专利名称：中板轧机在线轧钢综合参数测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于中板可逆轧机轧制过程中工作参数测量的仪器，属测量技术领域。
解决上述问题的技术方案是一种中板轧机在线轧钢综合参数测量仪，它包括左、右轧制力传感器、旋转编码器、显示单元和参数测量电路，上述轧制力传感器、旋转编码器、显示单元都分别与参数测量电路相连接，参数测量电路包括轧制力信号变换电路、编码器信号隔离输入电路、开关量输入电路、继电器输出电路和中央控制电路，上述电路的结构和连接方式如下a.轧制力信号变换电路，包括左轧制力、右轧制力两组相同的信号变换电路，每组轧制力信号变换电路包括取样部分、比较部分、整形部分和耦合输出部分，取样部分包括电阻R1、R2、W1、R3、运算放大器OP1、A/D变换器，比较部分包括运算放大器OP2、D/A变换器、稳压二极管D1，整形部分包括电阻R4、电容C1、反相器U1，耦合输出部分为光电耦合器DG1，它们的连接方式为取样部分的电阻R1、R2、W1组成分压网络，R1接轧制力传感器的输出信号端，W1的分压输出接R3，再接运算放大器OP1，OP1连接成跟随器的方式，其输出端接比铰部分运算放大器OP2的同相端，OP2的反向端接D/A变换器的输出端，同时还接稳压二圾管D1的负极，其正极接地，OP2的输出端接在整形部分R4和C1的串联接点上，R4的另一端接电源VDD，C1的另一端接地，该接点再接反相器U1的输入端，其输出端接光电耦合器DG1的输入端，DG1的输出端接中央控制电路，取样部分的运算放大器OP1的输出端还接到A/D变换器的一个输入端，A/D变换器的输出端接中央控制电路，同时A/D变换器的另一个输入端由另一组轧制力的信号输入；b.编码器信号隔离输入电路，每个旋转编码器有A相、B相两组输出脉冲，编码器信号隔离输入电路与之对应，A相信号隔离输入电路结构为，它是由电阻R5、R6、光电耦合器DG2、电容C2、反相器U2组成，光电耦合器DG2的发光二极管的正、负极两端分别接旋转编码器的A相输出脉冲的A和A端，光电耦合器DG2的光敏三极管的集电极接电阻R6，电容并接在集电极和发射极之间，集电极输出接U2的输入端，U2的输出端接中央控制电路[5]，光敏三极管的发射极接地；B相信号隔离输入电路的结构与A相相同；c.开关量输入电路，本实用新型设有多个相同的开关量输入电路，每个电路都由光电耦合器DG4、电阻R7、R8组成，光电耦合器DG4的发光二极管负极接外部开关，发光二极管的正极经限流电阻R7接电源VDD，负载电阻R8接光敏三极管的集电极，集电极输出接至中央控制电路CPLD的KI1～KI4，其发射极接地；d.继电器输出电路，继电器输出电路设有两路结构相同的电路，分别由光电耦合器DG5、电阻R9、二极管D2和继电器J组成，光电耦合器DG5的发光二极管负极接中央控制电路CPLD的KO1或KO2口，正极经电阻R9接电源VDD，光电耦合器的光敏三极管的集电极输出接继电器J的线圈，二极管D2跨接在继电器J的两端，光敏三极管的发射极接地；e.中央控制电路，中央控制电路包括单片机、CPLD接口、F1ash存储器、显示单元接口、计算机通讯接口，CPLD接口分别与轧制力信号变换电路输出信号端、编码器信号隔离输入电路的输出端、A/D变换器的输出端、开关量输入电路的输出端、继电器输出电路的输入端相连接，单片机通过总线与分别CPLD接口、Flash存储器相连接，还通过TXDI、EXD1接口与显示单元接口相连接，通过TXD2、EXD2接口与计算机通讯接口相连接。
上述中板轧机在线轧钢综合参数测量仪，所述旋转编码器的数量为4个。
上述中板轧机在线轧钢综合参数测量仪，所述显示单元为1～8个。
上述中板轧机在线轧钢综合参数测量仪，所述开关量输入电路为4个。
本实用新型依靠轧制力传感器反映中板轧机A、B两侧的实际轧制力，根据轧制力变化判断中板轧机是否处于轧钢状态，根据接收的编码信号计算中板轧机的转速和判断方向，然后根据输入的辊径值计算出轧机每个道次中钢板的实际长度以及每个道次轧制所耗用的时间，并可同时显示多个道次产生的长度和时间。它具有以下优点1.能以高速单片机为核心实现高性能、高可靠性控制，完成对现场有关参数的采集、处理、记录和控制；2.能通过面板上的显示窗、操作键实时地修改控制参数；3.支持多个显示单元，各显示单元同步显示，即插即用，各操作工不论远近，均能及时观察到所需数据，方便而实用；4.具有远程上位机接口，现场数据可远传至中心控制室，便于管理和实现全厂自动化；5.可以有效地提高钢板的成材率及钢板的物理性能。
具体实施方式
从
图1可以看到，本实用新型包括轧制力传感器、旋转编码器、显示单元和参数测量电路，上述轧制力传感器、旋转编码器、显示单元都分别与参数测量电路相连接，参数测量电路包括轧制力信号变换电路1、编码器信号隔离输入电路2、开关量输入电路3、继电器输出电路4和中央控制电路5。
图2显示了上述电路的结构、连接方式，下面结合工作过程叙述如下a.轧制力信号变换电路1。它包括左轧制力、右轧制力两组相同的信号变换电路，在图2中画出了左轧制力的信号变换电路，右轧制力图省略。每组轧制力信号变换电路包括取样部分、比较部分、整形部分和耦合输出部分。取样部分的电阻R1、R2、W1组成分压网络，用于将现场传送来的轧制力模拟量信号变换A/D转换允许的电压范围，W1的分压输出接R3，再接运算放大器OP1，OP1采用CA3140集成电路，连接成跟随器的方式用于进行阻抗变换。其输出端接比较部分的运算放大器OP2，OP2采用LM393集成电路作为比较器，用于将D/A变换器的输出电压与轧制力信号进行比较产生轧制力越限信号(即钢板进入和退出信号)，此信号通过整形部分的电阻R4、电容C1、反向器U1进行消抖整形，然后经过光电耦合DG2的隔离进入中央控制电路的CPLD接口进行处理。与此同时，轧制力信号还从取样部分的运算放大器OP1的输出端接到A/D变换器的一个输入端进行模数变换，A/D变换器的另一个输入端由另一组轧制力的信号输入，A/D变换器的输出端接中央控制电路5，用于显示轧制力的大小。本实施例的D/A变换器型号为TLC7615，A/D变换器型号为AD7705Σ/Δ。
b.编码器信号隔离输入电路2。本实施例有4个旋转编码器，在图2中仅画出了其中的一个，其余省略。每个旋转编码器有A相、B相两组输出脉冲，旋转编码器是靠A相或B相的脉冲反映轧辊转动的速度和转过的角度，还靠A、B的相位关系来区别正转或反转。当A超前B时为正转，而当B超前A时为反转。编码器输出的A和A，B和B是两对差分信号，当A高于A或B高于B时，光电耦合输出为低电平，当A高于A或B高于B时，则光电耦合输出为高电平。经电阻R6和电容C2、U2整形后产生SA、SB两相信号，进入中央控制电路5的CPLD接口进行计数和判向处理。
c.开关量输入电路3。本实用新型设有多个结构相同的开关量输入电路3，本实施例为4个，标号为KI1～KI4，图2中画出了其中一个，其余省略。它是由光电耦合器DG4、电阻R7、R8组成。在工作中，当外部触点信号闭合时，光电耦合器的发光二极管部分有电流通过，则光敏三极管导通，输出信号为低电平；反之，触点信号打开时，光敏三极管关断，输出信号为高电平，以此来指示开关量状态。它的输出也接到中央控制电路5的CPLD接口。
d.继电器输出电路4。继电器输出电路4设有两路KO1、KO2，结构相同，图2中画出其中一个。它分别由光电耦合器DG5、电阻R9、二极管D2和继电器J组成，光电耦合器DG5的输入端接中央控制电路5，耦合器的光敏三极管的集电极输出接二极管D2的正极，二极管D2的负极再接电源VCC，继电器J的继电器线圈跨接在二极管D2的两端。当来自中央控制电路5的CPLD接口的KO信号为低电平时，光电耦合器的发光二极管有电流通过，则光敏三极管导通，继电器闭合；否则，继电器打开。
e.中央控制电路5。中央控制电路5包括单片机、CPLD接口、Flash存储器、显示单元接口、计算机通讯接口，单片机通过总线与分别CPLD接口、Flash存储器相连接，还通过TKDI、RXD1接口与显示单元接口相连接，通过TXD2、RXD2接口与计算机通讯接口相连接。
中央控制电路5以DS80C320单片机为主控CPU，以CPLD作为逻辑和时序信号以及与CPU接口信号处理部分。以Flash存储器作为轧制信息记录的载体。DS80C320单片机用于对轧制过程中的轧制力信号、编码器信号、时序信号进行采集和处理，并通过RS-485接口向各个显示单元发送处理过的数据，通过RS-422接口与上位计算机通讯，在计算机上完成数据库的功能。
CPLD作为系统中数字信号变换的核心，轧制力信号、编码器信号、开关量输入/输出信号以及串行AD和DA的接口信号均与CPLD连接，在CPU中完成处理、变换与互锁，同时将这些信号转换为总线信号与CPU相接，完成以前多个芯片所做的工作，并能现场编程。
Flash存储器为非易失性存储器，采集的数据存入其中，无论掉电与否，数据均不会丢失。
权利要求1.一种中板轧机在线轧钢综合参数测量仪，其特征在于它包括左、右轧制力传感器、旋转编码器、显示单元和参数测量电路，上述轧制力传感器、旋转编码器、显示单元都分别与参数测量电路相连接；参数测量电路包括轧制力信号变换电路[1]、编码器信号隔离输入电路[2]、开关量输入电路[3]、继电器输出电路[4]和中央控制电路[5]，上述电路的结构和连接方式如下a.轧制力信号变换电路[1]，它包括左轧制力、右轧制力两组相同的信号变换电路，每组轧制力信号变换电路包括取样部分、比较部分、整形部分和耦合输出部分，取样部分包括电阻R1、R2、W1、R3、运算放大器OP1、A/D变换器，比较部分包括运算放大器OP2、D/A变换器、稳压二极管D1，整形部分包括电阻R4、电容C1、反相器U1，耦合输出部分为光电耦合器DG1，它们的连接方式为取样部分的电阻R1、R2、W1组成分压网络，R1接轧制力传感器的输出信号端，W1的分压输出接R3，再接运算放大器OP1，OP1连接成跟随器的方式，其输出端接比较部分的运算放大器OP2的同相端，OP2的反向端接D/A变换器的输出端，同时还接稳压二极管D1的负极，其正极接地，OP2的输出端接在整形部分R4和C1的串联接点上，R4的另一端接电源VDD，C1的另一端接地，该接点再接反相器U1的输入端，其输出端接光电耦合器DG1的输入端，DG1的输出端接中央控制电路，取样部分的运算放大器OP1的输出端还接到A/D变换器的一个输入端，A/D变换器的输出端接中央控制电路，同时A/D变换器的另一个输入端由另一组轧制力的信号输入；b.编码器信号隔离输入电路[2]，每个旋转编码器设有A相、B相两组输出脉冲，编码器信号隔离输入电路与之对应，A相信号隔离输入电路结构为，它由电阻R5、R6、光电耦合器DG2、电容C2、U2组成，光电耦合器DG2的发光二极管的正、负极两端分别接旋转编码器的A相输出脉冲的A和A端，光电耦合器DG2的光敏三极管的集电极接电阻R6，电容并接在集电极和发射极之间，集电极输出接U2的输入端，U2的输出端接中央控制电路[5]，光敏三极管的发射极接地；B相信号隔离输入电路的结构与A相相同；c.开关量输入电路[3]，它设有多个相同的开关量输入电路，每个电路都由光电耦合器DG4、电阻R7、R8组成，光电耦合器DG4的发光二极管负极接外部开关，发光二极管的正极经限流电阻R7接电源VDD，负载电阻R8接光敏三极管的集电极，集电极输出接至中央控制电路CPLD的KI1～KI4，其发射极接地；d.继电器输出电路[4]，继电器输出电路[4]设有两路结构相同的电路，分别由光电耦合器DG5、电阻R9、二极管D2和继电器J组成。光电耦合器DG5的发光二极管负极接中央控制电路[5]的KO1或KO2，正极经电阻R9接电源VDD，光电耦合器的光敏三极管的集电极输出接继电器J的线圈，二极管D2跨接在继电器J的两端，光敏三极管的发射极接地；e.中央控制电路[5]，中央控制电路[5]包括单片机、CPLD接口、Flash存储器、显示单元接口、计算机通讯接口，CPLD接口分别与轧制力信号变换电路[1]输出信号端、编码器信号隔离输入电路[2]的输出端、开关量输入电路[3]的输出端、继电器输出电路[4]的输入端相连接，单片机通过总线分别与CPLD接口、Flash存储器相连接，还通过TXDI、EXD1接口与显示单元接口相连接，通过TXD2、EXD2接口与计算机通讯接口相连接。
2.根据权利要求1所述的中板轧机在线轧钢综合参数测量仪，其特征在于所述旋转编码器设有4个。
3.根据权利要求2所述的中板轧机在线轧钢综合参数测量仪，其特征在于所述显示单元为1～8个。
4.根据权利要求3所述的中板轧机在线轧钢综合参数测量仪，其特征在于所述开关量输入电路设有4个。
专利摘要一种中板轧机在线轧钢综合参数测量仪，属测量技术领域。用于提供一种能够实时测量、显示、记录和控制轧机节奏、掌握钢板轧制状态、长度、时间等工作参数的综合测量仪器。其方案是，它包括左、右轧制力传感器、旋转编码器、显示单元和参数测量电路，参数测量电路包括轧制力信号变换电路、编码器信号隔离输入电路、开关量输入电路、继电器输出电路和中央控制电路。本测量仪可以反映中板轧机实际轧制力，根据轧制力变化判断轧机是否处于轧钢状态，根据接收的编码信号计算轧机的转速和判断方向，然后求出每个道次中钢板的实际长度和轧制时间，并可同时显示多个道次的状况。本实用新型可有效提高钢板的成材率及钢板的物理性能。
文档编号B21B37/00GK2561527SQ02268459
公开日2003年7月23日 申请日期2002年7月25日 优先权日2002年7月25日
发明者吴诗桅, 张晓力, 芦亚伟, 肖彤 申请人:邯郸钢铁股份有限公司