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2 0 0 8年第 1 期 总第 1 7期 重工与起重技术 HEAVY I NDU S T RI AL& HOI S T I NG MAC HI NER Y No 1 2 0 0 8 Se r i a I NO 1 7 冷 轧 机 自 动 上 卷 功 能 简 介 大连重工 起重集团有限公司设计研究院陈荣 摘要： 根据冷轧 自动上卷的要求， 简述了自动上卷过程及 原理 。 关键词： 冷轧； 上卷小车； 自动上卷 1 概述 冷轧机生产线是冷轧带钢生产中一个最重要 的工序。上卷作为冷轧机生产线的第一道工序， 其 自动化程度制约着冷轧的生产规模。因此， 提高上 卷效率， 缩短辅助时间， 就会使冷轧产量得到很大 提高， 所以冷轧的自动上卷成为现代化冷轧机生产 线上必不可少的功能之一。下面对冷轧自 动上卷加 以介绍。 2 设备构成 实现冷轧自动上卷功能的设备主要有上卷小车、 开卷机、 测径装置及测宽装置， 见图 1 。 测 宽 图 1 自动上卷设备组成 1 钢卷测径装置 ( 推板) 2 钢卷3 上卷小车4 钢卷测宽装置5 轨道6 开卷机 ( 卷筒) 2 1 上卷小车 上卷小车主要 由车体 、 升降架 、 轨道等组成 ， 是 将钢卷运送到开卷机卷筒上的一种设备。上卷小车 由一台电机驱动车轮在轨道上行走，其走行距离由 装在车轮上的编码器进行控制，上卷小车的升降是 由装在车体上的升降液压缸驱动升降架完成升降动 作 ，上卷小车升降架 的升降高度由装在升降液压缸 里的位移传感器进行控制。 2 2 开卷机 开卷机的作用是把钢卷带头引出并送入轧机 ， 在轧制过程 中提供足够 的开卷张力 。开卷机主要是 由电机、 传动装置、 减速机及卷筒等组成。卷筒可以 涨缩并用来支承钢卷。 2 _ 3 测径装置 测径装置主要由支架 、 横移缸、 推板及位移传感 器等组成。 推板到上卷小车中心线的距离为定值 ， 推 板在横移缸的推动下碰到钢卷停止后并返回原位， 推板从原始位置到碰到钢卷的行程 由装在横移缸里 的位移传感器来测量。 2 _ 4 测宽装置 测宽装置 由支架和感应头组成 。光 电开关和上 卷小车车轮上的编码器共同完成钢卷测宽功能。 3 自动上卷过程 钢卷由吊车 吊运至上卷鞍座，拆去打捆带后由 测径装置对钢卷的外径进行测量。然后由小车将钢 卷托起并向开卷机运送， 当到达指定位置时， 上卷小 车根据测得的钢卷外径进行高度对中。 之后， 上卷小 车继续向开卷机方向行走并经过测宽装置实现对钢 卷宽的测量 。经过测宽后控制系统 即可计算出此时 上卷小车要将钢卷运送到开卷机卷筒上并实现宽度 对中所需行走的距离。小车根据计算出的距离将钢 一9 一 维普资讯 重工与起重技术 HEA VY I NDUS I 1R I AL HO I S T I N G MAC HI N ERY 卷运送到开卷机的卷筒上，然后小车的升降架下 降， 小车向后退回到等待上卷的鞍座下方。即完成 一个 自 动上卷循环。 4 自动上卷的控制 自动上卷过程是由高度对中和宽度对中组成。 实现高度对 中首 先要得到钢卷的外径 ， 测径装置 的 推板 由液压缸推 出压到钢卷上 ， 液压缸内置的位移 传感器测出推板走行距离 ， 即可得到钢卷外径 D： D= 2( 4 一 H ) ( 1 ) 式中： 嗍卷直径 ( 变量) ； A 一推板表面与上卷小车中心线距离 ( 定值) ； 一推板走行行程 ( 变量) 。 当计算出钢卷的外径后就可得出钢卷中心与 开卷机卷筒中心的距离 F ： F = C +_ D 2 s i n( ) 】 ( 2 ) 式中 ： “ + ” 钢 卷中心高于卷筒中心； “一”钢 卷中心低于卷筒中心； C _上卷小车升降液压缸升起后鞍座与卷筒中 心线距离 ( 定值) ； 鞍座角度 ( 定值) 。 将公式 ( 1 ) 代入到公式 ( 2 ) ， 可得出钢卷中心距卷 筒中心的距离 F 与推板行程 的高度对中关系公式： C ( 4 一 H ) Ai n ( B 2 ) ( 3 ) 上式 即为 由测径装置 的推板行程控制进行高 度对中时上卷小车所应升降的行程。 实现高度对 中后再进行宽度对中就可实现 自 动上卷。钢卷的宽度对中由测宽装置和上卷小车车 轮上的编码器共同完成 ， 上卷小车托着钢卷 向卷筒 方 向行走 ，当钢： 卷的 面经过测宽装置的感应头 时， 感应头发出一个信号控制车轮上的编码器对车 轮转速开始计数， 当钢卷的面经过测宽装置的感 应头时， 停止计数并记下车轮转过的圈数 。 由此即 可以得出钢卷的宽度： G = 7 r 西t ( 4 ) 1 0 - 式 中 ： G 钢卷的宽度； ， r 车轮在计数时间内转过的圈数； 一上卷小车车轮直径。 当计算出钢卷宽度时就可以得出钢卷中心距开 卷机轧制中心的距离 ： L = E G 2 ( 5 ) 式中： 一钢卷中心距开卷机轧制中心的距离； E 一轧制中心线与测宽装置中心线的距离 ； G 一钢卷宽度 ( 变量) 。 将公式 ( 4 ) 代入公式 ( 5 ) ， 可得 ： L = E 一 r d n 2 ( 6 ) 由上式计算出当测宽结束时钢卷中心距开卷机 轧制中心的距离 ，就可以计算出此时上卷小车车 轮还应转多少圈即可实现宽度对中。上卷小车车轮 还应转的圈数 n l 为： n l = - ( 7 r d ) ( 7 ) 将公式 ( 6 ) 代入公式 ( 7 ) ， 可得 ： n l = E ( 7 r ) 一 n 2 ( 8 ) 所以， 当测宽结束时便可算出要将钢卷宽度中心 对准开卷机轧制中心线上卷小车车轮还需转过的圈 数为n l ， 并由车轮上的编码器检测进行控制。 当控制系统计算出上述控制数据后，上卷小车 即可以完成自 动上卷功能。 5 结束语 上卷工序作为冷轧机生产线的第一道工序， 它 的效率将对冷轧产品产量起到一定的制约作用。自 动上卷 比人工上卷操作更方便， 它不但省时 ， 生产效 率高 ，而且在安全和投资方面都具有非常明显的优 势。 所以， 自动上卷将是以后冷轧机生产线上卷方式 的首选 ， 是提高冷轧产品产量的前提 ， 也是现代化生 产的要求。 近年来， 钢厂为了提高其他冷轧产品的产 量及自动化程度，在新上的热镀锌机组、电镀锌机 组、连续冷轧及彩涂机组等大型机组上也开始应用 自 动上卷。 维普资讯 l匮西黝隘虢l C u r r e n t R e p o r t 冷轧清洗线上卷小车自动控制过程 鞍山科技大学 李福云 王仲初 张庆恩 钢卷 鞍座位 后极限 极限开关 1 号位 轧 清洗线 上卷小 车是冷 轧工艺 及其他轧钢 _l 竹 ： 原理概述 l 工艺中的主要设备之一。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 影响着冷轧清洗线的状况、 产品产量和质量。 小 车的 自 动控制过程贯穿整个上料过程，如果失 败， 可能造成设备损坏， 甚至危害到人身安全。 因 此，小车的自动控制必须做到准确、及时、安全 可靠。在冷轧清洗线中，入口小车首先从鞍座位 取卷， 然后进行钢卷直径测量和高度对中， 对中 准确后进行上卷， 使钢卷的宽度中心位与开卷机 心轴的中心位一致。 这样， 开卷机才能正确甩带 头，开卷。 开卷机 阁 1 上卷 小车工作原理图 小车的每一个动作都是一个定位控制， 定位 是否准确受两个主要因素的影响： 目 标位置的 确定是否准确。小车是否能准确的定位到目标 位。为了把握住上述两个主要环节，对于，采 用精确的计算推导公式I 对于， 采用小车双速 控制方案( 即小车的起动动作按低速一高速一 低速 来完成) ， 保证上卷准确。 本文以鞍钢冷轧厂新建 的冷轧无头清洗线为例，简要介绍上卷小车的自 动控制过程和如何用可编程控制器( P L C ) 实现控 制和数据处理。 6 A S E自动化系统工程 2 0 0 6 3 I w e a g e o o m G II 冷轧清洗线具体工作情况如图 1 所示。为了 保证生产的连续性 ， 上卷小车需要完成三项任务 1 ) 小车能够准确从两个鞍座位上取卷， 正常 工作时，吊 车根据实际情况把钢卷放在 1 号鞍座 位或2 号鞍座位上， 上卷小车能够自动做出判断， 准确及时地把钢卷从鞍座位传送到开头辊位( 即3 号位) ，进行手动开带头。 2 ) 开头结束后， 小车横移定位到高度调整位。 进行直径测量和高度对中。 3 ) 高度对中准确后， 小车开始上卷， 小车横 移定位到开卷机处， 进行甩带头开卷。上述三项 工作中， 对于小车来说， 最复杂的控制是小车的 自 动对中， 钢卷能自 动对准并套进悬臂式开卷机 的卷筒，保证其高度对准开卷机的心轴( 高度对 中) ，钢卷宽度中心对准机组中心( 宽度对中) ，这 一过程称为自动对中。 高度对中参数 it 算 本套系统采用固定式光电对中，用三组光 电管分别固定在同一固定架上， 完成钢卷的直径 测量和高度对中( 见图2 ) 。 其对中过程是，小车从开头辊处进行开头 后，横移定位到高度调整位，定位完成后，小车 开始下降到最低位，此时，负责升降的编码器记 下初始值， 而后小车开始上升。 当遇到第一个光 电管由亮变黑时， 记下此时的编码器值x ，根据 此值， 可计算出钢卷的直径， 再根据钢卷直径计 算出钢卷内径的中心位，从而完成高度对中。 当距离x被记录下来以后，由于 、 、8 是固定值， 所以钢卷直径D与对中高度L 可计算 ( 推导过程略) 维普资讯 0 l 0 图 2铜卷高度对 中 K 一光电耦台器到小车低位线的距离 丘 一心轴中心线到小车低位线的距离 。一鞍座位与小车低位线所成的角度 一钢卷底端离小车地位线的距离 D钢卷直径L 一对中高度 D= ( K 1 一) ( ) L= 一 1+ = D 当小车定位从初始位到L 距离时， 钢卷的中 心位便与心轴的中心位一致了， 完成了高度对中。 宽度埘I I I 参数计算 当高度对中完成， 经过操作工确认后， 小车 又一次开始横移， 准备定位到开卷机心轴横移中 心位。此过程称入口小车上卷， 这其间涉及到很 多连锁信号，相关的还要有很多辅机动作，同时 要与二级和工艺段进行数据交换。以保证钢卷准 确地上 t l , t3 轴上，其他辅助设备动作到位，为下 一步流程准备好起动条件。小车前行定位时，能 够进行钢卷宽度的测量， 根据带钢宽度， 进行心 轴横向中心位的计算， 从而完成带钢宽度中心对 准机组中心( 见图3 ) 。 横移对中过程为： 小车高度对中准确后， 操 作工按确认按钮， 小车开始横移， 起动小车横移 定位时，记下初始值，在心轴的前方有一组光电 管， 小车在横移过程中， 当此光电管由亮变黑时， 负责横移的编码器 记下此时的数值C N T 1 ， 小车 继续前行，当此光电管由黑变亮时，记下此时的 l f 1 J _ CN TS CN T2 一一一 一 一 一 一 一 CN T1 一一一 一一一一一 一 I W ： 一 一 p -一 盥 ； 一 I l 一 _r 了 。 I j ： ： L1 初 始 位 置 n 电 耦 合 器 机 组 申 眦 图 3小车宽鹰对中 C N T 1一当光电耦台器上升沿时横移编码器的计数值 C N T 2一当光电耦合器下降沿时横移编码器的计数值 L 一小车起始位置到机组中心位的距离 L ， 一光电耦合器到机组中心位的距离 一小车中 心位与机组中心位的偏差 编码器值C N T 2 ， 从而可以计算出带钢的宽度w。 根据带宽就可以计算出小车中心线与机组中心线 的偏差卢 。具体计算公式( 推导过程略) W CNT2一 CNT1 W =C N T 2 一( LL ， ) 二 当小车横移编码器计数到C N T S 距离时，钢 卷的宽度中心位便与心轴的中心位一致了， 完成 了横移方向宽度自动对中。 控制系统的组成 鞍钢新轧冷轧清洗线机组的自 动控制系统， 采用了先进的 “ 基础自动化十二级过程控制计算 机十 三级生产管理计算机” 的E I c 一体化结构， 构 成了一套功能完 备的综合控制系 统( 见图4 ) 。 基础 自动化 系统采用电气 一 仪表一体化设计， 主要 由监控操作 站、 过程控 U P L C 以及通信总线等 组成 。操作站采 P L C1 圜 4 P L C2 系统 毒围 w w w e a g e c o m rc n_AS E白动化系统工程 2 0 0 6 3 7 维普资讯 Cu r r e n t Rep o r t 用工业控制计算机 ，用于实现生产过程的监 视、操作、报警、趋势记录、报表打印等。采 用西门子公司的Wi n CC 监控组态软件， 进行操 作站监控操作画面的组态编程。 过程控制P L C 采用S I E ME NS S 7 4 0 0 P L C， 用于生产过程的 数据采集、 回路控制、 顺序控制以及连锁等。 通 过编程器， 采用S T E P 7 语言程序，对P L C进行 系统逻辑控制编程 采用工业以太网，通过网 络交换机，进行控制系统之间的数据通信。整 个基础 自动化系统共设有3 套P L C， 小车的 自动 控制由图1 中的 P L C l 来完成。 小车高度自动调整流程 0 H 初 始他 流 程 i I 按起动按钮且起始条件和运行条件都 1 具备， 小车定位到高度调整 位完成 L l 小车开始定位到低 5 H 位线， 此 过程小 车 广_ J l 的动作速度按低一 l l 高一 低顺序进行 j 小车定位到低位线完成 H 耥 L 开卷机上没有带钢 8 小车上 升动作。此时完成钢卷直径的测量( 通 过 s t e p 7 编功能块 F C来完成) 且启动小车定位到心轴中心位命令( 此定位功 能通过 s te p 7编多重背景功能块 F B来完成) 在此过程中如果测量直径超出 =级设定值的 容 差。小车便下降到低位线，结束自动流程 钢卷直径测量O K 且小车高度对中OK 钢卷插八按钮被按 T 9 输出钢卷高 度调 整 OK 的信息且结 束流程 钢卷直径测量 OK 且小车高度对中 O K L 钢卷插入 按钮没有被按下 1 0 H 起动延迟1 0 S I 延迟时间到 1 1 U 检 测 钢 誊的 直径 和 一l l 中心位情况 钢卷直径测最O K 且小车高度对中失败 l 2 卜 _J 图 3 8 A S E 自动化幕 统工程 2 0 0 6 3 I W W W e a g e c o mc n 报警 小车宽度 自动测量流程 0 一 初始他流程 f + _ 一按起动按钮且起动条件和运行条 件都具备 卜 开卷机收轴收缩完成且磁力皮带打开到位， j 支撑轴下降到位且穿带导板回退，下降到位 I 压辊下降到位且c P c ( 机组对中系统) 对中 完成 冀 前 行 且 开 卷 机1 l 1 前 向 爬 行 l 带钢宽度检测光电开关亮 保护光电检测 O K且 A P C完成 4 H 小车停止动作 7 8 一 +宽度超出二级设定的容差 带钢宽度 l 检 测 o K 厂 6 一f 报 警i l 一 于 陡 鬻I 强制插入按钮被按下 起动小车定位到开卷机中心位 如果小车定位AP C lR E R - F B KI 5 mm，结束 自动流程 小车定位 A P C IR E F - F B K I 5 mil l 开卷机爬行停止 且支撑轴上升 f l 功控制 序 图4 无论是上卷小车的高度对中， 还是横移方向 宽度对中，每个过程中都涉及到很多连锁信号， 每个动作都要有安全保护和异常情况紧急处理措 施，同时钢卷的测量数据，=级要做处理，一级 又要进行实时的物料跟踪。所以上卷小车的测量 控制要做到兼具准确性、安全性与实时性。具体 流程如图3 、图4 所示。艘 酬 缩 开 退 p 收 打 降 回 a 僻 一 收 皮 轴 导 降 机 力 带 下 一 一一一 维普资讯 带卷的高度和宽度自动对中及自动上卷西安重型机械研究所周德奇于正安孙延葳摘要文章阐述了自动上卷过程中不同类型的高度和宽度对中控制的实现方法和基本硬件组成,并介绍了相应的数学模型。 分析了自动上卷过程中高度和宽度自动对中的合理配置和工程设计中的各种因素。叙词自动上卷高度自动对中宽度自动对中AbstractThe article presents the methods and basic devices for realizing differentheight centering control and width centering control in the course of automatic coiling, andintroduces the relative mathematic model. An analysis is given to the rational configurationof the automatic centering during coiling and various factors that have been taken intoaccount in the engineering design.Descriptorsautomatic coiling, automatic centering in height, automatic centering inwidth在金属板带生产设备中, 自动上卷功能是基础自动化中的重要功能之一。 90年代中期, 国产的板带生产设备开始装备自动上卷装置。自动上卷控制的主要组成部分是带卷的高度和宽度自动对中控制。 高度自动对中是指带卷的内孔与开卷机卷筒在高度方向上自动对正, 使带卷能准确的套在卷筒之上。 宽度自动对中是指带卷上到卷筒上时, 使其宽度中心对正机组中心线。其次是实现自动上卷整个过程的顺序控制。 高度和宽度自动对中就其检测方法和控制方式的不同又有多种形式。 现就国内常见的几种形式分别介绍如下。1高度自动对中控制高度自动对中以检测方式的不同分为两种类型。 一种是检测带卷外径, 确定带卷中心, 控制带卷中心与开卷机卷筒中心对正,我们简称为 “ 测径定心” 控制方式。 另一种是直接检测控制带卷内孔孔壁在高度方向上对正卷筒表面,我们简称为“ 孔壁检测”控制方式。“ 测径定心” 控制方式中又以检测卷径的方法不同分为间接检测和直接检测两种形式。第一作者: 周德奇, 男, 46岁, 教授级高级工程师, 西安重型机械研究所 ( 710032)“ 孔壁检测” 控制方式中, 以检测位置不同分为上表面检测和下表面检测。 以检测传感器安装位置不同分为固定测控方式和随动测控方式。1. 1间接测径定心的高度自动对中控制间接检测卷径的高度自动对中控制系统工作原理图如图1所示。 系统基本硬件组成有:检测高度的光电开关, 检测上卷小车升降位置的光电编码器,确定上卷小车高度方向基准的予托起位置接近开关。已知: H1、H2、H3、H4、H5、cos?可测Hx得H1= Hx+ R+ H6+ H5( 1)H6= R/ cos?( 2)将式 ( 2) 代入式 ( 1) , 并转换为:R = ( H1- H5- Hx) / ( 1+ 1/ cos? )= ( H1- H5- Hx) cos? / ( 1+ cos? )( 3)x = H3- R( 4)控制过程中, 首先控制上卷小车托起带卷, 停在 “ 予托起”位置, 横移至光电开关架中间。 然后再控制上卷小车上升,同时通过光电编码器检测Hx。 上卷小车上升过程中应记录两个Hx数据, 一个是带卷升至光电开关2时记录一个 Hx 2, 另外带卷升至光电开关1时记录一个 Hx1, 并停止上升。如果带卷能够升至光电开关1的位置, 则用Hx1作72000No. 6重 型 机 械为 Hx带入式 ( 3) 、( 4) 计算出 R 和 x。 然后控制小车下降 x 距离,完成高度对中控制。 如果带卷升至上极限, 未能达到光电开关1的位置, 但已超过光电开关2的位置, 则说明卷径较小, 那末在计算 R 和 H 时应该用 Hx 2、H2和 H4替代式 ( 3) 、( 4) 中的 Hx、 H1和H3。 在控制上卷小车下降过程中应从光电开关2位置起计算小车下降 x 距离,完成高度对中控制。图11、2. 光电开关3. 卷筒4. 带卷5. 光电编码器6. 齿轮齿条7. 小车8. 予托起位置开关间接测径定心高度自动对中控制是用两对光电开关来适应不同大小卷径的检测,如果卷径变化范围过大, 有可能需要三对光电开关来检测, 但检测方法不变。1. 2直接测径定心高度自动对中控制 1直接测径定心高度自动对中控制系统硬件包括卷径测量尺以及测量尺移动气缸和测量尺位移量检测光电编码器, 上卷小车升降位移量检测光电编码器, 予托起位置接近开关, 如图2所示。已知: L、H1、H5、cos? ;可测 Lx得R= L- Lx( 5)H6= R/ cos?( 6)Hx= H1- H5- H6= H1- H5-( R/ cos? )( 7)对中过程中首先控制小车托起带卷,停在“ 予托起”位置,横移至卷径测量尺前。 控制测量尺前移靠近带卷,经编码器测定 Lx。 测量尺返回后, 计算出 R 和Hx, 并控制小车上升 Hx距离便可完成高度自动对中。图21. 靠尺2. 气缸3、8. 齿轮齿条4、7. 光电编码器5. 卷筒6. 带卷9. 小车10. 予托起位置开关上述两种测径定心高度自动对中控制系统具有共同特点, 就是都要测定、 计算出带卷半径 R。对于生产工艺要求较高的设备如精密轧机, 开卷机初始张力、 点动速度都与来料卷径密切相关, 需要有较准确的来料卷径数据。 因此, 测量卷径显得尤为重要,采用测径定心高度自动对中正好可以满足对卷径数据的需求。 由于这两种方法都是采取以带卷中心对准卷筒中心的思路进行高度对中控制的, 对中过程与开卷机卷筒直径无关, 因此,特别适用于开卷机卷筒具有几种不同直径规格的生产机组。 但是,这两种方法系统组成较为复杂,相关位置尺寸较多, 容易产生积累误差。上述两种高度对中方法所用的控制模型都是以上卷小车为V 型架形式建立的, 如图1、图2所示。 如果将 V 型架改为辊式托盘形式,则控制模型将有所变化, 见参考文献 1 。1. 3固定位置检测带卷内孔壁的高度自动对中控制固定位置检测带卷内孔壁的高度自动对中控制原理如图3所示。 一对光电开关安装在光电开关架上,由气缸驱动可以上下摆动, 光电开关的开口距离满足最宽带卷检测的需要。 光电开关下摆的位置正好使光轴与开卷机卷筒上表面 ( 或下表面) 对齐。对中控制过程首先控制上卷小车托起带卷横移至检测光电架前, 气缸推动光电架下摆确定测8重 型 机 械 2000No. 6量基准线, 上卷小车上升 ( 或下降) 使需对正的孔壁与光电开关光轴对齐。 升起光电架, 对中过程即告完成。图31. 光电开关2. 带卷3. 小车4. 卷筒这种方法也有采用两对光电开关进行控制的, 其目的是为了提高准确性和可靠性,控制基本原理都是一样的。1. 4随动位置检测带卷内孔壁的高度自动对中控制随动位置检测带卷内孔壁的高度自动对中控制原理如图4所示。 一只反射式光电开关安装在一个由气缸驱动的升降装置上, 该装置安装在上卷小车的车体上, 与小车同步行走。 光电开关升起的工作位置, 正好光轴与卷筒下表面对齐,下降位置使光电开关藏于上卷小车安全铺板之下, 可以保护检测光电开关的安全。图41. 光电开关2. 气缸3. 带卷4. 卷筒5. 小车对中控制过程中,上卷小车托起带卷的同时即可升起光电开关, 使光电开关提前到达测控位置, 带卷内孔壁下边缘到达光电开关光轴位置时停止上升。 然后下降光电开关, 完成高度对中控制。检测带卷内孔壁的高度对中控制, 工作原理简单, 硬件组成也较少。 利用上卷小车升降驱动油缸的重复定位精度即可以满足高度对中的要求。其缺点就是无法得知带卷卷径参数,适用于单一卷筒直径的应用场合。2宽度自动对中控制宽度自动对中控制也有两种控制方式, 一种是直接检测控制方式,另一种是间接检测控制方式。2. 1直接检测宽度自动对中控制直接检测宽度自动对中控制方式是直接将带卷的宽度中心与机组中心对齐,其工作原理如图5所示。 系统硬件由宽度检测基准光电开关、检测上卷小车横移位置的光电编码器组成。图51. 光电开关2. 带卷3. 卷筒已知L,可测 x , 得Lx= L- x/ 2在带卷完成高度对中后, 向卷筒套装带卷过程中完成宽度自动对中。 宽度检测基准光电开关安装于基础之上, 相对机组中心线位置 L 固定。带卷从 A 点到 B 点向卷筒横移过程中, 光电编码器测量出带宽 x。 然后经 PLC 计算得出 Lx。 再由PLC 控制小车横移驱动系统, 以B 端为基准行走Lx距离,完成宽度自动对中控制。因为测量带卷宽度和对中控制是在带卷横移过程中一次完成, 所以称之为直接检测控制方式。2. 2间接检测宽度自动对中控制92000No. 6重 型 机 械间接检测宽度自动对中控制方式与前述不同, 它首先将带卷的中心与上卷小车的中心对齐,然后再将上卷小车中心与机组中心对齐。 其工作原理如图6所示。 系统硬件由安装于上卷小车之上的宽度检测光电开关和检测横移位置的光电编码器组成。图61. 光电开关2. 小车3. 带卷4. 卷筒已知L,可测 S, 得Sx= S/ 2- L对中工作开始之前, 应保证上卷小车停留在卷筒与带卷之间。 开始上卷自动控制以后, 上卷小车首先横移寻找带卷, 检测到 A 点之后由光电编码器开始记数, 到达 B 点之后结束, 测量出带卷宽度S。 然后计算出Sx, 并控制上卷小车反向横移行走Sx距离,使小车中心线与带卷中心线对齐。托起带卷完成高度自动对中。 最后控制使上卷小车中心线与机组中心线对齐, 这样带卷的中心线自然就与机组的中心线对齐, 完成了宽度对中过程。 这一过程可以采用横移位置检测光电编码器进行位置控制, 也可以运用机组中心线处的行程开关进行位置控制。两种宽度对中方式都比较简单,也容易实现自动控制。 间接检测宽度自动对中控制有一个特点, 工作过程中存在一个寻找带卷的过程, 不论存料缝道上存放几个带卷,也不管它们所存放的位置,上卷小车都能自动寻找到离卷筒最近的一个带卷, 且可将小车自动定位在带卷重心上,自动上卷的过程从寻找带卷就开始。 而直接宽度自动对中方式则要人工操作上卷小车寻找带卷,确定托起重心位置,才能进入自动上卷的顺序控制过程。以上讨论的都是以悬臂式开卷机作为对象的高度与宽度自动对中控制。 对于对锥式开卷机则比较简单, 仅存在高度对中一项控制内容。 根据机组工艺要求可在上述几种高度对中方法中选择一种进行应用。3自动上卷的系统设计3. 1高度和宽度自动对中的合理搭配要完成自动上卷功能必须选定一种高度自动对中控制方式和宽度自动对中控制方式,并使两者的动作过程合理搭配, 易于实现自动上卷的过程顺序控制。前面介绍的四种高度对中工作方式和两种宽度对中工作方式,从原理上看都可以相互搭配应用。 但是, 如果选用随动边缘测控方法进行高度自动对中时,应考虑首选间接检测宽度自动对中控制。 因为高度自动对中检测用光电开关安装于上卷小车之上, 它的安装位置和测控效果与带卷位置密切相关。 而间接检测控制宽度对中的方法, 正好可以满足这一要求。3. 2自动上卷的控制精度开卷机卷筒的缩径最小尺寸与来料带卷的内孔尺寸一般相差1015mm, 因此要求高度自动对中的位置控制精度应小于36mm。 宽度自动对中的位置控制精度则视机组工艺要求而定,可浮动控制的开卷机要求较低, 而固定式开卷机则要求略为高些, 一般3mm 可以满足要求。用于高度和宽度位置检测的光电编码器脉冲数, 可以按照检测精度 ( 脉冲当量) 0. 2mm/ 脉冲来选择。3. 3对来料的要求自动上卷过程中,带卷内孔与开卷机卷筒的相对位置,都是通过各种传感器测量带卷的几何形状确定的。 要保证测量的准确, 应对来料提出明确的技术要求, 具体数值需根据机组整体工艺参数要求而定。 应注意以下几个方面: 来料的卷紧程度, 包括上道工序的捆扎质量。 特别是带卷外层和内层的卷紧程度; 来料的错层和塔形公差。 特别是带卷外层和内层的错层和塔形公差;对于带厚小于0. 5mm 的卷料一定要求带套筒, 否则卷料内孔质量难以保证。3. 4对相关机械设备设计、 制造、 安装精度的要求自动上卷的工作是一个机械、液压、电气控制系统相互配合完成的过程。 上卷小车、 测量装置( 下转第45页)10重 型 机 械 2000No. 6模型推导过程中所作假设与简化及参数 t1、 az的测量有关。该模型除了可用于指导成形装置的调节外, 经过完善后还可用作根据原始辊缝预测成形结果及优化设计成形设备的理论依据。表 1弹性张角 ? 的计算值 ? j与实验值 ? s实验组号 0/b0/t0z0/mm? j/? s/er= ? j- ? s?/? j/%10. 90425/1. 9085. 01. 5741. 6857. 120. 98725/1. 9085. 01. 2101. 33110. 031. 18825/1. 9085. 00. 6980. 80114. 841. 36525/1. 9085. 00. 4630. 51010. 25结论( 1) 以不均匀压下板带面内弯曲模拟装置为研究对象, 给出了描述加载辊缝与原始辊缝差值的辊缝变化参数, 即: 弹性张角 ? 、 锥辊接触点的垂直位移 !oy与水平位移 !ox。( 2) 运用梁的弯曲变形理论建立了用于预测辊缝变化参数的数学模型。 实验表明, 建立的模型可用, 为根据原始辊缝精确预测成形结果及优化设计成形设备打下了基础。( 3) 由于本文选择的是一种典型成形装置, 因此其研究方法具有普遍意义, 为不均匀压下板带面内弯曲成形装置向实用化发展开辟了新的研究渠道。参考文献1Yang H,Xian F J,Liu Y L.Research on the foundationof a new plastic forming process developed by unequaldeformation. In: NiJ, LiCG, HuSXeds.Manufacturing science and technology for new century.Wuhan. 1998.Wuhan:Huazhong University of Scienceand Technology Press, 1998. 642672Xian F J, Yang H, Xiao F S. Finite element analysis ofeffects of parameters on in-plane bending process ofstripmetal.JournalofMaterialsProcessingTechnology, 2000, 102: 78833鲜飞军杨合肖红生 . 不均匀压下金属板带面内弯曲成形的试验研究 . 中国机械工程 . 1998, 9( 6) : 56584刘鸿文 . 材料力学( 第二版). 北京: 高等教育出版社,19915吕立华 . 轧制理论基础 . 重庆: 重庆大学出版社, 19916肖红生 . 不均匀压下金属板带面内精密弯曲及数值模拟: 硕士学位论文 . 西安: 西北工业大学, 1997( 修改稿日期: 2000- 07-25)( 上接第 10页)的制造、 安装精度对于系统工作的准确性、 稳定性极为重要。综合精度要求上卷小车在重心位置托起带卷, 在横移过程中, 带卷的轴线与开卷机轴线的平行度误差小于 3mm, 水平误差小于 2mm, 以此要求来分解对上卷小车制造和安装的精度要求。3. 5上卷小车驱动方式的选择在自动上卷工作中, 上卷小车升降与横移运动的驱动方式为多样, 但都有位置控制要求。 按照控制性能区分可分为三类, 连续调速控制, 分级调速控制, 非调速控制。性能最为优越的为连续调速控制, 其拖动系统可以和光电编码器、 可编程序控制器构成完整的位置闭环控制系统, 不论高度对中还是宽度对中都能作到快速、 准确、 平稳。分级调速控制则快速性和平稳性稍差些。非调速控制实质上是位置的开环控制, 其控制精度完全依靠驱动系统的重复精度来保证, 因此对于机械、 液压、 电器系统的稳定性要求较高, 否则难以保证位置控制精度。上卷小车驱动方式的选择, 应根据机组工艺要求、 控制精度要求、 高度对中和宽度对中控制方式选择等因素综合考虑, 才能作到既满足工艺要求又节省投资。参考文献1董福元 . 测径及带卷的自动上卷装置 . 冶金设备,1996(6)( 收稿日期: 2000- 02-05)452000No. 6重 型 机 械XX学院本科生毕业设计（论文）开题报告题 目： 学 院： 专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 填表日期： 年 月 日一、选题的依据及意义在金属板带的生产设备，自动上卷功能是对基础自动化的重要功能。90年代中期，国内带钢生产设备的自动卷取装置。自动上卷控制的主要部分是带钢宽度和高度自动控制。高度自动化是指内孔和在高度方向自动对齐开卷机卷筒，上卷可以准确地设置在滚筒。自动宽度是指卷到卷，宽度设置在中心线的中心。二是实现全过程自动滚动顺序控制。的高度，以不同的方式和形式的自动检测和控制宽度。一辆汽车是一个主要的设备。该装置在整个系统中起着至关重要的作用，它可以运行直接影响冷轧清洗线条件，产品产量和质量。自动过程控制的汽车在整个加载过程中，如果失败，会对设备造成损坏，甚至危及人身安全的。因此，汽车的自动控制，必须准确，及时，安全可靠。在冷轧生产线，进口车先从体积和鞍座位置，然后钢卷直径测量和高度，是准确的，使开卷宽度中心机的芯棒钢轧辊中心线。在这种方式中，开卷机可以正确的左带头，开卷。二、国内外相关研究简介钢卷上料小车身结构主要包括升降装置，导向装置，行走装置和其他装置。有一个不那么有趣的部分是小车轨道。当在多跨厂房纵向运动时可以使用的纵向移动，横向移动