太鋼熱連軋橫切機組精矯直輥平直度檢測系統研發(fā)

摘 要：本文介紹了太鋼熱連軋橫切機組矯直輥水平度調整裝置的技術特點，利用專用稱重傳感器來對輥道水平狀態(tài)進行監(jiān)測，以保證壓力輥接觸變形后輥道整體水平的應用實例。

關鍵詞：輥道水平調整、稱重傳感器、數據通訊及檢測儀表

Abstract: In this paper, it introduces the technology characteristic of roll horizontal adjusting device of adjusting machine in crosscut machine. The horizontal status of the roll is monitored through special weighing sensor to make sure the total rolls in horizontal level when press rolls touch.

Keywords: roll horizontal adjusting weighing sensor data communication and measure instrument

一、概述

　　1. 系統研發(fā)背景

　　太鋼熱連軋廠2250生產線橫切機組的生產規(guī)模及產品質量在國內屬領先地位，其中，十七輥精矯機（見圖1）是用于帶鋼表面平整、消除成品鋼板內應力的專用設備。為保證帶鋼產品的表面質量，對其上下輥道間的水平度有相當嚴格的精度要求。我們自行開發(fā)設計了用于調整精矯機輥道水平度的裝置，該裝置可應用于冶金行業(yè)帶鋼矯直系統的輥道水平度的調整，在國內同類產品中處于先進水平。

　　2. 系統主要功能

　　Ø 矯直輥組水平度顯示

　　Ø 遠程通訊功能

　　Ø 超限報警功能

　　3. 系統特點

　　Ø 采用專用稱重傳感器

　　Ø 提供模擬或數字接口

　　Ø 配備專用數字顯示儀

　　Ø 提供數字接線盒及專用電源

　　Ø 模塊化設計，具有很高的可擴展性

二、精矯直輥平直度檢測系統控制原理

　　1.檢測原理及形式

　　根據鋼帶橫切機組的特殊工藝及設備結構，保證精矯直機上下十七支輥在進行矯直鋼板的工作過程中受力均勻，是提高優(yōu)等材成材率的關鍵。因此，選擇稱重傳感器檢測矯直輥受力力平衡的工作方式，是合理有效的。

　　2.測試點的選擇

　　由圖2可見，矯直設備由8支上輥和9支下輥組成。測試點為4個，分別位于上、下輥道之間的4個角上，即在1#上輥子和1#、2#下輥子之間的2個輥子端部位置處和8#上輥子和8#、9#下輥子之間的2個輥子端部位置處，如圖2。

　　3.檢測傳感器形式的選擇

　　根據測試點的受力情況，2個下輥子相當于兩側的支承點，中間的上輥子相當于加載點，屬橋式結構的稱重測力傳感器的應用方式。

　　根據工藝要求，傳感器的規(guī)格為10t。傳感器的外形結構圖和尺寸見圖3。

　　4.傳感器的特殊技術指標

　　4.1利用橋式傳感器的結構外形特點，使傳感器和“壓塊”變?yōu)橐惑w了，這樣結構更緊湊，使用更為方便，還可減少安裝等原因帶來的附加誤差。

　　4.2稱重測力傳感器的測試結果與傳感器的安裝位置、加載位置與狀態(tài)有很大關系，為了保證測試性能，在傳感器加載頭部分我們采取了加載頭凸臺結構，這有利提高傳感器的本身精度。

　　4.3由于傳感器使用時沒有秤臺結構，因此傳感器的零點一定要是正零點。

　　4.4由于要通過傳感器的輸出信號來判別輥道的安裝水平度狀態(tài)，就要求4個傳感器的輸出靈敏度要一致，目前我們傳感器輸出靈敏度的一致水平為0.1%。

　　5.數據采集、處理與輸出

　　5.1 數字變送器

　　數字變送器采用了全數字處理技術，集數字傳感器和傳感器接線盒為一體，對接入的每一個只傳感器都單獨進行信號放大、A/D轉換、數字濾波和數據處理。它可按需要選擇輸出各個傳感器的A/D內碼和數據處理后的IR碼;系統通過上位機命令組可下載工作參數和輸出數據;系統還具有對故障傳感器的檢測和報警輸出功能。

　　5.2 系統特點

　　Ø 采用多個傳感器數字求和技術，輸出內碼大為提高，使同等內碼數量的數據輸出時, 提高數據穩(wěn)定性。

　　Ø 每一個傳感器的標定系數和零點系數都可進行單獨的數字處理。去掉了原接線盒中平衡調試用的電位器，即簡化了調試過程，又提高了性能。

　　Ø 采用高性能單片機、全密封的不銹鋼盒式結構和專用金屬防水電纜接頭。使系統能滿足防潮、防塵、防腐蝕、防電磁場、防靜電等抗惡劣環(huán)境的性能。

　　Ø 采用標準RS-485異步串行通訊方式，傳輸距離遠（可達1200米），可直接連接計算機、大屏幕等遠程設備。

　　Ø 通道精確修整，保證各通道之間輸出的RI碼的一致性。當通道的輸入信號為0mV時，該通道的IR輸出信號為0;當通道的輸入信號為15mV時，該通道的IR輸出信號為30000。

　　6. 系統主要技術指標

　　Ø 可聯傳感器數 1～4個;

　　Ø 線性度 0.02%;

　　Ø A/D轉換速度 100～200次/每秒;

　　Ø 每通道內部分解碼 200000碼;

　　Ø 每通道滿量程IR碼 30000碼;

　　Ø 輸入信號范圍 -1～+15mV;

　　Ø 數字通訊接口 RS-485;

　　Ø 波特率 9600（4800）;

　　Ø 激勵電源 DC5V/120mA;

　　Ø 供電電源 DC8V～DC12V;

　　Ø 功耗 ≤4W;

　　Ø 工作條件：

　　環(huán)境溫度 0℃～40℃

　　相對濕度 40℃（20～90）%RH

　　大氣壓強 86～106kPa。

三、串行通訊原理及通訊程序編寫

　　1.串行通訊基本定義

　　1.1 通訊接口標準

　　儀表串行接口，可選擇作為標準串行通訊口。硬件接口為RS—232C或20mA電流環(huán)。

　　1.2 通訊數據格式

　　1.2.1 波特率 300、600、1200、2400、4800bit。

　　1.2.2 數據位及校驗方式

　　7位數據偶校驗。即1位起始位（0），7位數據位，一位奇偶校驗位（為偶校驗），一位停止位（1）。

　　2.通訊規(guī)程

　　2.1通訊控制字符定義

　　2.2 校驗和（BCC）的算法

　　從STX（02）以后的字符到ETX（03H）包括ETX）的數據塊，各數據的異或結果為驗校和（BCC）。

　　2.3 地址編碼

　　地址可在下表1～10中選擇，地址對應的ASCⅡ碼

　　3.數據發(fā)送

　　3.1連續(xù)發(fā)送方式。儀表實時發(fā)送主顯示器顯示的低5位數據。發(fā)送格式如下：

　　信息塊BLOCK含義：

　　W W W W W：為顯示器低5位示值的ASCⅡ碼，高位在前，低位在后。

　　e：為重量值的階碼：例重量值為500.0kg，則以浮點數表示為0.05000×104 ，所以e=4。m：為動態(tài)檢測位。稱量處于動態(tài) m=1;稱量處于穩(wěn)定狀態(tài)m=0。

　　3.2 非連續(xù)發(fā)送方式（即命令應答方式）

　　3.2.1命令傳送與接收通訊聯絡說明

　　通訊聯絡步驟如下圖所示

　　整個通訊聯絡過程中上位機進行鏈路呼應，命令發(fā)送及數據接收三段問答式通訊。

　　3.2.2鏈路呼應：通訊開始，上位機首先發(fā)送SOH、ADDR、POL、ENQ呼叫某一地址的從機。該地址的從機則回送回答信號EOT。

　　3.2.3命令發(fā)送：上位機收到EOT應答后，開始向從機發(fā)送命令，SOH、ADDR、STX、BLOCK、ETX、BCC、ENQ。從機回答NAK，表示從機數據接收不正確，主機重發(fā)命令，若主機連發(fā)三次命令都收到NAK回答，示通訊故障，退出通訊。若從機回答ACK，示從機命令接收正確。

　　3.2.4數據接收：主機收到肯定回答ACK后，發(fā)送SOH、ADDR、POL、ENQ，然后接收從機的回送數據。從機回答 SOH、ADDR、STX、BLOCK、 ETX、BCC。主機若正確接收從機回送數據則發(fā)ACK后結束本次通訊。若主機接收數據不正確則回答NAK，從機重發(fā)回送數據，若連發(fā)三次均收到NAK，表示通訊故障，退出通訊。

　　參數含義說明： e —— 重量值的階碼（0. W W W W W × 10e ）

　　m = 2 稱量處于穩(wěn)定狀態(tài)。

　　4.舉例說明

　　以下說明都設置XK3115地址為1即ASCⅡ碼A（41H），發(fā)送數據為ASCⅡ碼。數字以十六進制表示。顯示器顯示100.0kg，稱量處于穩(wěn)定狀態(tài)：

　　SOH ADDR STX W W W W W e m ETX BCC ENQ

　　01 41 02 30 31 30 30 30 34 30 03 36 0A

四、有益效果及推廣應用

　　在矯直輥平直度檢測系統研發(fā)成功之前，太鋼矯直輥水平度調整的方式，大多采用直接長度測量，即以某基準面為準，測量輥道接觸面至該基準面的距離是否相等，從而判斷輥道整體是否水平。但這種水平調整對基準面的要求較高，且只是從外觀上保證水平，不能在壓力輥接觸變形后仍保證輥道整體水平。

　　對于同一材質的金屬其變形與產生的力值成一定的函數關系，因此可將水平調整的測距問題轉化為測力，即通過檢測壓力輥變形后產生了力值間接反映變形程度的大小，從而指示輥道水平調整的狀態(tài)。

　　平直度檢測系統已成功推廣應用于普碳鋼、各系不銹鋼材質的帶鋼橫切矯直工藝中，可提高工作效率和操作的準確性，大幅提高成材率，產生很大的經濟效益。本系統正在申請國家專利。