２０１５年１０月
第４３卷第２０期
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ
Ｏｃｔ ２０１５
Ｖｏｌ ４３Ｎｏ ２０
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０１５ ２０ ０５２
收稿日期：２０１４－０７－２８
作者简介：胡国盛（１９７３ ），男，本科，工程师，主要从事电气自动化的维护和设计㊁调试等工作㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕｇｕｏｓｈｅｎｇ ＠１６３ ｃｏｍ㊂
胡国盛
（宁波博威合金板带有限公司，浙江宁波３１５１３７）
摘要：对带材可逆轧机轧制过程中自动降速和准确停车控制的几种模式㊁带材长度计算方法㊁速度控制方法等进行了详细的介绍，重点介绍计长控制模式下的速度控制原理和实现方法㊂该方法已应用于生产实践，取得了很好的效果㊂ 关键词：自动降速；模糊控制；速度限幅
中图分类号：ＴＧ３３３ ７＋２㊀㊀文献标志码：Ｂ㊀㊀文章编号：１００１－３８８１（２０１５）２０－１５６－３
ＢｒｉｅｆＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎＡｕｔｏｍａｔｉｃＳｌｏｗｉｎｇＤｏｗｎａｎｄＳｔｏｐＣｏｎｔｒｏｌｉｎ
ＲｅｖｅｒｓｉｎｇＣｏｌｄＲｏｌｌｉｎｇＭｉｌｌ
ＨＵＧｕｏｓｈｅｎｇ
（ＮｉｎｇｂｏＰｏｗｅｒｗａｙＡｌｌｏｙＰｌａｔｅ＆ＳｔｒｉｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＮｉｎｇｂｏＺｈｅｊｉａｎｇ３１５１３７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｄｅｔａｉｌｅｄｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｗａｓｍａｄｅｔｏｔｈｅｖａｒｉｏｕｓｍｏｄｅｓｆｏｒｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃｓｌｏｗｉｎｇｄｏｗｎａｎｄｐｒｅｃｉｓｅｓｔｏｐｆｕｎｃｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇ
ｒｏｌｌｉｎｇｉｎａｒｅｖｅｒｓａｂｌｅｓｔｒｉｐｒｏｌｌｉｎｇｍｉｌｌ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｗａｙｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｔｒｉｐｌｅｎｇｔｈａｎｄｍｅｔｈｏｄｓｕｓｅｄｉｎｓｐｅｅｄｃｏｎｔｒｏｌ．Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙａｎｅｍｐｈａｓｉｓｗａｓｇｉｖｅｎｔｏｔｈｅｓｐｅｅｄｃｏｎｔｒｏｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｗａｙｓｏｆｔｈｅｌｅｎｇｔｈ⁃ｃｏｕｎｔｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅ．Ｔｈｅｗａｙｈａｓｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｉｎａｃｔｕａｌｒｏｌｌｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒａｃｔｉｃｅａｎｄａｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙｅｆｆｅｃｔｈａｓｇｏｔｔｅｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃｓｌｏｗｉｎｇｄｏｗｎ；Ｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌ，Ｓｐｅｅｄｌｉｍｉｔ
㊀㊀在带材的可逆冷轧机中，需要根据轧制工艺要求，进行多道次反复轧制㊂在铜卷冷轧机运行过程
中，实现可逆轧机的自动降速和准确停车功能，是提高设备自动化程度和设备安全操作的关键，也是提高生产效率㊁提高产品成材率㊁减少人工劳动强度㊁提高产品质量和提高设备安全性的关键控制功能㊂利用长度和速度㊁加速度的物理关系，并结合数学函数曲线，进行函数模型化的编程设计，实现了在可逆轧制过程中，每个轧制道次在带尾阶段都按照一定的减速速率进行自动减速及准确停车，以代替人工控制减速过程㊂
１㊀降速及停车的几种控制模式
厌氧胶能用于木材吗要实现带材可逆轧机的自动降速（ＡＳＤ）和停车功能，一般有以下几种控制模式：
（１）人工控制模式㊂这是一种传统的控制模式，
根据生产经验人工控制带尾阶段的主机运行速度，以进行机列的降速和停车功能㊂但这种方法容易出现降速太早导致生产效率下降，或降速太晚导致容易拉坏卷取机卷筒的现象㊂
（２）计圈数的自动控制模式㊂带卷在第一道次
进行轧制时，记下出口卷取机卷筒上带材的圈数（通过卷取机测速编码器计数功能）㊂从第二道次开
始，已存储带卷的卷取机开始放卷，圈数在逐渐减少；为了实现自动降速，可以根据驱动控制系统设
切筋
置的加速率设置一个降速起始点，也就是计算出在卷取机上带材的剩余圈数，在机列最快速度的情况下，有足够的时间将机列降速到穿带速度，并保证停车时带尾余留长度的准确性㊂但这种控制模式在带材运行速度不高的情况下，会造成整个降速过程很长，使生产效率降低㊂
（３）计长度的自动控制模式㊂这种控制模式和
第二种模式原理相似，不同的是降速点不是依靠设置圈数，而是按照带材长度进行降速㊂
在带卷轧制第一道次时，记下出口卷取机卷筒上带材的圈数和长度（长度的累计方法有几种，在以下环节进行具体的描述），根据距离和速度㊁加速度的物理关系，可以很准确地算出要使得在某个速度点ｖｔ按照预设的降速速率ａ降速到预定的速度点ｖ０所经过的长度ｓ，这样就可根据卷取机卷筒上剩余的带材长度ｓ反算出在任意时刻机列运行的最高速度，从而控制机列的自动降速和准确停车㊂
文中主要对第３种控制模式（计长控制模式）进行较详细的介绍㊂
轧机中的传动系统包括卷取机和主机，主机控制
全线速度，左右卷取机控制卷取张力，见图
１㊂
图１㊀轧机传动系统配置图
２㊀计算带材长度的几种方法TJA1100
为了达到在带材轧制过程中实现全自动降速和准确停车，必须对卷取时带材的长度进行准确的计算，并通过长度值ｓ计算出最高可运行速度㊂长度的计算方法主要有以下几点：
（１）在带材进行第一道次轧制时，带材运行带
动出口侧测速辊同步转动，利用测速辊上的旋转编码器运转产生的脉冲数据进行累计，计算出出口卷
取机卷筒上卷取的带材长度，这就是利用偏导辊上的编码器计算带材长度的方法㊂但由于在高速运行时测速辊容易打滑（哪怕通过各种手段控制避免打滑，那也只是使打滑的速差控制在一定的范围内），而导致实际卷筒上带材的长度和测速辊计算出的长度值有差异㊂有了这种差异的存在，依靠这个长度值去控制自动降速就需要留有很大的余地，也就是为了避免长度值计算误差大导致的不确定性，需要依靠人工进行较准确的停车，或自动停车时带尾剩余长度增加以确保提前安全停车㊂
（２）另一种长度计算方法就是采用模糊控制手
段实现㊂也就是不直接计算出真实的带材长度值，而是利用卷取机的测速编码器计算出模糊含义的带材长度值（不管卷取机料卷的直径多少，只要卷筒转一圈就认为在卷筒上卷取了相同的带材长度）㊂大家都知道，在卷取机卷取带材的过程中，卷入卷筒的带材圈数和卷取机测速编码器的计数是对应的㊂
汽车水箱除垢剂比如测速编码器是１０００ｐｐｒ，卷取机降速比是
５，那么卷取机卷筒（也就是带材）转一圈，编码器
的计数值就是１０００ˑ５＝５０００个计数值，也就可以认为带材的长度增加５０００个单位㊂利用这种理念就可以将所有计数值进行累计从而计算出带材的长度值，卷筒收卷时长度值增加，在卷筒放
卷时长度值减少㊂由于在卷筒上不存在打滑现象，卷筒上带材卷过的长度计数和圈数是完全对应的㊁准确的㊂
例如：卷取机传动采用直流电机和西门子６ＲＡ７０传动装置控制，电机测速采用脉冲式旋转编码器，它一方面作为速度反馈，另一方面６ＲＡ７０可把产生的脉冲计数值通过Ｐｒｏｆｉｂｕｓ⁃ＤＰ网络传送到ＰＬＣ中，通过此计数值计算出带卷在卷取机卷筒上所卷过的长度和圈数，该值曲线见图
２㊂
图２㊀编码器计数值曲线
以下就是采用第二种方法计算出长度值的基础上进行自动降速控制模式的介绍㊂
３㊀计长控制模式下的速度控制原理及实现方法
为了达到准确的自动降速功能，需引入物理公式及数学模型㊂通过卷取机测速编码器计数，并根据传动降速比㊁编码器脉冲数计算出带卷在卷筒上
所卷长度ｓ，利用公式ｖｔ２－ｖ２０＝２ａｓ计算出ｖｔ，去控制主机速度，从而达到控制轧机速度进行自动降速的功能㊂
具体实现方法步骤为（为方便介绍这里采用
Ｓ７⁃２００的语句进行说明，实际采用Ｓ７⁃３００ＰＬＣ系统）：
（１）当卷取机的卷筒心轴涨径时，取当前计数值（设为ＭＤ１０）传送到一缓冲区（ＭＤ２０），这就是计数起始值；
（２）使ＭＤ１０减去ＭＤ２０，得到的就是当前长度
当量值，即ｓ＝ＭＤ３０＝ＭＤ１０－ＭＤ２０；
（３）当轧制第一道次时（假定右轧），根据以上
方法累积右卷带长ｓ，在第一道次一般无法实现自动停车；
（４）第二道次时（左轧），开始累积左卷带长，同时右卷带长ｓ逐渐减少，在这个道次时可以开始实现自动降速功能；（５）根据公式ｖ２ｔ－ｖ２０＝２ａｓ，使终点速度ｖ０＝０，则ｖｔ＝
２ａｓ＝Ｋ㊃ｓ（Ｋ中包含传动比㊁编码器脉冲数㊁
减速速率等因素，在调试时根据减速速率的要求可进行调整并固化）；见图３，其中：ｖｔ为计算速度；ｖ０为终点速度设定值；ａ为减速度；Ｋ为比例常数；ｓ为带材实际长度值㊂
图３㊀计算速度和长度的关系曲线
（６）把计算出的ｖｔ值作为主机的速度限幅，当
㊃７５１㊃第２０期胡国盛：浅谈可逆冷轧机实现自动降速和停车的控制方法
㊀㊀㊀
家居智能系统
实际主机速度ｖ小于ｖｔ时，ｖｔ不起作用；而当实际主机速度大于ｖｔ时，就将ｖｔ值作为主机速度限幅去控制主机的速度，并按ｖｔ曲线逐渐降速，直到ｖｔ为
０时，主机速度也为０，达到自动降速和停车的目的㊂
（７）ｖ１为降速前主机速度，ｓ１为开始自动降速时的入口卷筒上的剩余带长，见图４，为按自动停车控制的主机速度和长度的关系曲线
㊂
图４㊀主机实际运行速度和长度的关系曲线
（８）所以右向轧制时，线速度按图４所示曲线
控制，并可自动停车；反向时重新开始累积右卷带长，同时左卷带长ｓ逐渐减少，并同样按图４所示曲线控制线速度，并自动停车，后面的道次依此类推㊂
一般地，由于带尾质量缺陷较多，实际自动降速时并不减到０，也就是ｖ０值一般设置为穿带速度（如上图４所示），主机降速到穿带速度ｖ０后低速运行一小段时间（生产人员可以进行带材的观察），当带长ｓ减到０时系统自动给出一个快速停车信号控制全线快停㊂
４㊀实际使用效果及总结
以上控制方式是自行设计和研究出来的，并应用于公司多台可逆冷轧机上，效果很好，大大提高了生产效率，并实现了自动控制和安全操作的有效结合㊂自动降速按照二次曲线进行，使主机运行速度平滑，自动停车准确㊁安全㊂
参考文献：
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出版社，２００２．
［２］冯玉珉．通信系统原理［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００３．
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数字混合式张力控制方法［Ｊ］．电气传动，１９９３（５）：
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［８］蔡德辉．轧制过程中张力控制系统的远程监测及诊断研
究［Ｄ］．广州：广东工业大学，２００４．
（上接第１８９页）
形图决定），程序执行到Ｍ８３的时候，经过ＤＥＣ译码指令Ｒ６ ２线圈得电变为１，Ｒ６ ２常开触点变为闭合，因为没有执行Ｍ８４指令，所以Ｒ６ ３仍保持常闭状态，因为复位按钮没有按下去，所以Ｆ１ １仍保持常闭状态，因为刀盘没有伸出到位，所以Ｘ９ １仍保持常闭状态，因为刀库没有执行刀库缩回动作，所以Ｙ３ ４（互锁触点）仍保持常闭状态，刀盘伸出Ｙ３ ５线圈得电，这时候电路中的Ｙ３ ５就会和图２中的ＣＢ１０５中的Ｂ０１接通得到＋２４Ｖ，继电器ＫＡ５的线圈得电吸合从而控制刀盘伸出电磁阀动作，刀盘伸出气缸动作，刀盘伸出㊂当刀盘伸出到位传感器感测到刀库已伸出到位时，Ｘ９ １得电，常闭触点变为断开，Ｙ３ ５线圈失电，刀盘停止伸出㊂当刀库正在伸出过程中，可以按下复位按钮使刀盘停止伸出㊂刀盘缩回
原理和刀盘伸出原理相同，这里就不再详述了㊂４㊀结束语
以上是作者结合自身维修机床的经验对ＺＴＸＸ⁃３０Ａ
型立式数控铣床进行改造，改造成带有刀库的自动换刀系统，利用ＦＡＮＵＣ内置ＰＭＣ控制自动换刀系统的设计思想，结合换刀宏程序即可实现自动换刀功能㊂
参考文献：
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［２］ＦＡＮＵＣ．ＦＡＮＵＣＳｅｒｉｅｓ０Ｍａｔｅ－ＭＯＤＥＬＤ连接说明书（功能篇）［Ｍ］．北京：北京发那科机电有限公司，２０１０．［３］刘萍，范进桢．加工中心ＡＴＣ智能化换刀方案设计［Ｊ］．
机床与液压，２０１０，３８（６）：１２３－１２４．［４］牛志斌．斗笠式刀库自动换刀控制组态系统的开发［Ｊ］．机床与液压，２０１２，４０（８）：５３－５５．
［５］叶晖．图解ＮＣ数控系统 ＦＡＮＵＣＯｉ系统维修技巧
［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００５．
㊃
８５１㊃机床与液压第４３卷
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