摘 要：本文介紹了太鋼熱連軋橫切機(jī)組矯直輥水平度調(diào)整裝置的技術(shù)特點(diǎn)，利用專用稱重傳感器來(lái)對(duì)輥道水平狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以保證壓力輥接觸變形后輥道整體水平的應(yīng)用實(shí)例。

關(guān)鍵詞：輥道水平調(diào)整、稱重傳感器、數(shù)據(jù)通訊及檢測(cè)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(tǒng)研發(fā)背景

　　太鋼熱連軋廠2250生產(chǎn)線橫切機(jī)組的生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品質(zhì)量在國(guó)內(nèi)屬領(lǐng)先地位，其中，十七輥精矯機(jī)（見(jiàn)圖1）是用于帶鋼表面平整、消除成品鋼板內(nèi)應(yīng)力的專用設(shè)備。為保證帶鋼產(chǎn)品的表面質(zhì)量，對(duì)其上下輥道間的水平度有相當(dāng)嚴(yán)格的精度要求。我們自行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了用于調(diào)整精矯機(jī)輥道水平度的裝置，該裝置可應(yīng)用于冶金行業(yè)帶鋼矯直系統(tǒng)的輥道水平度的調(diào)整，在國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品中處于先進(jìn)水平。

　　2. 系統(tǒng)主要功能

　　Ø 矯直輥組水平度顯示

　　Ø 遠(yuǎn)程通訊功能

　　Ø 超限報(bào)警功能

　　3. 系統(tǒng)特點(diǎn)

　　Ø 采用專用稱重傳感器

　　Ø 提供模擬或數(shù)字接口

　　Ø 配備專用數(shù)字顯示儀

　　Ø 提供數(shù)字接線盒及專用電源

　　Ø 模塊化設(shè)計(jì)，具有很高的可擴(kuò)展性

二、精矯直輥平直度檢測(cè)系統(tǒng)控制原理

　　1.檢測(cè)原理及形式

　　根據(jù)鋼帶橫切機(jī)組的特殊工藝及設(shè)備結(jié)構(gòu)，保證精矯直機(jī)上下十七支輥在進(jìn)行矯直鋼板的工作過(guò)程中受力均勻，是提高優(yōu)等材成材率的關(guān)鍵。因此，選擇稱重傳感器檢測(cè)矯直輥受力力平衡的工作方式，是合理有效的。

　　2.測(cè)試點(diǎn)的選擇

　　由圖2可見(jiàn)，矯直設(shè)備由8支上輥和9支下輥組成。測(cè)試點(diǎn)為4個(gè)，分別位于上、下輥道之間的4個(gè)角上，即在1#上輥?zhàn)雍?#、2#下輥?zhàn)又g的2個(gè)輥?zhàn)佣瞬课恢锰幒?#上輥?zhàn)雍?#、9#下輥?zhàn)又g的2個(gè)輥?zhàn)佣瞬课恢锰帲鐖D2。

　　3.檢測(cè)傳感器形式的選擇

　　根據(jù)測(cè)試點(diǎn)的受力情況，2個(gè)下輥?zhàn)酉喈?dāng)于兩側(cè)的支承點(diǎn)，中間的上輥?zhàn)酉喈?dāng)于加載點(diǎn)，屬橋式結(jié)構(gòu)的稱重測(cè)力傳感器的應(yīng)用方式。

　　根據(jù)工藝要求，傳感器的規(guī)格為10t。傳感器的外形結(jié)構(gòu)圖和尺寸見(jiàn)圖3。

　　4.傳感器的特殊技術(shù)指標(biāo)

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

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

　　4.3由于傳感器使用時(shí)沒(méi)有秤臺(tái)結(jié)構(gòu)，因此傳感器的零點(diǎn)一定要是正零點(diǎn)。

　　4.4由于要通過(guò)傳感器的輸出信號(hào)來(lái)判別輥道的安裝水平度狀態(tài)，就要求4個(gè)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(shù)據(jù)采集、處理與輸出

　　5.1 數(shù)字變送器

　　數(shù)字變送器采用了全數(shù)字處理技術(shù)，集數(shù)字傳感器和傳感器接線盒為一體，對(duì)接入的每一個(gè)只傳感器都單獨(dú)進(jìn)行信號(hào)放大、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)處理。它可按需要選擇輸出各個(gè)傳感器的A/D內(nèi)碼和數(shù)據(jù)處理后的IR碼;系統(tǒng)通過(guò)上位機(jī)命令組可下載工作參數(shù)和輸出數(shù)據(jù);系統(tǒng)還具有對(duì)故障傳感器的檢測(cè)和報(bào)警輸出功能。

　　5.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

　　Ø 采用多個(gè)傳感器數(shù)字求和技術(shù)，輸出內(nèi)碼大為提高，使同等內(nèi)碼數(shù)量的數(shù)據(jù)輸出時(shí), 提高數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。

　　Ø 每一個(gè)傳感器的標(biāo)定系數(shù)和零點(diǎn)系數(shù)都可進(jìn)行單獨(dú)的數(shù)字處理。去掉了原接線盒中平衡調(diào)試用的電位器，即簡(jiǎn)化了調(diào)試過(guò)程，又提高了性能。

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

　　Ø 采用標(biāo)準(zhǔn)RS-485異步串行通訊方式，傳輸距離遠(yuǎn)（可達(dá)1200米），可直接連接計(jì)算機(jī)、大屏幕等遠(yuǎn)程設(shè)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(dāng)通道的輸入信號(hào)為0mV時(shí)，該通道的IR輸出信號(hào)為0;當(dāng)通道的輸入信號(hào)為15mV時(shí)，該通道的IR輸出信號(hào)為30000。

　　6. 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

　　Ø 可聯(lián)傳感器數(shù) 1～4個(gè);

　　Ø 線性度 0.02%;

　　Ø A/D轉(zhuǎn)換速度 100～200次/每秒;

　　Ø 每通道內(nèi)部分解碼 200000碼;

　　Ø 每通道滿量程IR碼 30000碼;

　　Ø 輸入信號(hào)范圍 -1～+15mV;

　　Ø 數(shù)字通訊接口 RS-485;

　　Ø 波特率 9600（4800）;

　　Ø 激勵(lì)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(duì)濕度 40℃（20～90）%RH

　　大氣壓強(qiáng) 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(biāo)準(zhǔn)

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

　　1.2 通訊數(shù)據(jù)格式

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

　　1.2.2 數(shù)據(jù)位及校驗(yàn)方式

　　7位數(shù)據(jù)偶校驗(yàn)。即1位起始位（0），7位數(shù)據(jù)位，一位奇偶校驗(yàn)位（為偶校驗(yàn)），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(yàn)和（BCC）的算法

　　從STX（02）以后的字符到ETX（03H）包括ETX）的數(shù)據(jù)塊，各數(shù)據(jù)的異或結(jié)果為驗(yàn)校和（BCC）。

　　2.3 地址編碼

　　地址可在下表1～10中選擇，地址對(duì)應(yīng)的ASCⅡ碼

　　3.數(shù)據(jù)發(fā)送

　　3.1連續(xù)發(fā)送方式。儀表實(shí)時(shí)發(fā)送主顯示器顯示的低5位數(shù)據(jù)。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(diǎn)數(shù)表示為0.05000×104 ，所以e=4。m：為動(dòng)態(tài)檢測(cè)位。稱量處于動(dòng)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(yīng)答方式）

　　3.2.1命令傳送與接收通訊聯(lián)絡(luò)說(shuō)明

　　通訊聯(lián)絡(luò)步驟如下圖所示

　　整個(gè)通訊聯(lián)絡(luò)過(guò)程中上位機(jī)進(jìn)行鏈路呼應(yīng)，命令發(fā)送及數(shù)據(jù)接收三段問(wèn)答式通訊。

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

　　3.2.3命令發(fā)送：上位機(jī)收到EOT應(yīng)答后，開(kāi)始向從機(jī)發(fā)送命令，SOH、ADDR、STX、BLOCK、ETX、BCC、ENQ。從機(jī)回答NAK，表示從機(jī)數(shù)據(jù)接收不正確，主機(jī)重發(fā)命令，若主機(jī)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(jī)回答ACK，示從機(jī)命令接收正確。

　　3.2.4數(shù)據(jù)接收：主機(jī)收到肯定回答ACK后，發(fā)送SOH、ADDR、POL、ENQ，然后接收從機(jī)的回送數(shù)據(jù)。從機(jī)回答 SOH、ADDR、STX、BLOCK、 ETX、BCC。主機(jī)若正確接收從機(jī)回送數(shù)據(jù)則發(fā)ACK后結(jié)束本次通訊。若主機(jī)接收數(shù)據(jù)不正確則回答NAK，從機(jī)重發(fā)回送數(shù)據(jù)，若連發(fā)三次均收到NAK，表示通訊故障，退出通訊。

　　參數(shù)含義說(shuō)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(shuō)明

　　以下說(shuō)明都設(shè)置XK3115地址為1即ASCⅡ碼A（41H），發(fā)送數(shù)據(jù)為ASCⅡ碼。數(shù)字以十六進(jìn)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(yīng)用

　　在矯直輥平直度檢測(cè)系統(tǒng)研發(fā)成功之前，太鋼矯直輥水平度調(diào)整的方式，大多采用直接長(zhǎng)度測(cè)量，即以某基準(zhǔn)面為準(zhǔn)，測(cè)量輥道接觸面至該基準(zhǔn)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(diào)整對(duì)基準(zhǔn)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(duì)于同一材質(zhì)的金屬其變形與產(chǎn)生的力值成一定的函數(shù)關(guān)系，因此可將水平調(diào)整的測(cè)距問(wèn)題轉(zhuǎn)化為測(cè)力，即通過(guò)檢測(cè)壓力輥?zhàn)冃魏螽a(chǎn)生了力值間接反映變形程度的大小，從而指示輥道水平調(diào)整的狀態(tài)。

　　平直度檢測(cè)系統(tǒng)已成功推廣應(yīng)用于普碳鋼、各系不銹鋼材質(zhì)的帶鋼橫切矯直工藝中，可提高工作效率和操作的準(zhǔn)確性，大幅提高成材率，產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益。本系統(tǒng)正在申請(qǐng)國(guó)家專利。