專利名稱：冷軋機(jī)電動壓下的自動厚度控制儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬軋制的控制或操縱裝置，尤其涉及冷軋機(jī)電動壓下的自動厚度控制裝置。
近年來，隨著材料工業(yè)的發(fā)展，對帶材的質(zhì)量提出了更高的要求，而我國大多數(shù)冷軋機(jī)仍采用電動壓下，由操作工人用千分表或測厚儀測量軋制的帶材厚度，然后根據(jù)測量的結(jié)果，調(diào)整冷軋機(jī)的軋輥輥縫。這樣不但操作人員增加了勞動強(qiáng)度，而且軋制的帶材的厚度均勻程度不易得到保證。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種操作方便、安全可靠的冷軋機(jī)電動壓下的自動厚度控制儀，本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種具有可調(diào)補(bǔ)償單元的自動厚度控制儀。
本發(fā)明所述的自動厚度控制儀包括，厚度偏差限設(shè)定單元，用于把測厚儀輸出的厚度偏差數(shù)據(jù)與所述的厚度偏差限設(shè)定單元所設(shè)定的厚度偏差限進(jìn)行比較的比較單元，依據(jù)所述比較單元的比較結(jié)果控制電動壓下系統(tǒng)壓下或抬升的控制單元，采樣單元和驅(qū)動單元?？刂苾x還可包括可調(diào)補(bǔ)償單元和報警單元。
本發(fā)明所述的控制儀由于能對冷軋機(jī)作閉環(huán)控制因而能節(jié)省人力，提高軋制帶材的精度，此外可調(diào)補(bǔ)償單元能避免超調(diào)，從而得到最佳控制。


圖1是具有本發(fā)明所述自動厚度控制儀的冷軋機(jī)系統(tǒng)組成框圖。
圖2是用于說明可調(diào)補(bǔ)償單元作用的曲線圖。
圖3是本發(fā)明所述自動厚度控制儀的組成框圖。
圖4是本發(fā)明一個實(shí)施例的詳細(xì)框圖。
圖5是圖4所示控制單元的一個實(shí)施例的電路圖。
圖6是自動厚度控制儀的面板示意圖。
下面結(jié)合附圖敘述本發(fā)明的最佳實(shí)施例，通過敘述，本發(fā)明的種種優(yōu)點(diǎn)將變得更為清楚，附圖中相同的標(biāo)號表示同樣的元部件。
圖1是具有本發(fā)明所述控制儀的冷軋機(jī)組成框圖，參見圖1，2是冷軋機(jī)，它包括工作輥7a、7b，支撐輥8a、8b，和電動壓下系統(tǒng)9。帶材5經(jīng)工作輥7a、7b的輥縫時被軋制，軋制后的帶材由卷取機(jī)3卷成卷，為了測量軋制帶材的厚度，在離輥縫1處設(shè)置一測厚儀4，該測厚儀測得的帶材厚度偏差數(shù)據(jù)送到控制儀1，控制儀根據(jù)測得的帶材厚度偏差數(shù)據(jù)控制電動壓下系統(tǒng)9，使該壓下系統(tǒng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動并帶動絲桿調(diào)節(jié)工作輥7a、7b的輥縫，從而調(diào)整了軋制帶材的厚度。此外控制儀還可根據(jù)測厚儀4送出的“有帶”判別信號及冷軋機(jī)傳動系統(tǒng)送出的速度信號、張力信號和開車(或升速)信號進(jìn)行控制。
圖2是用于說明可調(diào)補(bǔ)償單元作用的曲線圖，參見圖2，縱坐標(biāo)△H是帶材的厚度偏差，即帶材厚度與帶材設(shè)定厚度的差，橫坐標(biāo)t是時間軸，假設(shè)t＝0時控制儀起控，因這時帶材厚度偏差為OR大于設(shè)定的厚度偏差上限值Gh，故控制儀控制電動壓下系統(tǒng)壓下，此時軋輥中帶材厚度沿直線RVU減小，該直線斜率與帶材軟硬特性、坯料厚度、帶材張力、軋件變形阻力等有關(guān)。由于軋輥與測厚儀測量點(diǎn)相距1，因此測厚儀處的帶材厚度延時tl時間沿直線SWT減小，當(dāng)該直線到達(dá)T點(diǎn)時，即測厚儀測得的帶材厚度偏差等于設(shè)定的厚度偏差上限值Gh，此時控制儀使壓下停止，壓下時間為tG，但此時軋輥中帶材厚度偏差為OU，比設(shè)定的厚度偏差下限值G1低，即出現(xiàn)帶材偏薄的超調(diào)量Z，距離1越大則超調(diào)量也越大。為解決此問題，引入可調(diào)補(bǔ)償單元，使t＝0時，在電動壓下系統(tǒng)壓下的同時上限設(shè)定值Gh沿直線Ghy上升，則當(dāng)該直線與直線SW交于X點(diǎn)時，控制儀即使壓下停止，這樣壓下時間縮短為tC，而壓下結(jié)束時軋輥中帶材厚度偏差為OV，已接近設(shè)定上限值Gh，OV與Gh的差可在下次控制壓下時消除，由此可見在引入可調(diào)補(bǔ)償單元后，只要調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)脑O(shè)定厚度偏差限變化率則可以減小壓下系統(tǒng)壓下時間，消除超調(diào)量。若帶材起始厚度偏差小于G1，與上述相似，引入可調(diào)補(bǔ)償單元也可起到同樣功用。
圖3是本發(fā)明所述自動厚度控制儀的組成框圖，參見圖3，采樣單元24產(chǎn)生等間隔的采樣脈沖，在該脈沖產(chǎn)生時，控制單元26根據(jù)比較單元18的比較結(jié)果，通過驅(qū)動單元28使電動壓下系統(tǒng)壓下或抬起，由于控制儀控制對象是電動壓下系統(tǒng)中的電動機(jī)，因?yàn)殡妱訖C(jī)動作慣性大，控制精度低，因此這種控制不能像對液壓系統(tǒng)控制那樣用控制脈沖去進(jìn)行控制，而必須控制較長時間，因此控制單元26中包括最小動作時間保證單元40，以確保電動機(jī)帶動的絲桿真正旋轉(zhuǎn)。比較單元18包括上限比較單元20和下限比較單元22，它們分別比較由測厚儀輸入的帶材厚度偏差數(shù)據(jù)△H和厚度偏差上限設(shè)定單元14及厚度偏差下限設(shè)定單元16所設(shè)定的上、下偏差限。厚度偏差上限設(shè)定單元14和厚度偏差下限設(shè)定單元16組成厚度偏差設(shè)定單元12?？烧{(diào)補(bǔ)償單元30在控制單元26控制下，在每次電動壓下系統(tǒng)壓下或抬起時，使厚度偏差限設(shè)定單元12的設(shè)定偏差限以預(yù)調(diào)的斜率變化，從而完成上述補(bǔ)償功能。報警單元32包括次限報警單元34和量限報警單元36。當(dāng)電動壓下系統(tǒng)連續(xù)壓下或抬起次數(shù)超過預(yù)定值時，次限報警單元34報警，而當(dāng)電動壓下系統(tǒng)壓下或抬起量(時間)積累超過預(yù)定值時，量限報警單元36報警。產(chǎn)生這兩種報警情況可能是由于輸入冷軋機(jī)的帶材質(zhì)量差、測厚儀故障或控制儀失效引起的，報警時，一方面使控制儀停控，另一方面用指示燈指示失常。
圖4是本發(fā)明一個實(shí)施例的詳細(xì)框圖。參見圖4，比較單元18的上限比較單元20由數(shù)字比較器61-64組成，比較單元18的下限比較單元22由數(shù)字比較器65-68組成，如上所述比較單元18用于比較測厚儀輸入的帶材厚度偏差數(shù)據(jù)和厚度偏差限設(shè)定單元12設(shè)定的厚度偏差限，比較器61-68可以采用例如CD4585型四位數(shù)字比較器。厚度偏差限設(shè)定單元12的厚度偏差上限設(shè)定單元14包括計(jì)數(shù)器51-54，厚度偏差限設(shè)定單元12的厚度偏差下限設(shè)定單元16包括計(jì)數(shù)器55-58，上、下限設(shè)定單元分別通過撥盤開關(guān)KA-KD和KE-KH進(jìn)行預(yù)置設(shè)定，計(jì)數(shù)器51-58可以采用例如CD4510型BCD碼計(jì)數(shù)器。采樣單元24包括壓控振蕩器71、計(jì)數(shù)器72、譯碼器73、發(fā)光二極管顯示器74和門電路75。計(jì)數(shù)器72由撥盤開關(guān)KI預(yù)置，采用壓控振蕩器是便于用測速電機(jī)的電壓信號來控制其振蕩頻率以便根據(jù)帶速改變采樣率，在帶速不能調(diào)節(jié)的情況下可以用固定頻率的振蕩器代替壓控振蕩器。壓控振蕩器71的振蕩信號經(jīng)門75輸給計(jì)數(shù)器72，計(jì)數(shù)器72的計(jì)數(shù)值通過譯碼器73由發(fā)光二極管顯示器74顯示，壓控振蕩器71例如采用CD4046型鎖相器組成，計(jì)數(shù)器72例如采用CD4510型BCD碼計(jì)數(shù)器?？刂茊卧?6例如由門電路、D觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)電路組成?？烧{(diào)補(bǔ)償單元30由可控振蕩器組成，其振蕩頻率可調(diào)，例如可采用由施密特觸發(fā)器和與非門組成的可控多諧振蕩器構(gòu)成該單元。驅(qū)動單元28包括功放單元78，固態(tài)繼電器單元79和繼電器J1、J2。由開關(guān)KP選擇繼電器(有觸點(diǎn))或固態(tài)繼電器(無觸點(diǎn))輸出。功放單元例如采用5G1413驅(qū)動器。報警單元32的次限報警單元34包括計(jì)數(shù)器81、82，譯碼器86、87和發(fā)光二極管顯示器91、92。計(jì)數(shù)器81用于記錄電動壓下系統(tǒng)的壓下次數(shù)，其報警次數(shù)限由撥盤開關(guān)KJ設(shè)定，其計(jì)數(shù)值經(jīng)譯碼器86由發(fā)光二極管顯示器91顯示。計(jì)數(shù)器82用于記錄電動壓下系統(tǒng)的抬升次數(shù)，其報警次數(shù)由撥盤開關(guān)KK設(shè)定，其計(jì)數(shù)值經(jīng)譯碼器87由發(fā)光二極管顯示器92顯示。量限報警單元36包括計(jì)數(shù)器83、84，譯碼器88、89，發(fā)光二極管顯示器93、94和可控振蕩器85?？煽卣袷幤?5例如可由施密特觸發(fā)器和與非門組成的多諧振蕩器構(gòu)成。計(jì)數(shù)器81、82例如各采用CD4510型BCD碼計(jì)數(shù)器和CD4028型BCD-十進(jìn)制譯碼器件組成、83-84可以采用例如CD4510型BCD碼計(jì)數(shù)器。譯碼器73、86-89可以采用例如CD4511型譯碼器。來自測厚儀的信號與來自軋機(jī)傳動系統(tǒng)的信號均通過光電隔離單元38輸入，以便提高抗干擾性，光電隔離單元例如采用ISQ5型光電隔離器組成。
圖5是圖4所示控制單元的一個實(shí)施例的電路圖，現(xiàn)參照圖4、圖5敘述控制儀的工作過程。
初始狀態(tài)當(dāng)測厚儀的“有帶”信號或來自軋機(jī)傳動系統(tǒng)的張力或升速信號無輸出時，則E1或E2或E3點(diǎn)為“0”，故控制儀g點(diǎn)為“1”，因而與非門112兩輸入端均為高電位，故a點(diǎn)為“0”，a點(diǎn)為“0”，又使b點(diǎn)也為“0”。由于a點(diǎn)為“0”，則M點(diǎn)為“0”，故采樣單元24的門75被封鎖，計(jì)數(shù)器72無輸入脈沖;G＝“1”，計(jì)數(shù)器81、82被清零，而計(jì)數(shù)器83、84被置成50，即置成量限的中間值。b點(diǎn)為“0”，則與非門140、141被封鎖，e、d點(diǎn)均為“1”，故K、L點(diǎn)均為“0”，繼電器J1、J2或固態(tài)繼電器單元79不接通，電動壓下系統(tǒng)不動作，控制器處于?？貭顟B(tài)。同時，因D點(diǎn)為“0”，作為可調(diào)補(bǔ)償單元30的振蕩器停振，由于C、F點(diǎn)為“1”，撥盤開關(guān)KA-KD設(shè)定的厚度偏差上限設(shè)定值置入厚度偏差上限設(shè)定單元14的計(jì)數(shù)器51-54，撥盤開關(guān)KE-KH設(shè)定的厚度偏差下限設(shè)定值置入厚度偏差下限設(shè)定單元16的計(jì)數(shù)器55-58。
當(dāng)來自測厚儀的“有帶”信號及來自軋機(jī)傳動系統(tǒng)的張力信號和升速信號均有輸出時，E1、E2、E3均為“1”，控制儀的g點(diǎn)為“0”，此時若按啟動按鈕AN1則a點(diǎn)為“1”，控制儀起控。用“有帶”、張力和升速信號作為控制儀起控條件可以使控制可靠、及時，為了方便起見或當(dāng)無張力信號測試設(shè)備時也可使E2、E3為“1”，只用判別“有帶”信號來控制。由于a點(diǎn)為“1”，故M點(diǎn)為“1”，采樣單元24的壓控振蕩器71的振蕩信號經(jīng)門75輸給計(jì)數(shù)器72做減計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器72計(jì)至零時，即已達(dá)到預(yù)置的采樣間隔時，計(jì)數(shù)器72輸出端A點(diǎn)輸出負(fù)脈沖，該負(fù)脈沖經(jīng)與非門116使b點(diǎn)變“1”。當(dāng)b點(diǎn)為“1”時則B點(diǎn)為“1”，采樣單元24的計(jì)數(shù)器72置成由撥盤開關(guān)KI所預(yù)置的采樣間隔時間且該計(jì)數(shù)器停在置數(shù)狀態(tài);b點(diǎn)為“1”，故與非門140、141打開，此時若測厚儀經(jīng)光電隔離單元38輸入控制儀比較單元18的厚度偏差值△H超過預(yù)置的厚度偏差上限設(shè)定值，則符號位輸入J為“1”，門122被封鎖，而門121開啟，上限比較單元20的比較結(jié)果使I為“1”，因而門121輸出端為“0”，故控制單元e點(diǎn)為“0”而d點(diǎn)為“1”，同時K為“1”，經(jīng)功放78使繼電器J1或固態(tài)繼電器單元79動作，從而觸點(diǎn)J1或固態(tài)繼電器相應(yīng)接點(diǎn)接通，通過交流接觸器(未圖示)使壓下控制系統(tǒng)壓下。最小動作時間保證單元40由單穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成，例如采用CD4528片子，當(dāng)控制單元e點(diǎn)為“0”時，該單元和門142相連的輸出端產(chǎn)生一預(yù)定寬度的負(fù)脈沖，以保證電動壓下系統(tǒng)至少動作這段時間，由于控制儀的控制對象是慣性大的電動機(jī)，為了保證電動機(jī)帶動絲桿真正動起來，設(shè)置該單元是必要的，它輸出負(fù)脈沖的時間根據(jù)冷軋機(jī)的情況進(jìn)行調(diào)整，例如調(diào)整為0.5秒。在打開門140、141的同時，由于D點(diǎn)為“1”，故可調(diào)補(bǔ)償單元30起振，它產(chǎn)生的脈沖使計(jì)數(shù)器51-54做加計(jì)數(shù)，也即使設(shè)定的厚度偏差上限自動增加，以實(shí)現(xiàn)上述的補(bǔ)償功能，當(dāng)△H與厚度偏差上限相等時，I點(diǎn)為“0”，則控制單元e點(diǎn)為“1”，若這時作為最小動作時間保證單元40的單穩(wěn)電路已恢復(fù)初態(tài)，則K點(diǎn)為“0”，繼電器J1或固態(tài)繼電器單元79的相應(yīng)接點(diǎn)釋放，電動壓下系統(tǒng)壓下停止。在I點(diǎn)變“0”時，經(jīng)一系列與非門，D觸發(fā)器160CP端由“0”變?yōu)椤?”，故其Q端為“0”，從而b點(diǎn)回復(fù)為“0”，B點(diǎn)也為“0”，故采樣計(jì)數(shù)器72允許計(jì)數(shù)，它仍然對壓控振蕩器71的振蕩信號作減計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器72計(jì)至零時，重新開始上述的采樣過程。在實(shí)際使用時，如帶速不能調(diào)節(jié)則可以使壓控振蕩器71電壓控制端接固定電壓，從而使之成為固定頻率的振蕩器，該振蕩器的頻率例如選用10Hz。
若采樣時刻到來時，△H小于預(yù)置的厚度偏差下限值，則動作過程與上述相似，只是這時符號位輸入使J點(diǎn)為“0”，而H點(diǎn)為“1”，故門121封鎖而門122打開，d點(diǎn)為“0”，L點(diǎn)為“1”，所以繼電器觸點(diǎn)J2或固態(tài)繼電器單元79另一組接點(diǎn)接通，電動壓下系統(tǒng)抬起，可調(diào)補(bǔ)償單元30的脈沖信號使預(yù)置的厚度偏差下限下降，當(dāng)△H與該厚度偏差下限值相等時，H點(diǎn)為“0”，電動壓下系統(tǒng)抬升停止。若在采樣時刻△H在預(yù)置的厚度偏差上限與下限之間，則由于I和H點(diǎn)均為“0”，故電動壓下系統(tǒng)不動作。因而控制儀能自動控制使冷軋機(jī)軋制的帶材保持在預(yù)置厚度偏差之內(nèi)?？烧{(diào)補(bǔ)償單元30的振蕩頻率可調(diào)，由操作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)以達(dá)到最佳補(bǔ)償效果。
在K點(diǎn)“1”使電動壓下系統(tǒng)壓下時，次限報警單元34的計(jì)數(shù)器81計(jì)一次數(shù)，而計(jì)數(shù)器82置成“0”，并使可控振蕩器85起振，量限報警單元36的計(jì)數(shù)器83、84對可控振蕩器85的振蕩信號作加計(jì)數(shù)。而在L點(diǎn)為“1”使電動壓下系統(tǒng)抬起時，次限報警單元34的計(jì)數(shù)器82計(jì)數(shù)而使計(jì)數(shù)器81置成“0”，并使可控振蕩器85起振，量限報警單元36的計(jì)數(shù)器83、84對可控振蕩器85的振蕩信號作減計(jì)數(shù)。
若次限報警單元34的計(jì)數(shù)器81所計(jì)的連續(xù)壓下次數(shù)等于由撥盤開關(guān)KJ所置的報警次數(shù)時O點(diǎn)輸出為“1”;同樣若次限報警單元34的計(jì)數(shù)器82所計(jì)的連續(xù)抬升次數(shù)等于由撥盤開關(guān)KK所置的報警次數(shù)時，P點(diǎn)輸出為“1”;若量限報警單元36的計(jì)數(shù)器83、84所計(jì)的量限為0或100時，則Q點(diǎn)輸出負(fù)脈沖，通過調(diào)節(jié)可控振蕩器85的頻率，可以調(diào)節(jié)報警量限代表的時間，例如調(diào)整為1-30秒。當(dāng)上述任一條件成立時，則經(jīng)一系列與非門使a點(diǎn)回復(fù)為“0”，b點(diǎn)也為“0”，控制儀停控，同時相應(yīng)的報警指示燈(未圖示)點(diǎn)亮。報警時排除故障源后按AN1可重新啟動。在工作過程中如需停止控制可把開關(guān)KS合上，則可使a點(diǎn)無條件為“0”，使控制儀?？?。
與控制儀配合使用的測厚儀對控制精度有直接影響，要選用精度高的測厚儀，該測厚儀能輸出厚度偏差的數(shù)字代碼信號。
圖6是控制儀的面板示意圖，KA-KD、KE-KH，分別為厚度偏差上、下限預(yù)置撥盤開關(guān);KJ、KK、KI分別為壓下報警次數(shù)，抬升報警次數(shù)預(yù)置撥盤開關(guān)和采樣時間預(yù)置撥盤開關(guān)，采樣時間從0.5秒至9秒可調(diào);KS為控制開關(guān)，KS打到ON時控制儀可以工作，KS打到OFF時則控制儀?？?AN1為啟動按鈕;170為電源按鈕開關(guān)(未圖示);91、92分別為壓下次數(shù)及抬升次數(shù)顯示器;74為采樣次數(shù)顯示器;171、172、173分別為控制儀工作、次限溢出和控制量溢出指示燈(均未圖示);93、94為控制量顯示器;180為控制量調(diào)整電位器(未圖示)旋鈕，用于調(diào)節(jié)可調(diào)補(bǔ)償單元30的振蕩器頻率。
上述控制儀在滬江銅廠的ψ100/300×420mm精軋機(jī)上試用。經(jīng)控制儀控制后軋制的帶材，軋制厚度小于0.5mm的帶材，厚度偏差小于±0.015mm，軋制厚度為0.5-0.8mm的帶材，厚度偏差小于±0.025mm，顯示了控制儀良好的控制效果。
權(quán)利要求
1.一種用于冷軋機(jī)電動壓下的測厚儀型的自動厚度控制儀，其特征在于包括，厚度偏差限設(shè)定單元12，用于把所述測厚儀輸出的厚度偏差與所述的厚度偏差限設(shè)定單元所設(shè)定的厚度偏差限進(jìn)行比較的比較單元18，用于產(chǎn)生采樣脈沖的采樣單元24，依據(jù)所述比較單元18的比較結(jié)果控制電動壓下系統(tǒng)壓下或抬升的控制單元26和用于驅(qū)動電動壓下系統(tǒng)的驅(qū)動單元28。
2.如權(quán)利要求1所述的控制儀，其特征在于，所述的控制單元包括由單穩(wěn)態(tài)電路組成的最小動作時間保證單元40。
3.如權(quán)利要求1所述的控制儀，其特征在于，該控制儀還包括在電動壓下系統(tǒng)受控動作期間可以調(diào)節(jié)所述厚度偏差限設(shè)定單元12的上、下厚度偏差限變化斜率的可調(diào)補(bǔ)償單元30。
4.如權(quán)利要求3所述的控制儀，其特征在于，所述的可調(diào)補(bǔ)償單元30由可控振蕩器組成。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的控制儀，其特征在于，所述的控制儀還包括報警單元32。
6.如權(quán)利要求5所述的控制儀，其特征在于，所述的報警單元包括對電動壓下系統(tǒng)連續(xù)壓下或連續(xù)抬升次數(shù)超過預(yù)置值時報警的次限報警單元34和/或?qū)﹄妱訅合孪到y(tǒng)控制時間超過預(yù)定值報警的量限報警單元36。
全文摘要
一種用于冷軋機(jī)電動壓下的測厚儀型的自動厚度控制儀，包括厚度偏差限設(shè)定單元、比較單元、采樣單元、控制單元、驅(qū)動單元?？梢詫滠垯C(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制，從而節(jié)省人力，提高軋制帶材厚度均勻度。此外，本控制儀還設(shè)有可調(diào)補(bǔ)償單元和報警單元，從而使控制過程更為快速及使用更為方便。
文檔編號G05D5/02GK1050272SQ8910721
公開日1991年3月27日 申請日期1989年9月16日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月16日
發(fā)明者吳流淦, 顧小念 申請人:上海滬江銅廠