涂头涂覆辊传动侧步进电机、17-下带料辊传动电机、18-下带料辊、19-下涂头压力传感器、20-下涂头带料辊传动侧步进电机、21-焊缝检测仪。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供了一种四辊辊涂机的自动控制方法及系统，该方法包括：未涂覆时接收到焊缝检测信号后，调节传动电机旋转至设定速度，调节步进电机将涂覆辊和带料辊移动到指定位置；调节带料辊步进电机控制辊间压力到设定值并保持，然后延时进行上下涂头液压缸的闭合动作，开始涂覆带钢；正在涂覆过程中接收到焊缝检测信号，若需要继续涂覆则进行液压缸的快开和闭合动作，若不需要继续涂覆则打开液压缸等待下一次涂覆指令。本发明提供的这种辊涂机的自动控制方法及系统，能够解决焊缝过辊涂机时可能损伤设备的问题，并利用压力传感器反馈的辊间压力信号，使用比例积分控制器实现了辊间压力的闭环控制功能，提高了辊间压力的控制精度。

如图1所示，本发明实施例提供一种四辊辊涂机的自动控制方法，包括以下步骤：

S10、未涂覆时接收到焊缝检测信号后，调节传动电机旋转至设定速度，调节步进电机将涂覆辊和带料辊移动到指定位置；

S20、调节带料辊步进电机控制辊间压力到设定值并保持，然后延时进行上下涂头液压缸的闭合动作，开始涂覆带钢；

S30、正在涂覆过程中接收到焊缝检测信号，若需要继续涂覆则进行液压缸的快开和闭合动作；若不需要继续涂覆则打开液压缸等待下一次涂覆指令。

步骤S10具体包括：

S101、未涂覆时焊缝检测信号出现上升沿发出启动准备信号，涂覆辊和带料辊转动到指定线速度。

未涂覆时焊缝检测信号出现上升沿时表示有带钢接近辊涂机了，此时PLC立即发出辊涂机启动准备信号C

V

V

式中，V

S102、调节涂覆辊步进电机，使用比例控制器控制涂覆辊移动到涂覆工作位。

如图2所示，调节上下涂覆辊两侧的4台步进电机(图2上只显示了传动侧的两台步进电机：上涂头涂覆辊传动侧步进电机7和下涂头涂覆辊传动侧步进电机16，操作侧还有两台步进电机)，使用比例控制器计算步进电机速度控制量，将涂覆辊移动到涂覆工作位，以上涂头涂覆辊传动侧步进电机7为例，其它3台步进电机的计算方法类似，即：

S

式中，S

S103、调节带料辊步进电机，使用比例控制器控制带料辊移动到即将接触到涂覆辊的位置处。

如图2所示，调节上下带料辊两侧的4台步进电机(图2上只显示了传动侧的两台步进电机：上涂头带料辊传动侧步进电机2和下涂头带料辊传动侧步进电机20，操作侧还有两台步进电机)，使用比例控制器计算步进电机速度控制量，将带料辊移动到即将接触到涂覆辊的位置处。在本实施例中，给定此位置为带料辊与涂覆辊表面相距1.0mm的位置处，以上涂头带料辊传动侧步进电机2为例，其它3台步进电机的计算方法类似，即：

S

式中，S

步骤S20具体包括：

S201、调节带料辊步进电机，使用比例积分控制器控制辊间压力达到设定值并保持。

等带料辊移动到即将接触到涂覆辊后，切换为压力控制模式，使用比例积分(PI)控制器计算步进电机的速度控制量，并使用限幅环节将速度控制量限制在一定范围内，将辊间压力控制到设定值并保持，同样以上涂头带料辊传动侧步进电机为例，其它3台步进电机的计算方法类似，即：

式中，S

进一步的，调节带料辊的步进电机将带料辊移动到与涂覆辊即将接触的位置，到位后对涂覆辊和带料辊之间的压力传感器进行较零，并进行滤波处理得到辊间压力实际值，包括：

涂覆辊和带料辊之间的压力传感器为4个，分别位于上涂头传动侧、上涂头操作侧、下涂头传动侧和下涂头操作侧；

带料辊移动到与涂覆辊即将接触的位置后，记录上涂头传动侧、上涂头操作侧、下涂头传动侧和下涂头操作侧压力传感器的压力测量值，作为压力调零值，并分别记为P

每个压力传感器的测量值需要通过一阶滞后环节PT1加以平滑滤波处理，再将涂头两侧的压力滤波值取平均即得到上下涂头的辊间压力实际值，即：

P

P

式中，P

式中，Y

进一步的，按经验初步计算辊间压力的PI控制参数值，再根据压力差和机组速度对PI控制参数值进行自适应调节，得到最终的PI控制参数值：

按经验公式初步计算辊间压力的PI控制参数值，即：

式中，K

根据压力差自适应调节比例参数：

K

式中，K

根据机组线速度自适应调节积分时间参数：

式中，T

进一步的，若不需要继续涂覆则根据停止距离计算停止延时时间：

T

T

式中，T

S202、按照焊缝距离和涂覆距离计算启动延时时间。

启动延时时间T

T

T

式中，T

S203、计时器到达启动延时时间后，上下涂头液压缸闭合开始涂覆。

使用两个计时器Timer1和Timer2分别记录上下涂头的延时时间，当焊缝检测信号出现上升沿时开始计时，当Timer1的延时时间等于上涂头启动延时时间T

步骤S30具体包括：

S301、涂覆中接收到焊缝检测信号，根据焊缝距离和快开距离计算上下涂头的液压缸快开延时时间。

正在涂覆过程中，焊缝检测信号出现上升沿说明本卷带钢即将涂覆完成，根据焊缝距离和快开距离计算上下涂头的液压缸快开延时时间，即：

T

T

式中，T

S302、若需要继续涂覆则根据液压缸动作时间计算上下涂头的液压缸压下延时时间。

若本卷带钢涂覆完成后紧接着还有下一条带钢需要涂覆，则需要计算液压缸压下延时时间。由于下涂头的液压缸行程要长一些，所以下涂头的液压缸快开动作时间和压下动作时间都要略长一些，为了尽量节省时间，规定当下涂头快开完成后立即进行压下动作，以尽快恢复涂覆工序。则下涂头的液压缸压下延时时间T

T

式中，T

为了保持上下涂头在带钢相同的位置重新开始涂覆，则上涂头的液压缸在完成快开动作后还要略等待一段时间以后再进行压下动作，则上涂头的液压缸压下延时时间T

T

S303、若不需继续涂覆则根据停止距离计算停止延时时间。

若本卷带钢涂覆完成后不需要继续涂覆，则根据停止距离计算停止延时时间：

T

T

式中，T

S304、使用计时器等待各个动作的延时到达，然后执行相对应的动作。

若本卷带钢涂覆完成后紧接着还有下一条带钢需要涂覆，则使用四个计时器Timer3、Timer4、Timer5和Timer6分别记录上下涂头的快开延时时间和压下延时时间，从正在涂覆过程中焊缝检测信号出现上升沿的那个时刻开始计时。当Timer3的延时时间等于上涂头液压缸快开延时时间T

若本卷带钢涂覆完成后没有下一条带钢需要涂覆，则使用两个计时器Timer7和Timer8分别记录上下涂头的停止延时时间，从正在涂覆过程中接收到的焊缝检测信号出现上升沿的那个时刻开始计时。当Timer7的延时时间等于上涂头停止延时时间T

按照上述步骤即可完成涂覆一条带钢的全部工序，然后根据是否需要涂覆下一条带钢自动进行相对应的操作。

本发明实施例还提供一种四辊辊涂机的自动控制系统，用于实现上述的方法实施例，如图2所示，该系统包括有PLC控制器12、变频器10、步进电机放大器11、上涂覆辊9、上带料辊4、下涂覆辊14、下带料辊18、上涂头液压缸6、下涂头液压缸15、上带料辊传动电机3、上涂覆辊传动电机8、下涂覆辊传动电机13和下带料辊传动电机17、上涂头带料辊传动侧步进电机2、上涂头涂覆辊传动侧步进电机7、下涂头涂覆辊传动侧步进电机16和下涂头带料辊传动侧步进电机20、上涂头压力传感器5和下涂头压力传感器19、焊缝检测仪21。上涂覆辊9和下涂覆辊14用于往带钢1的上下表面涂覆涂料。上带料辊4和下带料辊18用于将涂料带给涂覆辊。变频器10用于控制四个辊子的传动电机，即上带料辊传动电机3、上涂覆辊传动电机8、下涂覆辊传动电机13和下带料辊传动电机17，使得四个辊子按设定速度转动。步进电机放大器11用于控制8台步进电机上涂头带料辊传动侧步进电机2、上涂头涂覆辊传动侧步进电机7、下涂头涂覆辊传动侧步进电机16和下涂头带料辊传动侧步进电机20(辊涂机的传动侧和操作侧各有4台步进电机，图2上只显示了传动侧的4台步进电机)。上涂头带料辊传动侧步进电机2和下涂头带料辊传动侧步进电机20用于移动带料辊，带料辊往涂覆辊方向移动为正方向，当带料辊与涂覆辊接触后，继续正向移动就会在两辊间产生压力。上涂头涂覆辊传动侧步进电机7和下涂头涂覆辊传动侧步进电机16用于移动涂覆辊，涂覆辊往带钢方向移动为正方向，涂覆的时候步进电机正向移动，使得涂覆辊接触到带钢1并产生一定的包角。上涂头液压缸6和下涂头液压缸15用于在焊缝过辊涂机时，控制上下涂头快速打开，等焊缝过去以后再将上下涂头闭合继续进行涂覆。上涂头压力传感器5和下涂头压力传感器19(共有4个压力传感器，上下涂头的传动侧和操作侧各有一个压力传感器，图2上只显示了一侧的压力传感器)用于测量上下涂头两辊间的压力值。焊缝检测仪21用于检测带钢的焊缝，检测到焊缝的时候发信号给PLC控制器12。PLC控制器12与变频器10和步进电机放大器11之间互相通讯，由PLC发出传动电机和步进电机的控制指令，变频器和步进电机放大器执行PLC指令并返回实际值给PLC，PLC控制器还从压力传感器中读取辊间压力并进行处理，PLC控制器还在辊涂机过焊缝时给上涂头液压缸6和下涂头液压缸15发打开和闭合指令，本发明所述的辊涂机辊间自动控制的方法全部在PLC控制器12中编程实现。

综上所述，本发明提供了一种四辊辊涂机的自动控制方法与系统，该方法包括：若在未涂覆时接收到焊缝检测信号，则调节传动电机将四个辊子旋转到指定速度并保持，然后调节步进电机将涂覆辊移动到工作位置，同时将带料辊移动到即将接触到涂覆辊的位置；然后继续调节带料辊步进电机，使得带料辊和涂覆辊之间的压力达到设定值，延时等待焊缝过了上下涂覆辊以后一小段距离，开始进行涂覆工序；在涂覆过程中接收到焊缝检测信号，若需要继续涂覆则进行液压缸的快开和闭合动作；若不需要继续涂覆则打开液压缸等待下一次涂覆指令。本发明提供的这种四辊辊涂机的自动控制方法与系统，实现了对带钢上下表面自动进行涂覆的功能，通过上下涂头的液压缸快开和压下动作，解决了焊缝过辊涂机时可能损伤设备的问题。利用压力传感器反馈的辊间压力信号，使用PI控制器调节步进电机的速度，完成了辊间压力的闭环控制功能，提高了辊间压力的控制精度，降低了工人的劳动强度。

需要说明的是，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。