板带轧件前、后滑在线检测系统

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1994.s2.001 第16卷增刊 北京科技大学学报 Vol 16 1994年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.1994 板带轧件前、后滑在线检测系统 陈工)李谋渭)邢宏) 赵良默2) 1)北京科技大学机械工程学院，北京100083 2)东北轻合金加工厂 摘要本文提出一种包括测量装置及微机数据采集处理的检测轧件前、后滑的系统。该系统已成 功地用于生产实践。 关键词板材轧机，板材轧制，检测设备 中图分类号TG332.7.TH824 Study on On-Line Measurement of Forward and Backward Slippage of Plate and Strip during Rolling Chen Gong1 Li Mouwei)Xing Hong Zhao Liangmo2) 1)Mechanical Engineering College.USTB,Beijing 100083,PRC 2)Northeast Light Alloy Fabrication Plant ABSTPACT In this paper,a measurement system,including a measuring instruments and a data acquisition and processing unit has been proposed.This system has been used practically and the satisfactory results have beeen obtained. KEY WORDS plate mills,plate rolling,checkout-equipment 为维持板带轧机的（单机或连轧）正常生产，必须考虑轧件的前、后滑现象，由于受到生 产过程中诸多因素的复杂影响，在假设和简化条件下得到的理论公式很难确定它们之间的实 际值.因而在线实测前、后滑，统计分析处理数据，建立数学模型是一种行之有效的方法， 目前，常用的实测方法有轧辊刻痕法和测速法，前种方法需破坏轧辊，因而不适合在 线检测；后述方法以直接测线速度法最理想，但仪器价格较贵，实用受一定限制.间接测速 法精度稍差，但已可满足工业测试要求.本文所述为间接测速法，由于在线检测受到被测 设备待测点结构空间（安装测量装置），工作环境（温度，湿度，粉尘，振动）等条件限制， 故正确选择测点和测量装置结构型式（包括必要的防护措施）是试验成败的关键， 1试验方法及原理 前、后滑检测系统由模拟检测和数据采集处理两部分组成. 1.1测点的选择 1350铝箔轧机为四辊不可逆轧机.其结构简图如图1所示.图中，1一卷取机；2-前张力 1994-03-01收核 第一作者男39岁工程师

第 卷 增刊 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 川 板带轧件前 、 后 滑在 线检测 系 统 陈 工 ‘， 李谋渭 ’ 邢 宏 ’ 赵 良默 北 京科技 大学 机 械工 程 学 院 ， 北 京 的 东北 轻合金加 工 厂 摘 要 本文提 出一 种包括测量 装置 及微机数据 采集处理 的检测 轧 件前 、 后 滑 的系 统 该系 统 已 成 功地用 于 生 产 实践 关键词 板材轧机 ， 板材 轧制 ， 检 测设备 中图分类号 一 ， 一 即 ‘ 。 夕 尹 压切 司 叨 山 卿 ， ， 仪刃 ， 。 滔 ， ， 】 止肌 吸 岛 币 沈 叱 卜沈 饮伐 且 ， ， 一 叫 正 为 维持板带轧机 的 单 机 或连轧 正 常生产 ， 必 须考 虑轧件 的前 、 后 滑 现 象 由于 受 到 生 产过程 中诸多 因素的复杂影 响 ， 在假设 和 简 化条 件下 得到 的理 论 公 式 很 难 确 定 它 们 之 间的实 际值 因而 在线 实测 前 、 后 滑 ， 统计分析处理 数据 ， 建立 数学模型是一种行之有效的方法 目前 ， 常用 的实测 方 法 有 轧 辊 刻 痕 法 和 测 速 法 前 种 方 法 需 破 坏 轧 辊 ， 因而 不 适 合 在 线检测 后述方 法 以直接测 线速度 法最理 想 ， 但 仪器 价 格较 贵 ， 实用 受 一 定 限 制 间接 测 速 法精度 稍差 ， 但 已 可 满足 工 业 测 试要 求 本 文 所 述 为 间接 测 速 法 由于 在 线 检 测 受 到 被 测 设备待测点结 构空 间 安装测量 装 置 ， 工 作 环 境 温 度 ， 湿 度 ， 粉 尘 ， 振 动 等 条 件 限 制 ， 故 正 确 选 择测 点和 测量 装置结 构 型式 包括 必要 的 防护措施 是试 验成败 的关键 试验方法及原理 前 、 后 滑检 测 系统 由模拟检 测 和 数据采集处理 两部分组 成 测点 的选择 铝箔 轧机 为 四 辊 不 可逆轧机 其结构简图如 图 所示 图中 ， 一 卷取 机 一 前张力 蜒玛 一 一 收稿 第一作者 男 岁 工 程 师 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1994．s2．001

·2· 北京科技大学学报 压辊；3-前张力辊；4-工作辊；5-后张力 辊；6-后张力压辊；7-开卷机.其中3、5 前、后张力辊，靠带材与辊面摩擦力转动 前滑值及后滑值用下述公式表示： S.=(W。-v)/v·100% (1) SH=(V·cosx-VH)/voOSx·100%(2) 式中，S。、S:为前、后滑值；V,V,VH为轧 件出口速度，轧辊线速度及轧件入口速 图1轧机结构简围 度；x为咬人角山 Fig.1 Schematic drawing of the rolling mill structure 由上式可看出，如能测得前张力辊、轧辊、后张力辊转速，则可计算出相应的线速度V。、 V和VH将其代入公式(1)及(2)即可得到实测的前、后滑值· V转速的测点选在轧辊接轴靠齿轮座处，见图2（其测量装置结构同图3）.V、VH转速 的测点选在前、后前力辊颈处，见图3 图2轧辊传动示意图 1-工作辊：2-接轴：3-测量装置；4-齿轮座；5-电机 Fig.2 Schematic drawing of the roll driving system A-A 图3测量装置安装简国 1一张力辊；2-码盘；3-电涡流传感器；4-支架；5-轴承座 Fig3 Schematic drawing of the installation of the measuring uit 12测量装置的结构及原理 根据被测轧机待测位置的空间结构小和受到轧制液一煤油浸泡的特点，作者设计了一 个非接触式转速测量装置.它包括一个剖分式多孔码盘及一个具有防水，耐腐蚀功能的电祸 流传感器，见图3. 根据电祸流原理，凡金属离传感器较近时（与齿对应），有较小电压输出.反之，（与孔 对应)，有较大的电压输出.因此，由脉冲与时间t的关系，可以确定对应的辊子转速，检 测部分拾取这种信号，通过计算机进行数据采集处理

· · 北 京 科 技 大 学 学 报 压辊 一 前 张力 辊 一 工 作 辊 一 后 张 力 辊 一 后 张力压辊 一 开卷机 其 中 、 前 、 后 张力辊 ， 靠带材 与辊 面摩 擦力转动 前 滑值及后 滑值用 下 述公 式表示 一 · · 一 · 式 中 ， 、 为前 、 后 滑 值 ， ， 为 轧 件 出 口 速 度 ， 轧 辊 线 速 度 及 轧 件 人 口 速 度 为咬人角 图 轧机结构简圈 瑰 山曰口 如初昭 血 加肠嗯 扭 劝 比皿℃ 由上 式可看 出 ， 如能测得前 张力 辊 、 轧辊 、 后 张力 辊转速 ， 则可计算出相应的线速度 、 、 和 将其代人公式 及 即可得 到 实测 的前 、 后 滑值 转速 的测 点 选在 轧辊接轴靠齿 轮 座处 ， 见 图 其测量 装置结构 同 图 、 转 速 的测 点选在前 、 后 前力 辊颈处 ， 见 图 刁匕二 图 轧辊传动示 愈图 一 工作辊 一 接轴 一 测 装 一 齿轮座 一 电机 瑰 由曰旧血 翻 例吨 血 动 创帕吧 叮劝图 产 一〕 一 圈 测 装皿安装简图 一 张力辊 一 码盘 一 电涡流传感器 一 支架 一 轴承座 殆 山曰 血 如 吨 血 血如加公扣 奴 班，，砍嗯 而橄 测 装置 的结构及原 理 根 据被测 轧机待测位 置 的空 间结构小 和 受 到 轧 制 液 一 煤油 浸 泡 的 特 点 ， 作 者设计 了一 个非接触式转速测 量装置 它 包括 一个剖分式多孔 码 盘及 一个具有 防水 ， 耐腐蚀 功能 的 电涡 流传感器 ， 见 图 根据电涡流 原理 ， 凡金 属 离传感 器较 近 时 与齿 对应 ， 有 较 小 电 压 输 出 反 之 ， 与孔 对应 ， 有 较大 的 电压输 出 因此 ， 由脉 冲 与 时 间 的 关 系 ， 可 以 确 定 对 应 的 辊 子 转 速 检 测部分拾取这种信号 ， 通 过计算机进行数据采集处理

陈工等：板带轧件前、后滑在线检测系统 ·3· 13计算机数据采集方法 以1350铝箔轧机综合测试为例，一般轧辊线速度为6~8m/s.若码盘孔数为32，取线 速度为6m/s,则模拟信号的交变周期约为4s,即频率为250Hz.显然，为得到准确的测 试数据，必须借助于计算机.若用软件采集记数，则要求采样频率达10×250=2.5kHz(单 通道)，.由于本次测试特点是多参量同时测量，除3个转速是较高频率的开关量，其它各 参量频率变化较低。如若这些参量也以25kHz频率采集数据，则造成大量不必要的重复 数据.既浪费存储空间，又不便于数据处理.因此，采用一个3路8253可编程计数器来采 集3个转速（开关量记数），一个16路A/D数据采集器采集其余参量，并由386工控机统一 控制.这样，可降低A/D的采样频率，节省存储空间，便于分析处理， 14模拟电路及数据采集部分硬件及软件原理 数据的模拟检测及 数据采集系统原理框图 如图4所示.其中，施密 特整形电路将转速信号 8253 施形 的模拟曲线整形为矩形 记数器 脉冲信号，且将其限定 在0~+5V范围内，以 CPU 存储器 适合8253记数器的输 人电压要求.为了控制 其它参量 A/D 8253计数器及A/D采 集板工作，依据图5所 示流程来设计386工控 机指令程序， 图4数据棋拟检测及采集系统原理框图 Fig.1 The principle of the analogy data mearsuring and gathering system ! lx 「开始 启动AD转换 停止8253计数器工作并取数 输入采集时间 读AD数据 停止AD转换 设置8253计数器工作 保存数据 显示采集数据或存盘 与输入采集时间比较 结束 y 图5数据采靠流程图 Fig.5 The fowing chart of data-gatherting

陈工 等 板带轧件前 、 后 滑 在线检 测 系 统 计算机数据采 集方法 以 铝箔 轧机综合 测 试 为例 ， 一般轧辊 线速度 为 一 若码 盘孔 数为 ， 取 线 速度 为 ， 则模拟信号 的交 变周 期 约 为 ， 即频率为 二 显 然 ， 为得到 准确 的测 试数据 ， 必须借助于计算机 若用 软件采集记数 ， 则要 求 采 样 频 率 达 单 通道 由于 本次测试特 点是 多参量 同时测量 ， 除 个 转 速 是 较 高 频 率 的 开 关 量 ， 其 它 各 参量 频率变化 较低 如若这些参量 也 以 频 率 采集 数据 ， 则 造成 大量 不 必 要 的 重 复 数据 既浪费存储空 间 ， 又 不便于 数据处理 因此 ， 采用 一 个 路 可 编 程 计数 器来 采 集 个转速 开 关量 记数 ， 一个 路 数据采集器采集其余参量 ， 并 由 工 控机 统一 控制 这样 ， 可 降低 的采样 频 率 ， 节省存储空 间 ， 便于分 析处理 模拟 电路及数据采集部分硬件及软件原 理 数据 的模拟 检测 及 数据采集 系统原理框 图 如 图 所示 其 中 ， 施密 特整形 电路 将转速信号 的模拟 曲线整形 为矩形 脉 冲信 号 ， 且 将其 限 定 在 一 范 围 内 ， 以 适合 记 数 器 的输 人 电压 要 求 为 了控 制 计 数 器 及 采 集 板 工 作 ， 依 据 图 所 示 流程 来设计 工 控 机指令程 序 圈 数据模拟检测及采集系统原理框图 瑰 户团户 翻 叭盯 血 皿，，的昭 回 甲土的飞 男劝团， 开始 箱人采集时 间 停止 计数器工作并取数 杏 设置 计数器工作 启动 转换 读 旧 数据 保存数据 匣等 ‘ 到 显示 采集数据或存盘 杏 结束 圈 傲据采粼流程 圈 电 触 伪州鲍 成 血 一 卯血到吨

·4 北京科技大学学报 1.5数据采集控制部分 图5中的“开始”和“输人采集时间”均为键盘输人方式.其优点是便于根据现场测试的 情况（排除轧机加减速的影响），人为地控制采集记录的启始时间和记录时间. 1.6数据采集部分 当键盘输人采集时间后，程序自动启动8253记数器及进行AD转换，并在每个采样循 环后与设定采集时间进行比较，当设定时间一到，则停止所有转换工作，由CPU下指令取 回8253记数器数据并与A/D所有转换结果一同存盘或显示. 17检测系统标定 标定原理框图如图6 机械式标准转速仪→测量装置—→计算机采集系统 图6标定原理图 Fig.6 The principle diagram of the system calibration 对各路转速测量传感器及采集通道分别进行上述流程的标定.标定结果：各路测量系统 精度均优于0.5% 2试验数据精度分析 为了正确评价测量系统在线测量时的可靠性及精度，下面仅以某铝材在两种工况下的 试验数据为例（表1），分别计算前滑值及最大可能相对误差， 表1原始数据 Tabe1 Original d由ta 序号 组号参数 最大相对误差/% 12 3 5 工况(1) 6.2356.2426.2376.2256.252 0.4 5.8565.8715.8575.8485.858 0.3 工况(2) 5.3545.3405.3485.3405.355 02 5.0535.0485.0405.0385.052 0.3 因前滑属间接测量，设其与各直接测量的独立变量有函数关系： Sa=f(vh,v) (3) 则根据概率统计方法，其最佳值S,标准传递误差ōh和最大相对误差F公式分别为： S=(Vh-)/ (4) 式中，V、V为前张力辊及轧辊线速度的测量平均值

· · 北 京 科 技 大 学 学 报 数据 采集控制部分 图 中的 “ 开始 ” 和 “ 输人采集 时 间 ” 均 为键盘输 人方 式 其优 点 是便 于 根 据 现 场 测 试 的 情 况 排 除 轧机加减 速 的影 响 ， 人 为地 控 制采集 记 录 的启始 时 间和 记 录 时 间 数据 采集部分 当键盘输人采集 时 间后 ， 程序 自动启动 记 数器及进行 转 换 ， 并 在每 个采样 循 环后 与设定 采集 时间进行 比较 当设定 时 间一到 ， 则停止 所 有 转 换 工 作 ， 由 下 指 令 取 回 记数器数据并 与 所有 转换结果 一 同存 盘 或显示 检测 系统标定 标定 原理框 图如 图 机械式标准转速仪 卜一叫 测 量 装置 卜一叫计算机采集 系 统 图 标定原 理图 瑰万 触 州团啤 曲粤闭 触 卿劝即飞 口哑阳位翔 对各路 转 速测 量传感 器 及采集通道分别进行上述 流程 的标定 标定 结果 各路 测量 系统 精度 均优于 试验数据精度分析 为 了 正 确评价测 量 系 统在 线测 量 时 的可 靠 性 及 精 度 ， 下 面 仅 以 某 铝 材 在 两 种 工 况 下 的 试验数据 为例 表 ， 分别计算前 滑值及 最大 可 能相 对误差 表 原始数据 油 短 吨咖】 山 序 号 组 号 参 数 － 最大相 对误差 ︸ 峙月， 工况 屯 名 歹 ︸︺ 气乙︸，、 工 况 弘 扣 又 夕铭 粼 丘 因前滑 属 间接测 量 ， 设其与各直接测量 的独立 变量 有 函数关 系 ’ ， 则根 据概 率统计方法 ， 其 最佳值 瓦 ， 标 准传递 误差 ， 和最大 相 对误差 。 公 式 分别 为 瓦 不 一 万 不 式 中 ， 斌 、 亏 为前 张力 辊及 轧 辊 线 速 度 的测 量 平 均 值

陈工等：板带轧件前、后滑在线检测系统 ·5· (5) 式中，σ，、σ，为前张力辊及轧辊线速度标准差. Fh=△S./ (6 其中，△S。=±C·0a为最大误差，C为置信系数（取C=2).计算结果见表2 表2计算结果 Table 2 Calculated results 组号 最佳值S,/% 最大可能相对误差/% 工况(1) 6.6 工况(2) 5.9 6.6 由表1和表2可见，(I)V,V的测量值有较好的重复性；(2)S。的最大可能相对误差 数量级≤0.07，对应的V,v的测量误差数量级≤0.004.这对于工程测量来说，其精度是 足够高的. 后滑的精度和误差分析与前滑类同， 3结论 (1)本检测系统提供了一套在线测量板带轧件前，后滑的有效方法.解决了纯理论公式难 以精确计算实际轧件前、后滑的问题. (2)本检测系统具有易安装，抗震性好、防护功能强等特点，适用于各类冷轧机的前、 后滑测试. (3)实践证明，本检测系统具有较高的检测精度，能满足工程测量的需要. 参考文献 1赵志业，金属塑性变形与轧制原理.北京：冶金工业出版杜，199 2何国伟.误差分析方法.北京：国防工业出版社，1978

陈工 等 板带轧 件前 、 后 滑在 线检测 系 统 「 日 、 ， ， 日 、 ， 。 ’厂 一 吸不万’ ‘ “ 几十 丽 ’ ‘ 、 一 式 中 ， 、 为前 张力辊及 轧辊 线速度标 准差 。 昭 民 其 中 ， △ 二 土 · 久、 为最大 误差 ， 为置 信系数 取 二 计 算结果 见 表 表 计算结果 城 川口 同 到笼扣】朽 组 号 工 况 工 况 最佳值 最大 可 能相 对误差 ︸ ‘户 自 石以气 由表 和 表 可 见 ， ， 的测 量 值 有 较 好 的 重 复 性 、 的 最 大 可 能 相 对误差 数量级 ， 对应 的 ， 的测 量 误 差 数 量 级 簇 这 对 于 工 程 测 量 来 说 ， 其 精 度 是 足够高的 后 滑 的精度 和误差分 析 与前滑类同 结论 本检测 系 统提供 了一套在 线测量板 带轧件前 、 后 滑 的有效方 法 解决 了纯理 论公 式难 以 精确计算 实 际 轧件前 、 后 滑 的 问题 本检 测 系 统具有 易安装 ， 抗 震性 好 防护功能 强等特 点 ， 适 用 于 各类 冷轧机 的前 、 后 滑测试 实践证 明 ， 本 检 测 系 统具 有较 高 的检测 精 度 ， 能满 足工程 测 量 的需要 参 考 文 献 赵志业 金属 塑性变形 与 轧制 原理 北京 冶金 工 业 出版社 ， 何国伟 误差分析方法 北京 国 防工 业 出版社