太钢热连轧横切机组精矫直辊平直度检测系统研发

摘 要：本文介绍了太钢热连轧横切机组矫直辊水平度调整装置的技术特点，利用专用称重传感器来对辊道水平状态进行监测，以保证压力辊接触变形后辊道整体水平的应用实例。

关键词：辊道水平调整、称重传感器、数据通讯及检测仪表

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. 系统研发背景

　　太钢热连轧厂2250生产线横切机组的生产规模及产品质量在国内属领先地位，其中，十七辊精矫机（见图1）是用于带钢表面平整、消除成品钢板内应力的专用设备。为保证带钢产品的表面质量，对其上下辊道间的水平度有相当严格的精度要求。我们自行开发设计了用于调整精矫机辊道水平度的装置，该装置可应用于冶金行业带钢矫直系统的辊道水平度的调整，在国内同类产品中处于先进水平。

　　2. 系统主要功能

　　Ø 矫直辊组水平度显示

　　Ø 远程通讯功能

　　Ø 超限报警功能

　　3. 系统特点

　　Ø 采用专用称重传感器

　　Ø 提供模拟或数字接口

　　Ø 配备专用数字显示仪

　　Ø 提供数字接线盒及专用电源

　　Ø 模块化设计，具有很高的可扩展性

二、精矫直辊平直度检测系统控制原理

　　1.检测原理及形式

　　根据钢带横切机组的特殊工艺及设备结构，保证精矫直机上下十七支辊在进行矫直钢板的工作过程中受力均匀，是提高优等材成材率的关键。因此，选择称重传感器检测矫直辊受力力平衡的工作方式，是合理有效的。

　　2.测试点的选择

　　由图2可见，矫直设备由8支上辊和9支下辊组成。测试点为4个，分别位于上、下辊道之间的4个角上，即在1#上辊子和1#、2#下辊子之间的2个辊子端部位置处和8#上辊子和8#、9#下辊子之间的2个辊子端部位置处，如图2。

　　3.检测传感器形式的选择

　　根据测试点的受力情况，2个下辊子相当于两侧的支承点，中间的上辊子相当于加载点，属桥式结构的称重测力传感器的应用方式。

　　根据工艺要求，传感器的规格为10t。传感器的外形结构图和尺寸见图3。

　　4.传感器的特殊技术指标

　　4.1利用桥式传感器的结构外形特点，使传感器和“压块”变为一体了，这样结构更紧凑，使用更为方便，还可减少安装等原因带来的附加误差。

　　4.2称重测力传感器的测试结果与传感器的安装位置、加载位置与状态有很大关系，为了保证测试性能，在传感器加载头部分我们采取了加载头凸台结构，这有利提高传感器的本身精度。

　　4.3由于传感器使用时没有秤台结构，因此传感器的零点一定要是正零点。

　　4.4由于要通过传感器的输出信号来判别辊道的安装水平度状态，就要求4个传感器的输出灵敏度要一致，目前我们传感器输出灵敏度的一致水平为0.1%。

　　5.数据采集、处理与输出

　　5.1 数字变送器

　　数字变送器采用了全数字处理技术，集数字传感器和传感器接线盒为一体，对接入的每一个只传感器都单独进行信号放大、A/D转换、数字滤波和数据处理。它可按需要选择输出各个传感器的A/D内码和数据处理后的IR码;系统通过上位机命令组可下载工作参数和输出数据;系统还具有对故障传感器的检测和报警输出功能。

　　5.2 系统特点

　　Ø 采用多个传感器数字求和技术，输出内码大为提高，使同等内码数量的数据输出时, 提高数据稳定性。

　　Ø 每一个传感器的标定系数和零点系数都可进行单独的数字处理。去掉了原接线盒中平衡调试用的电位器，即简化了调试过程，又提高了性能。

　　Ø 采用高性能单片机、全密封的不锈钢盒式结构和专用金属防水电缆接头。使系统能满足防潮、防尘、防腐蚀、防电磁场、防静电等抗恶劣环境的性能。

　　Ø 采用标准RS-485异步串行通讯方式，传输距离远（可达1200米），可直接连接计算机、大屏幕等远程设备。

　　Ø 通道精确修整，保证各通道之间输出的RI码的一致性。当通道的输入信号为0mV时，该通道的IR输出信号为0;当通道的输入信号为15mV时，该通道的IR输出信号为30000。

　　6. 系统主要技术指标

　　Ø 可联传感器数 1～4个;

　　Ø 线性度 0.02%;

　　Ø A/D转换速度 100～200次/每秒;

　　Ø 每通道内部分解码 200000码;

　　Ø 每通道满量程IR码 30000码;

　　Ø 输入信号范围 -1～+15mV;

　　Ø 数字通讯接口 RS-485;

　　Ø 波特率 9600（4800）;

　　Ø 激励电源 DC5V/120mA;

　　Ø 供电电源 DC8V～DC12V;

　　Ø 功耗 ≤4W;

　　Ø 工作条件：

　　环境温度 0℃～40℃

　　相对湿度 40℃（20～90）%RH

　　大气压强 86～106kPa。

三、串行通讯原理及通讯程序编写

　　1.串行通讯基本定义

　　1.1 通讯接口标准

　　仪表串行接口，可选择作为标准串行通讯口。硬件接口为RS—232C或20mA电流环。

　　1.2 通讯数据格式

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

　　1.2.2 数据位及校验方式

　　7位数据偶校验。即1位起始位（0），7位数据位，一位奇偶校验位（为偶校验），一位停止位（1）。

　　2.通讯规程

　　2.1通讯控制字符定义

　　2.2 校验和（BCC）的算法

　　从STX（02）以后的字符到ETX（03H）包括ETX）的数据块，各数据的异或结果为验校和（BCC）。

　　2.3 地址编码

　　地址可在下表1～10中选择，地址对应的ASCⅡ码

　　3.数据发送

　　3.1连续发送方式。仪表实时发送主显示器显示的低5位数据。发送格式如下：

　　信息块BLOCK含义：

　　W W W W W：为显示器低5位示值的ASCⅡ码，高位在前，低位在后。

　　e：为重量值的阶码：例重量值为500.0kg，则以浮点数表示为0.05000×104 ，所以e=4。m：为动态检测位。称量处于动态 m=1;称量处于稳定状态m=0。

　　3.2 非连续发送方式（即命令应答方式）

　　3.2.1命令传送与接收通讯联络说明

　　通讯联络步骤如下图所示

　　整个通讯联络过程中上位机进行链路呼应，命令发送及数据接收三段问答式通讯。

　　3.2.2链路呼应：通讯开始，上位机首先发送SOH、ADDR、POL、ENQ呼叫某一地址的从机。该地址的从机则回送回答信号EOT。

　　3.2.3命令发送：上位机收到EOT应答后，开始向从机发送命令，SOH、ADDR、STX、BLOCK、ETX、BCC、ENQ。从机回答NAK，表示从机数据接收不正确，主机重发命令，若主机连发三次命令都收到NAK回答，示通讯故障，退出通讯。若从机回答ACK，示从机命令接收正确。

　　3.2.4数据接收：主机收到肯定回答ACK后，发送SOH、ADDR、POL、ENQ，然后接收从机的回送数据。从机回答 SOH、ADDR、STX、BLOCK、 ETX、BCC。主机若正确接收从机回送数据则发ACK后结束本次通讯。若主机接收数据不正确则回答NAK，从机重发回送数据，若连发三次均收到NAK，表示通讯故障，退出通讯。

　　参数含义说明： e —— 重量值的阶码（0. W W W W W × 10e ）

　　m = 2 称量处于稳定状态。

　　4.举例说明

　　以下说明都设置XK3115地址为1即ASCⅡ码A（41H），发送数据为ASCⅡ码。数字以十六进制表示。显示器显示100.0kg，称量处于稳定状态：

　　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、有益效果及推广应用

　　在矫直辊平直度检测系统研发成功之前，太钢矫直辊水平度调整的方式，大多采用直接长度测量，即以某基准面为准，测量辊道接触面至该基准面的距离是否相等，从而判断辊道整体是否水平。但这种水平调整对基准面的要求较高，且只是从外观上保证水平，不能在压力辊接触变形后仍保证辊道整体水平。

　　对于同一材质的金属其变形与产生的力值成一定的函数关系，因此可将水平调整的测距问题转化为测力，即通过检测压力辊变形后产生了力值间接反映变形程度的大小，从而指示辊道水平调整的状态。

　　平直度检测系统已成功推广应用于普碳钢、各系不锈钢材质的带钢横切矫直工艺中，可提高工作效率和操作的准确性，大幅提高成材率，产生很大的经济效益。本系统正在申请国家专利。