带钢纠偏PLC控制系统.pdf

第3 期 总第1 1 2 期 2 0 0 1 年 9月 山西机械 S HANXI MACHI NERY N0 . 3 S e p . 文章编号 1 0 0 8 - 8 3 4 2 2 0 0 1 0 3 - 0 0 0 1 - 0 2 带钢纠偏P L C控制系统 李玉贵，黄庆学，阎献国 太原重型机械学院，山 西 太原0 3 0 0 2 4 摘要 利用可编程控制器技术实现高速带钢纠偏智能控制。 给出了部分电路的设计方法， 对提高带钢生产效率 提高产品质量具有积极的意义。 该控制系统还具有较强的通用性。 关键词可编程控制器;带材，钢板 中图分类号T G 3 3 5 . 5 6 T P 2 7 3文献标识码 A 引言 带钢在机组中高速运行或进行卷取时，由于机组 中导向辊偏差、振动及张力失调等原因， 造成了带钢 边缘或纵向标志线与机组的中心线不平行，甚至偏离 了设定位置而导致带钢的横向跑偏。带钢的跑偏使得 带钢多呈 “ S ” 形向前运动， 不能整齐卷取。 成卷边缘 的整齐程度对带钢薄板在进一步轧制中的安装和开卷 操作影响很大， 直接影响到带钢产品的质量。 目 前， 带 钢薄板生产中使用的成卷边缘跑偏控制， 大多采用单 片机控制系统。 由于轧钢生产工况条件恶劣， 振动大、 温度高、污染严重，使得单片机控制系统工作很不稳 定，造成纠偏精度低、维护要求高等困难。为解决生 产中的实际间题，我们研制了带钢纠偏可编程控制系 统。 该系统采用了线阵C C D光电检测技术， 数字信号 处理技术， 高性能数字阀液压跟踪系统。具有检测精 度高、响应速度快等特点，可实现高速带钢智能纠偏 控制。 1 P L C控制系统工作原理 带钢纠偏P L C控制系统主要由F X Z - MR 4 8 可 编程控制器，线阵二相 T C D 1 4 2 D型C C D检测头， H S V系列数字式液压随动机构等部分组成， 系统原理 图见图 1 , 在自动状态时，若被控的带钢边缘标志线偏离了 设定位置，则位于卷取机处的光电编码器和位于带钢 边缘处的C C D光电检测器同时将信号送回可编程控 制器。可编程控制器对两信号进行比较运算， 根据运 算的差值来控制数字阀的开启时间， 进而控制油缸拖 动卷取机架作相应运动，有效地完成带钢纠偏。 在手动状态时，可由正、反点动按钮来调节卷取 机架的位置。当正、反点动按钮都不按时，液压缸连 同卷取机架均处于静止状态， 液压系统处于卸荷状态。 当按动正向点动按钮时，控制液压缸正向运动的高速 开关阀打开， 液压缸活塞推动卷取机架向前运动，实 现正向纠偏。 反之， 控制反向运动的高速开关阀打开， 实现反向纠偏。 图1 带钢纠偏控制原理图 2 电路设计 钢板边缘位置检测是整个控制系统非常关键的环 节。根据现场生产工况要求，我们研制了新型高精度 线阵C C D光电 检测头。 检测头由辅助光源和光电阵 列 传感器以及二值化处理电 路组成， 采用可见光反射式 检测方式。 检测头的结构简图见图2 。 辅助光源发出的 光线经光学处理呈平行光，经钢板边缘反射到光电阵 列传感器。 根据钢板边缘成像在C C D检测器像敏元的 数量， 就可测出钢板边缘的位置。传感器接收的信号 经二值化处理后转变为数字信号， 再经过放大后送到 收稿日 期2 0 0 1 - 0 4 - 2 4 作者简介 李玉贵 1 9 6 7 - ， 男， 山西太谷人， 讲师， 1 9 9 1 年毕业于太原重型机械学院， 硕士， 主要研究方向 机电 一体化; 黄庆学 1 9 6 1 - ， 男 吉林人， 教授， 博士生导师， 博士， 主要研究方向 精密带钢轧制; 阎献国 1 9 6 3 - ， 男， 山西寿阳人， 副教授， 博士， 主要研究方向 机电一体化。 万方数据 2 山 西 机 械2 0 0 1 年第3 期 可编程控制器进行处理。 检测辅助光源和C C D接收传感器为一体化结构， 简化了安装并有助于提高检测器的抗干扰力。光电检 测器的供电系统采用独立电源， 经抗干扰处理，可使 光电检测器远离控制台而不受外界干扰。 X 2 1 D T 4 输入端子; X 2 2 手动开关; X 2 3 预置开关。 可编程控制器 C C D 检测头 辅助光源 图2 检测头结构简图 3 机型的选择与配置 本纠偏系统的控制核心是日 本三菱公司生产的新 一代小型可编程控制器 F X 2 -MR 4 8 。它具有编程方 便、可靠性高、运行速度快等特点， 被广泛应用于工 业生产各部门。 3 . 1 硬件功能分析 硬件构成见图3 所示， 系统输入部分由C C D检测 信号、旋转编码器反馈位置信号、方式选择开关、控 制按钮等组成。输出部分包括电磁阀线圈、指示灯及 报警信号等。指示灯并联在各电磁阀线圈两端， 这样 可以节省P L C点数; 同时为了保护P L C输出继电器， 在电磁阀两端各并一只续流二极管，以防止在电感性 负载断开时产生很高的感应电动势或浪涌电流对 P L C输出点及内 部电源的冲击。 11，户，10‘门口d且 VV子且林二林且︸且八︺ Cd一b卜fJ︸n们n妇nUCO HH30d33工‘J 图3 P L C硬件构成 下面介绍各端子功能及存储空间分配表。 3 . 1 . 1 输入端子功能 X o A相 编码器接口; X I B相 编码器接口; X 2 -X 1 2 与C C D光电 检测器件连接的输入端子; X 2 0 D T 3 输入端子; 3 . 1 . 2 输出端子功能 Y 0 高速阀1 H S V 1 输出端子; Y , 高速阀2 H S V 2 输出 端子; Y 2 换向阀3 D T 1 输出端子; Y 3 换向阀3 D T 2 输出端子; Y , 辅助油缸换向阀3 D T 3 输出端子; Y s 辅助油缸换向阀3 D T 4 输出端子; Y , 报警信号 J B Q 输出端子。 3 . 1 . 3 存储空间分配 D o 初始设定值; D 2 P L C 采集编码器返回 值; D 6 P L C 采集C C D检测器值; Ms D 和D , 差值。 3 . 2 软件设计思想及几点考虑 3 . 2 . 1 设计思想 在初始时刻， 给可编程控制器先预置一目 标信号。 下一个时刻， 由C C D光电检测系统采样到主信号， 编 码器位移传感器采样到反馈信号送回到可编程控制 器;由可编程控制器的比较器对两个信号进行比较运 算， 然后根据其运算结果进行判别当差值大于0 时 控制一路阀动作，如果小于。 又控制另一路阀进行动 作。在偏差较大的情况下，我们可以开启大流量换向 阀，用手动的方法来进行控制。高速带钢纠偏的一个 关键间题就是系统滞后，由于负载的惯性、继电器的 动作、机械系统的运转以及程序运行都是造成滞后的 重要原因。为此，我们在进行用户程序设计时，必须 考虑其运行时间，力争使得用户程序缩短，以减少可 编程控制器的运行时间， 进一步减小系统的滞后时间。 3 . 2 . 2 几点考虑 ①在程序设计中，必须注意实时性的要求。程序 尽可能设计足够短，以减小程序的执行时间， 保证程 序能够在最短的时间执行，以提高系统控制的精度和 响应的速度。 ②防止系统产生颤振。系统在纠偏过程中， 通过 可编程控制器计算两输入信号差值， 使差值为零。但 系统偏差为零几乎不可能，为了纠偏，系统需不停寻 找零位，这样就会造成系统颤振。为了避免系统发生 颤振，在程序设计时必须设计一段死区，在该区内满 足精度就不需纠正。 下转第4 页 万方数据 .4. 山 西 机 械 2 0 0 1年第3 期 采用3 D C A D / C A M软件实现三维造型、动画仿 真、 干涉检查、 数据加工、 有限元及动力学分析等。 在 我国， 2 D C A D / C A M与3 D C A D / C A M互为补充， 将 在较长时间内共存。 采用MI S MR P I 、 E R P 提高企业的生产、 财 务、销售、合同、人事、设备等管理效率，缩短整个 产品周期， 使企业对市场的响应速度和应变能力大大 提高。由于企业各个部门具有密不可分的联系，所以 只有将各模块有效地集成为一体，才能使各软件的作 用发挥到最佳。 3 C A D / C A M技术在机械制造业的应用展望 企业的目 标是高效率、高质量和低成本。厂家引 进C A D / C A M软件能帮助企业在市场竞争中取得优 势。 当前， C A D / C A M软件已经可以满足众多产品开 发的基本要求，然而在提高模拟真实性以及加强使用 的适用性方面均面临着挑战。未来机械制造业中使用 C A D / C A M软件的发展趋势有以下几个特点 ①由 单 一零件的虚拟样机朝着整机虚拟样机的方向发展;② 在单一分析功能不断完善的基础上， 朝着优化、可靠 性及其它综合评估功能的方向发展; ③加强设计与制 造过程的集成， 朝着C A D / C A M无缝整体化集成的方 向发展。 4 结束语 2 1 世纪是知识经济的时代， 信息技术将成为知识 经济中最重要的资源和竞争要素， 它给中国机械制造 业带来新的机遇和挑战， 是中小企业走出困境，求得 发展的最佳武器。各企业只有合理利用各种资源，采 用先进的组织方式和生产工具，才会在信息时代迎来 新的生命。 参考文献 [ I ] 黄培. 全面合作共同发展 口〕 . 计算机辅助设计与制 造，1 9 9 9 1 1 8 - 1 9 . [ 2 」阎光荣， 雷毅， 李建国. C A D / C A M软件在虚拟制造中 的应用 〔 7 7. 计算机辅助设计与制造， 1 9 9 9 1 1 7 . T h e a p p l i c a t i o n a n d p r o s p e c t f o r C A D / C A M t e c h n o l o g y i n me c h a n i c a l ma n u f a c t u r e e n t e r p r i s e Y A N X i a o - l i n , WA N G X i a o - g u a n g , J I A N G X u e - m e i L a n g f a n g Mi s s il e I n s t i t u t e o f A r m y , L a n g f a n g 0 6 5 0 0 0 , C h i n a A b s t r a c t H o w t h e C A D / C A M t e c h n o l o g y i s a p p l i e d i n o u r c o u n t r y s c u r r e n t m e c h a n i c a l m a n u f a c t u r e e n t e r p r i s e s i s a n a l y z e d i n t h i s p a p e r . T h e a u t h e r s a l s o C A D / C A M t e c h n o l o g y . K e y w o r d s C AD / C A M p o i n t o u t t h e m a i n c o n t e n t t h a t s h o u l d b e a p p l i e d d e e p l y a n d f o r e c a s t t h e f u t u r e d e v e l o p i n g t e n d e n c y o f ;me c h a n i c a l ma n u f a c t u r e ;a p p l i c a t i o n ; p r o s p e c t 上接第2 项 4 结论 本智能纠偏系统性能稳定， 工作可靠，而且操作 简单方便。 最大的特点是采用C C D光电检测器件和数 字阀液压控制技术，系统响应速度快， 精度高， 抗干 扰能力强。纠偏控制系统不仅可以用于带钢轧机生产 过程的跑偏控制， 还可以推广到纺织、 造纸等行业中， 参考文献 [ 1 〕 赵建强， 李玉贵. 带钢跑偏微机控制系统 〔 7 7. 山西机 械，1 9 9 6 2 1 3 - 1 5 . [ 2 〕 钟肇新. 可编程控制器原理及应用 [ M] . 武汉 华南理 工大学出版社， 1 9 9 4 . 7 . [ 3 〕 田应忠. 电液伺服自 动控制纠偏装置[ 1 7 . 液压与气动， 1 9 9 3 5 2 2 - 2 4 . 具有较强的通用性。 S y s t e m c o n t r o l l e d b y P L C f o r s t r i p s t e e l t o r e c t i f y a d e v i a t i o n L I Y u - g u i ， H U A N G Q i n g - x u e , Y A N X i a n - g u o T a i y u a n A b s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e d a i n t e l l e c t u a l H e a v y Ma c h i n e r y I n s t i t u t e , T a c o n t r o l l e d s y s t e m f o r s t r i p i y u a n 0 3 0 0 2 4 , C h i n a s t e e l w i t h p r o g r a m m a b l e c o n t r o l l e r t e c h n o l o g y . I t g a v e a d e s i g n e d m e t h o d a b o u t a p a r t o f c i r c u i t . I t h a s m a r k e d e f f e c t f o r s t r i p s t e e l t o r a i s e p r o d u c t i o n e f f i c i e n c y a n d p r o d u c t q u a l i t y . K e y w o r d s p r o g r a m m a b l e c o n t r o l l e r ; s t r i p s t e e l ;s t e e l p l a t e 万方数据