《毕业设计论文PIC单片机实现的轧机厚度测量系统的硬件设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文PIC单片机实现的轧机厚度测量系统的硬件设计（74页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、兰州理工大学毕业设计说明书第一章 绪 论1.1轧机工作的介绍1.1.1 冶金自动化的发展自本世纪60年代冶金自动化装备问世以来，取得了极其迅猛的发展。特别是80年代种类繁多的PLC和DCS的出现，冶金自动化装备的可靠性和实时性，可操作性和可维护性都得到极大的改善。方便的软件编制和友好的人机界面，不断提高的性能价格比使冶金自动化装备技术得到极快的推广和使用。 从单元控制装置、单体设备自动化到全线的自动化系统和全厂全公司的生产管理控制系统遍布冶金工业的各个工艺流程。冶金自动化装备技术的发展与应用推广，使冶金产品的质量和冶金生产线的作业率获得极大的提高，新产品、新工艺的开发周期大为缩短，获得了极其显
2、著的经济效益。在我国冶金工业产量已基本满足需要，现阶段主要是增加品种和改善质量的发展期，冶金自动化就因此变得更为重要，并且提出了更高要求。我国冶金自动化行业也从普及发展阶段进入提高阶段，要加快适应于冶金自动化需求的软硬件产品的开发，着力发展具有自主产权的产品和以成套工程应用技术为主的高技术产业，减少对国外技术的依赖性。自90年代以来，随着电子技术、计算机技术、电力电子技术和检测技术的不断发展和普及，冶金工艺和自动化更加密切的结合，冶金自动化装备技术必将得到进一步的发展和提高。本世纪末和下世纪初在自动控制理论和方法方面主要的发展方向是人工智能技术的应用。人工智能技术主要是神经元网络、模糊控制、专
3、家系统及与其相结合的智能控制系统，近年来已在冶金自动化中得到了多方面的应用。仅日本应用的实例就超过百件，德国Krupp Hoesch钢铁公司的Westfaien钢厂应用神经元网络改进数学模型，取得了明显的经济效益，尺寸偏差减少12%。如在轧制过程自动化方面，传统的轧制过程数学模型是以轧制力为中心，以一组数学物理方程描述轧制过程。轧制工况是多样化的，影响轧件质量的因素众多，并且有些工况参数不能直接地或连续地检测，具有边界约束条件的数学物理方程虽然对轧制过程有一个相当近似的描述，但还不能完整精确地表达轧制过程，存在着固有的误差。采用人工智能技术如人工神经元网络，通过采集实测数据来观察工艺过程，积累
4、经验，并且将以前只有人才能掌握的经验融入计算过程，就能弥补常规数学模型的不足，它的学习功能不断适应设备的实时状态。单纯采用以人工智能技术为基础的数学模型有点像魔术师的黑盒子，采用人工智能同传统数学模型相结合的组合模型侧重于工艺过程内的各种分析关系式，易于操作者和工艺技术人员接受和使用。来自常规数学模型中先前的经验不是丢弃，而是通过算法模型和神经元网络之间的协作关系全部并入组合模型之中，通过这种方法使设定精度得到了提高。在厚板质量工程设计中，以订单为基础制定轧制过程中生产工艺和工艺参数的专家系统，轧机液压下故障在线实时诊断的专家系统，连轧机组负荷分配的专家系统都得到了应用。采用模糊逻辑对于实测数
5、据进行评价和判断，对于传感器的状态进行在线实时诊断都取得了良好的效果，人工神经元网络还应用于轧件板形识别，多辊轧机的板形控制等。在焦化、烧结、炼铁、炼钢各个工艺流程同轧制过程相比，物理化学的变化更为复杂。连续有效的直接过程检测仪表也不如轧制过程的检测齐全。因此，在冶炼过程控制数学模型方面还远达不到板带轧制过程数学模型的精度。在这些工艺流程方面应用人工智能技术更加迫切和必要。 世界冶金行业的生产管理计算机系统大多数采用主机集中式系统并配以先进的生产管理水平，在系统集成、应用结构设计、开发方法、人机界面、通信、系统维护等方面都有较高的计算机应用水平。另外，系统采用模块化、结构化设计，伸缩性好。因此
6、，冶金行业自动化技术的应用和发展都具有良好的前景。1.1.2 轧机工作的作业组成单机架轧机，可进行多次钢带可逆轧制。它是由主传动，压下装置，前后夹送辊及左右卷取机等组成。如图1-1。图1-1轧机系统的组成轧制前后启动压下装置电机提升轧辊，使轧辊辊缝有一定开度。将轧卷坯料装在开卷机上。启动开卷机将钢带通过轧辊喂入卷取机上，并将钢带拉紧，产生一定拉力，即静张力。开动下压电机将轧辊压下一定的下压量。开动主轧机同时，发出补偿信号给左右卷取机。卷取机正转，开卷机反转并与主传动保持同步，保持恒张力轧制。此时，卷取机工作在电动状态，开卷机工作在制动状态。当带钢尾端离开开卷机后主传动降速到喂料速度。带钢尾端离
7、开轧辊后卷取机及前部夹送辊就在很短时间内停止，便于下一道轧制。1.1.3 轧机测控系统的组成由于轧机系统结构与功能比较复杂，而且要求高精度与高可靠性，所以故障诊断较困难。要对轧机进行故障诊断，首先应从分析轧机系统的基本结构、系统功能及系统之间的联系入手，然后了解轧机系统故障类型、故障现象及影响因素，以便查找故障原因和故障源。新型轧机系统是一个大型复杂系统，如薄轧主要有三大部分组成:连铸机、轧机、卷取机，另外还有传送、冷却等其他辅助系统。每一部分又由许多小系统组成，如轧机中的AGC, CVC,弯辊，活套等设备。每个设备有不同功能，它们之间又有相互联系。轧机生产功能如控制厚度、控制板形等，主要由几
8、个F机架控制。以下介绍F机架的组成。F机架液压控制与传动系统主要由AGC系统、CVC系统、弯辊系统、活套系统等组成。坯料被传送到工作棍，在高速电动机的带动下使其变形、变薄。AGC, CVC, BR, LOOPER等控制系统确保轧件的厚度、精度、控制板形及平直度等。AGC系统(Hydraulic Automatic Gauge Control)介绍如下：1功能:AGC是液压厚度自动控制系统，与液压压下装置一起实现对轧件厚度的控制。2工作原理:根据实际测量的轧制力与设定轧制力的偏差，通过伺服阀来控制液压压下油缸的进油量，实现辊缝的调节，从而实现轧件厚度的控制。3优点:响应速度快、调整精度高、可靠性
9、高等。CVC系统(Continuously Variable Crown)介绍如下：1.功能:CVC是连续可变凸度控制系统，与弯辊系统一起作用，用于控制板形与平直度 。2.工作原理:其上、下工作辊可以沿轴向按相反的方向轴向移动，因为工作辊采用S形辊形，所以当轴向移动时，可以连续改变辊缝凸度，相当于改变了轧辊的凸度。轧件越宽，对应的凸度量越大。3.优点:具有较宽较灵活的凸度调节范围、板形控制能力强。4 影响因素:在轧制过程中，CVC液压控制系统为了使工作辊保持不动，CVC油缸承受了各种力和力矩瞬时的变化。受到各种因素的影响使CVC油缸有可能发生窜动。如轧制力变化、弯辊力变化、轧件厚度不均匀、作用
10、力不平衡等。弯辊WRB系统介绍如下：1.功能:WRB即Working Roll Bending，其功能为纠正轧件的板型偏差来实现板形控制。2.工作原理:在轧制过程中，通过弯辊的液压缸对工作辊的轴承座施以控制力，使工作辊弯曲变形，以消除板型偏差。3.优点:对板型控制响应快、有效性高等优点。4.影响因素:液压控制系统的性能和精度影响WRB的控制精度和可靠性。1.1.4 板形概念的引入轧制过程实质上是金属在轧辊的作用下发生塑性变形的过程，一定断面形状的坯料经过轧制发生明显的纵向延伸和一定的横向流动，最终成为一定尺寸的成品。板带轧制对轧制变形过程有一个主要的要求，既沿板带宽度各部分有均匀的纵向延伸。假
11、设将板带分割成若干纵向板条，当轧辊沿横向的压下量分布不均时，各窄条就会相应地发生纵向延伸不均，这样相邻的带材之间产生伸长差， 由于板带实际上是一个整体，必然会同时影响到相邻窄条的变形，这样各个窄条之间必定互相牵制，互相影响。延伸大的部位牵拉延伸小的部位，使其产生拉应力，反之延伸小的部位阻止延伸大的部位伸长，使延伸大的部位产生压应力，当压应力达到某个值时，板带失稳发生应变，便产生了板形缺陷。为了说明这种金属纵向变形不均的程度，引入了板形的概念。所谓板形，直观上讲，指横向各部位是否产生波浪和瓢曲，它决定于延伸率沿宽度方向是否相等，就其实质而言是指带材内部残余应力的分布是否不均。根据带材中残余内应力
12、的大小，可以把板形不良分为“表观的”板形不良和“潜在的”板形不良。如果该内应力足够大，以至于引起板带翘曲，则称为“表观的”板形不良；如果这个内应力存在，但不至于引起板带翘曲，则称为“潜在的”板形不良。“表观的”板形不良和“潜在的”板形不良与板带的环境条件有关，在一定条件下两者可以相互转化。如带钢在张力作用下冷轧有时并未发生翘曲，去除张力后，发生明显的翘曲，就体现了“潜在的”板形不良转化为“表观的”板形不良。板带沿横向的延伸率不同，则横向产生的残余内应力也不同，产生的板形缺陷也就不相同。如果一边的延伸率大于另一边的延伸率，则产生横向延伸率小的一边将会发生侧弯。如果中部的延伸率大于两边，则产生中间
13、波浪和瓢曲。相反如果两边的延伸率大于中部的延伸率，则产生对称的双边浪。此外还可能产生四分之一波浪、中边复合浪等板形缺陷。不同的板形缺陷要采用不同的控制系统校正，如侧弯采用倾辊系统校正，对称的边浪和中间浪可以通过调节辊形来控制，而单边浪必须通过调整左右压下装置才能消除。为了衡量板形的好坏，实现板形的在线自动控制，就要对板形进行定量描述。人们依据不同的研究角度及不同的板形控制思想采取了不同的表示方式。其中取板带横向上不同点的相对长度差来表示板形，这种方法直观、简单，因此许多国家和工作者都采用相对长度差这种方法来表示板形。板形标准曲线也称板形目标曲线或板形参考曲线，以它作为板形控制的目标，使轧制得到
14、所要求板形精度的带材。板形标准曲线，实质就是轧后带材内部残余应力沿宽度方向的分布曲线，它代表轧后带材的板形状况。因此，通过设定板形标准曲线，就可以得到具有期望板形特征的带材。用可供设定、修改和选择的板形标准曲线作为板形控制的目标，而不仅仅将其局限于满足轧后实测张应力均匀分布这一条件的板形控制，实际上就是将实测张应力分布偏差曲线(即残余应力分布曲线)控制到板形标准曲线上来，使得板形控制具有更大的灵活性，这样对板形理论研究和生产实践都具有重要意义。板形控制系统在计算机中可存储若干条板形标准曲线，这些曲线分别有各自的编号，操作人员可以根据控制的需要，选择不同的板形标准曲线。原则上人们可以设定任意形式
15、的板形标准曲线，但实际上为取得更好的控制效果以及控制起来更容易，板形标准曲线一般要与轧机所具有的板形控制手段对应起来。1.1.5 板形检测装置基本原理的介绍由于板形本身受到许多因素的影响，板形缺陷又有各种复杂的表现形式，这就给板形精确检测带来了困难。特别在实行张力轧制时，由于张力的作用，通常会将某些板形缺陷掩盖起来，揭露这些潜在的板形缺陷是比较棘手的问题。尽管如此，由于实际生产的迫切需要和板形改善所带来的巨大经济效益，各国都开展了板形检测装置的研制。目前己经研制出多种形式的板形检测装置，多数已经用于生产实践中，并取得良好的效益。板形检测装置结构形式繁多，工作原理也各不相同，但按板带和板形检测装
16、置的关系划分，大致可分为接触式和非接触式两大类。下面简单介绍一下目前比较常用的几种板形检测装置的基本原理。1.测辊BFI检测辊是由德国钢铁工艺研究所(BFI)研制的一种张力分段板形检测装置，它利用的是压电效应原理。某些电介质如(石英)，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态的现象，称之为“压电效应”。由这种电介质制成的力传感器就是压电式传感器。BFI辊的板形检测，就是通过测量每段上的压电式传感器的输出电荷量来获得作用在每段检测辊上的负载力，进而得到带材的张力，以达到检测板形的目的。它的优点在于便于装拆和维护检修、输出较大、通道少、用滑环少、测量精度高，但它的信号处理比较麻烦。2.分段式ASEA检测辊这种板形检测装置首先由加拿大铝公司(ALCAN)和瑞典电气公司(ASEA)联合研制出来，是最早出现的板形检测装置之一。它利用
