王 忠 王善富

（1.海南大學(xué)機(jī)電學(xué)院，海南 儋州 571737；2.海南海宇錫板工業(yè)有限公司，海口 570311）

1 引言

在冶金精整生產(chǎn)線中，矯直機(jī)的作用一方面是在一定的彈性形變范圍內(nèi)，把帶鋼表面矯平，從而滿(mǎn)足用戶(hù)的要求；另一方面與機(jī)組其它設(shè)備同步運(yùn)送帶鋼。它是保證產(chǎn)品質(zhì)量最關(guān)鍵的部位之一。因此保障其正常運(yùn)行，對(duì)于提升機(jī)組的安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量具有十分重要的意義。

2 工藝要求和控制原理

2.1 工藝要求

矯直機(jī)由17根工作輥組成，8根上輥、9根下輥，上輥固定，下輥由輥縫控制系統(tǒng)控制其升降，完成對(duì)帶鋼表面的矯正。工藝上要求控制系統(tǒng)應(yīng)能設(shè)定和保存矯直機(jī)輥形，允許操作者通過(guò)點(diǎn)擊觸摸屏上的圖形位置來(lái)改變?nèi)肟诨虺隹谳佔(zhàn)拥奈恢?，可以單?dú)調(diào)整，也能一起調(diào)節(jié)。在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中系統(tǒng)保持輥?zhàn)拥脑O(shè)定值，無(wú)論輥?zhàn)由鲜┘拥牧θ绾?，均能保證恒定不變的輥型。

2.2 控制原理

控制系統(tǒng)主要由以下部分組成：Mac蘋(píng)果機(jī)、USC13″彩色觸摸屏、68000控制器等。其控制原理框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)控制原理圖

由圖1可知系統(tǒng)工作原理是從Mac蘋(píng)果機(jī)的觸摸屏上輸入所要求的壓下量及補(bǔ)償值等數(shù)據(jù)，通過(guò)串行電纜傳輸給68000串行接口模塊，數(shù)字變化的速度可按千分之幾英寸/秒來(lái)調(diào)整。再通過(guò)并行數(shù)據(jù)總線送到CPU。而0～5K位置傳感器的反饋信號(hào)經(jīng)由A/D電纜傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換模塊中，經(jīng)并行數(shù)據(jù)總線送到68000CPU中與給定的壓下量值進(jìn)行比較，形成閉環(huán)控制。比較信號(hào)經(jīng)放大處理后，從 I/O模塊輸出給伺服閥控制液壓缸的移動(dòng)量。由68000控制器完成反饋量的計(jì)算，其公式為

式中，Pf為電位器位置量；L為傳感器長(zhǎng)度； Po為前次反饋量。

上式中前次反饋值的范圍是：0～4095。由此位置量，根據(jù)輥與入口至輥距之間的距離確定輥?zhàn)拥姆答佄恢?。輥縫位置如圖2所示。

圖2 輥縫位置示意圖

為了讓68000控制器確認(rèn)反饋值，必須通過(guò)校正矯直機(jī)來(lái)給定一個(gè)初始值作為位置基準(zhǔn)。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

由工藝及工作原理，控制系統(tǒng)的硬件選配如下：UNICO公司的68000控制器，配有32位運(yùn)算處理的CPU模塊、256KRAM、256KEPROM；12位的A/D轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換速度小于 200μS。USC13″觸摸屏，分辨率為800X600，接口采用RS485。位置傳感器為美國(guó)BEI DUNCAN公司的KTR直線位移傳感器，線性誤差0.1%，重復(fù)精度0.013mm。MAC計(jì)算機(jī)為Mac Mini，GMA950圖形芯片。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)矯直機(jī)要實(shí)現(xiàn)的具體控制功能，把整個(gè)控制程序劃分成幾個(gè)控制模塊：由一個(gè)主程序，六個(gè)子程序和一個(gè)中斷程序組成。各個(gè)程序的功能如下：

（1）主程序：程序變量的初始化，高速計(jì)數(shù)器（用于測(cè)速旋轉(zhuǎn)編碼器的輸入）和定時(shí)器（用于中斷程序）的初始化，調(diào)用子程序1，2，5。

（2）子程序1：觸摸屏的初始化和觸摸屏按鍵對(duì)應(yīng)的命令字處理子程序。

（3）子程序2：送料速度控制子程序，根據(jù)“點(diǎn)動(dòng)送料”和“自動(dòng)送料”兩種狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)上下兩排輥送料速度控制.

（4）子程序3：計(jì)算下排輥?zhàn)酉蛏峡枯仌r(shí)，位置傳感器的讀數(shù)值。也就是位置基準(zhǔn)面時(shí)位置傳感器的數(shù)值。

（5）子程序4：輥縫控制子程序，根據(jù)“降輥”，“靠輥”和“縫控”三種狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)輥縫控制。

（6）子程序5：判斷參數(shù)設(shè)置是否合理，這些參數(shù)包括入口輥縫值，出口輥縫值，排輥速度，前后輥縫的比例控制系數(shù)，靜區(qū)容差，伺服放大器的輸入閥值等。

（7）子程序6：根據(jù)位置偏差和反饋控制計(jì)算出控制器的電壓輸出值，這些電壓輸入到控制前后輥縫的伺服放大器中。

（8）中斷程序：輥縫和送料速度的理想值和實(shí)際值的計(jì)算，并檢查輥縫是否超差，定時(shí)器的重新初始化。主程序流程如圖3所示。

圖3 主程序流程圖

5 運(yùn)行分析

系統(tǒng)運(yùn)行前先初始化，設(shè)定與位置量緊密相關(guān)的參數(shù)：入口至輥?zhàn)拥木嚯x為10英寸、輥與輥間距13英寸、傳感器長(zhǎng)度2英寸、打開(kāi)位置極限1英寸、壓下位置極限-0.1英寸、穿帶位置 0.4英寸、靜區(qū)容差0.001英寸、偏差最大增量0.005英寸/秒、偏差最小增量 0.001英寸/秒。機(jī)組運(yùn)行速度為260m/min時(shí)，矯平精度達(dá)到 0.1mm以?xún)?nèi)。生產(chǎn)過(guò)程中，系統(tǒng)主要存在兩方面問(wèn)題：

（1）啟動(dòng) Mac計(jì)算機(jī)后，不能進(jìn)入生產(chǎn)操作畫(huà)面。這說(shuō)明Mac蘋(píng)果計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)Macintosh不能找到應(yīng)用程序，計(jì)算機(jī)在識(shí)別 SCSI裝置時(shí)遇到問(wèn)題。由此判定是系統(tǒng)軟件故障或是硬盤(pán)損壞以及接口插頭松動(dòng)。首先檢查接口插頭，無(wú)異常；然后用工具磁盤(pán)來(lái)引導(dǎo)，仍不能進(jìn)入系統(tǒng)，這說(shuō)明硬盤(pán)損壞。更換硬盤(pán)，格式化重新安裝系統(tǒng)軟件和應(yīng)用程序后，運(yùn)行正常。

（2）帶鋼經(jīng)過(guò)矯直機(jī)后，板形沒(méi)有得到很好地改善。根據(jù)系統(tǒng)工作原理，造成這種現(xiàn)象的原因可能是：①電磁閥或位置傳感器損壞；②68000控制器異常；③Mac蘋(píng)果計(jì)算機(jī)故障；④位置基準(zhǔn)不正確等。檢查電磁閥，線圈得電，有磁性，這表明電磁閥正常，同時(shí)表明68000控制器機(jī)架中的I/O模塊所對(duì)應(yīng)的通道都是好的。接著檢查傳感器，測(cè)得其電壓值由0～5V DC變化，范圍正確，說(shuō)明傳感器也沒(méi)有問(wèn)題。然后檢查68000控制器，信號(hào)指示燈都亮著，且±15V DC、±5V DC值都正常，表明68000控制器中CPU等模塊沒(méi)問(wèn)題。再檢查Mac計(jì)算機(jī)，其應(yīng)用程序、系統(tǒng)軟件運(yùn)行正常，選擇診斷程序監(jiān)測(cè)液壓缸的相對(duì)位置變化情況，動(dòng)作正確。重新校正矯直機(jī)輥縫值，確定新基準(zhǔn)，穿帶鋼開(kāi)機(jī)運(yùn)行，帶鋼表面矯平效果良好。

另外，為提升系統(tǒng)響應(yīng)速度，進(jìn)一步提高板形控制質(zhì)量，升級(jí)了Mac蘋(píng)果計(jì)算機(jī)，重新編寫(xiě)網(wǎng)絡(luò)接口工具TERM程序，以便68000控制器與計(jì)算機(jī)正常通信。

根據(jù)上述運(yùn)行狀況，實(shí)際測(cè)量輥縫值如表1和表2。

6 結(jié)論

本套板材矯直裝置采用多輥線性遞減矯直法，整體結(jié)構(gòu)包括機(jī)械、液壓和電氣控制三個(gè)部分。輥縫調(diào)節(jié)采用電氣控制液壓閉環(huán)伺服來(lái)實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)近年來(lái)在海南海宇錫板廠的實(shí)際運(yùn)行情況，驗(yàn)證了此輥縫控制系統(tǒng)位置精度高、響應(yīng)快，確保了產(chǎn)品質(zhì)量。

表1 入口輥縫實(shí)測(cè)值

表2 出口輥縫實(shí)測(cè)值

[1]王廷溥.金屬塑性加工理論-軋制理論與工藝[M].北京∶冶金工業(yè)出版社,1988.

[2]祝夫文,宋成志,胡賢磊,等.中厚板軋制過(guò)程中消除側(cè)彎的輥縫調(diào)節(jié)模型[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào),2008(11)∶ 25-28.

[3]陶文華,李平.PLC在鋼廠矯直機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)[J].冶金自動(dòng)化,2002(3)∶65-67.