2012年12月31日纠偏系统培训课件纠偏系统培训课件 目录一、分析带钢跑偏的控制方法二、纠偏厂家三、我厂CPC及EPC分布四、纠偏系统组成五、控制器及元件简介六、纠偏传感器原理及分类七、纠偏机架介绍八、CPC及EPC的标定从理论上而言，控制跑偏首先应该精确计算带钢运行时的最大跑偏量，但这是一个难以准确计算的数据。因为带钢的跑偏主要原因，是带钢本身的板形和机械设备的安装误差造成的，而很多边界条件是难以确定的。因此，为了减小跑偏，相应地可以采取如下措施：1、保证辊子圆柱表面制造精度和机组安装精度。问题在于，即使保证了安装精度，待投产以后，由于基础下沉和辊面磨损等因素，也会直接影响带钢跑偏，因此这种方法不能从根本上解决问题。2、增大张力。这样可以减少带材跑偏，但是不能完全消除。由于张力增大，使设备重量增大，投资也相应地增大。3、降低机组速度。机组速度过低影响生产效率。 但这些措施在实际应用中，不是十分理想，经济效果差。因此，在机组中设置若干纠偏辊是个效果很好的措施。一、分析带钢跑偏的控制方法一、分析带钢跑偏的控制方法二、纠偏厂家二、纠偏厂家1、国外厂家 美国北美公司 美国FIFE公司 日本NIRECO公司 德国EMG公司 以上公司的产品几乎涵盖了电感式、光电式、电容式和CCD摄像式传感器。从业绩上看，德国EMG占有的市场比例是很大的，而且产品质量也是用户反映较好的。2、国内厂家西安恒利：电感式和光电式上海科先：光电式、电感式（未上市） 四、纠偏系统的组成四、纠偏系统的组成 CPC（centre position control）/EPC（edge position control）及带钢自动对中/对边系统的简称，主要由液压站、检测装置、控制箱、操作面板、伺服阀及执行机构组成。可实现手动纠偏 、自动对中/对边等功能。 CPC/EPC控制系统自成一体 ，为连续闭环式电液调节系统 ，当带材偏离生产线规定的位置时,测量系统测出板带位置偏差，并将偏差值输入到电控系统 ，电控系统的输 出与液压伺服系统相连 ，液压系统驱动纠偏执行机构作相应移动 ，使板带准确地行进在预先调整好的中心(边部)位置。其系统如下图一所示：图一：纠偏装置系统结构图一：纠偏装置系统结构五、控制器简介五、控制器简介系统配置图控制器整体结构图SPC16扩展能力强扩展能力强SPCC/SGC标准场合标准场合操作面板控制器底板NET161、内部模板通讯2、内部供电：220V/110V电源转换为24V中央控制单元MCU24MCU24.1 MCU24.2 MCU24.3 MCU24.4无外部通讯模板无外部通讯模板 集成集成PROFIBUS 集成集成deviceNET 集成以太网集成以太网伺服功率放大器(通过模拟量输出驱动伺服阀)SEV16输出信号：输出信号：300ma10V22VEVB03输出信号：输出信号：300ma、 1000maDAU16输出信号：输出信号：300ma10V22V 4路输出路输出模拟量输入模块模拟量输入模块ADU02.1 8路输入，电压和电流信号路输入，电压和电流信号ADU02.2（精简版）（精简版） 4路输入，电压和电流信号路输入，电压和电流信号开关量、模拟量输入输出模块DEA018路开关量输入路开关量输入、8路输出路输出ADP01.1X1:4路开关量输入路开关量输入+3路继电器输出路继电器输出X2:4路模拟量输入路模拟量输入+1路路10V输出输出线性位移传感器KLW、LPS根据液压缸选择量程：150、225、300、360、450、600、750、900供电电压：10V，反馈信号：10V阻值：5K，只有750和900型号的是10K移动速度：max10m/s工作温度：-30100功能：反馈液压缸动作位移值和方向；安装注意事项：需水平安装；与液压缸平行且与中心重合；行程大于液压缸行程EMG伺服阀伺服阀SV1液压阀台液压站六、纠偏传感器分类及原理六、纠偏传感器分类及原理 1、电感式传感器电感式传感器原理如图二所示，在框架上边 有两个对称的发射线圈 ，框架下边对应有两个接收线圈，发射线圈发射电磁波，接收线圈接收。当没有带钢穿过或带钢从正中穿过时，两个接收端接收的磁力线相等 ，感应电势相等 ，但当钢带偏移时 ，两侧接收到的磁力线不等 ，感应电势也不等 ，此时比较器输出一个偏差信号 ，控制器将偏差值转换成电流值输出到执行装置，执行装置动作使带钢回到中间位置。 图二：电感式传感器原理实物图实物图 当两个发射线圈中通一可控的正弦交变电压时，在发射线圈的周围产生一交变磁场，则在接收线圈中产生感应电动势0，式中，N为接收线圈的匝数，t为时间，0为发射线圈产生的磁通量；K1为发射线圈和接收线圈的结构常数。当发射和接收线圈安装固定好后，K1是个固定值。当发射线圈和接收线圈之间没有带钢通过时，在接收线圈中产生初始电动势0，当有带钢通过时，接收线圈中的磁通量减小，即式中，K2为常数；B为磁感应强度：h为带钢的厚度；b为带钢的宽度。 所以接收线圈的感应电动势与带钢在线圈内的宽度变化量成反比。当被控带钢处于中间位置时，两边接收线圈输出相同。当被控带钢向左跑偏时，左侧接收线圈的输出信号减小，右侧接收线圈的输出信号增加。 在电感式对中检测系统中，两个接收线圈的输出信号的幅度小，只有毫伏级，因此必须放大。根掘测量信号的特点，为了提高测量精度，满足传感器输出的微小信号在各种状态下的放大调节，同时能够有效地抑制干扰信号，可靠的检测出所需信号，采用差动放大、整流和合适的滤波器等措施。所以对于某一规格的带钢，在接收线圈内产生的感应电动势1 电感式传感器只能用于金属板带(钢铁、铝、铜等)的测量，不能用于非金属物体、或不能产生电涡流的金属物体的测量。由于“高频集肤效应”，电涡流都集中在金属板带的表面，所以被测板带的厚度变化对测量效果没有影响。板带上下的波动对于测量没有影响。 标准电感式传感器的开口度为500 mm；高精度电感式传感器的开口度为200 mm。最大标准电感式传感器可以扩展到800 mm，高精度电感式传感器可以扩展到300 mm。另外，需要注意在有效的测量范围内不能有金属物体；在测量框架前后200 mm的范围内不能有移动的金属物体，如安装保护框架，必须对称安装。带钢和上下测量框架间隙100mmSMI-SE测量精度3mm，常温测量低于80。SMI-HE测量精度1mm，SMI是BMI（5mm）升级产品，也是现在市场电感式传感器主流产品。SMI3测量精度5mm，用于温度130环境。BMI6测量精度5mm，用于防爆场所。IMR测量精度5mm，用于酸洗槽、清洗段、较潮湿场所。IMH2测量精度5mm，用于退火炉内等高温场所，最高耐温1100。EMI/EKI测量精度1mm，用于圆盘剪前和卷取机前EPC。VKI测量精度1mm，适合安装空间小，如轧机入口，一体式安装单面结构，带钢从上部通过，具有测宽功能。 2、电容式传感器电容式纠偏检测系统如图三所示。它由一组(两个)电容传感器、传输电缆、信号处理电路组成，采用差动式结构，C型铝架1与带钢之间构成平板电容C1，C型铝架2与带钢之间构成平板电容C2。当带钢偏离中心位置时，C1，C2电容量发生变化，其差动值大小与带钢偏移量成正比，差动值正负则反映带钢偏移方向。获得的偏差信号送入信号处理电路，经信号转换、滤波、放大等处理后送入控制器，由控制器控制执行机构完成带钢的对中。图三：电容式传感器原理式中：C 电容值； 介电常数；S平板电容极板有效面积；H平 板电容极板间距离电容式纠偏的缺陷：1、介电常数的变化直接改变电容值，不同物质的介质常数变化很大，甚至空气中水分子的多少都会使介电常数有较大的变化。2、从图中可以看出，在测量过程中电容的值是被测板带与上面极板间的电容，加上下面极板没有被遮挡部分与上面极板间的电容，因此被测板带的上下波动直接改变电容值。3、由于被测板带不是良好的接地物体，存在地线干扰，所以电容式传感器采用了大时间常数的滤波器。这就限制了传感器的响应速度，实践证明电容式传感器的频响特性很难做到10 Hz。 3、平行光PLE2式传感器 PLE系列平行光式的光电测量是中小型企业或者民营单位应用比较广泛的一种传感器，测量装置和光源固定安装。根据板带的宽度选择不同发光长度的光源，两侧发射光源的长度外侧应覆盖PLE传感器两边的有效接收范围，内侧应覆盖最小板宽并有调节的余量即可；当板宽较窄时，可以用一根荧光灯管；荧光灯管沿轴线方向的发光是平行的，也就是说发出的是一段光幕。上面的接收传感器PLE，均匀地接收光幕，没有遮挡时接收到最大的信号；当光源和接收传感器之间有板带时，接收信号的衰减程度就反映了板带遮挡的多少。采用光导棒接收高频交变光源发射的平行光，经过多次反射将光信号传递到光导棒的端面，用硅光电二极管检测接收到的光强信号。最后经过放大、滤波、整流输出标准信号，这样就测量出板带的位置。两侧传感器接收信号的差值就是板带中心位置的偏移量。机构图如下： 测量传感器 PLE2 有3种规格：PLE2-300、PLE2-500、PLE2-800 ，配套使用LID300、500、800 高频交变光源。对应的最大板宽变化范围分别为：600 mm、1000 mm、1600 mm，应根据实际测量的板宽选择传感器。LID光源采用交变LED光源发射器，供电220V，发射峰值波长为632nm的红色光，可以避开水、粉尘在近红外光谱的吸收带，发射频率为2KHZ，最大功耗15W。传感器输出信号5V或者10V可选。 注意事项：1、平行光信号接收器和发射光源基于机组中心线对称的安装。2、发射光源和信号接收器必须位于同一平面内。3、从发射光源到信号接收器的距离3003000 mm (开口度)。4、在安装时，应确保周围没有较强的光线直接进入 PLE2，避免使接收器中的光电元件饱和。5、停机检修时清洁光源和传感器。 4、聚焦式光电测量装置EVK、EVM、EVMSEVK、EVMEVMS双双EVK实例图实例图 这种测量装置是通过光学镜头聚焦成测量光束，测量光束直径几十毫米.光电式对中检测系统如图三所示，它由两套光电传感器组成，分别安装在固定支架的两端，由电机拖动自动寻找带钢边缘。当带钢不跑偏时，两个传感器输出信号均为10V。如带钢向1号光电检测器方向运动时，1号检测器输出信号减小，2号检测器输出信号增大：反之，带钢向2号光电检测器方向运动时，1号检测器输出信号增大，2号检测器输出信号减小。两检测器信号差即为带钢偏移的差动信号。 EVM、EVK属于参比式测量传感器，相比EVMS多了参比探头LS14。这种测量方法除了具有聚焦式测量装置的优点外，主要解决了对于光源变化的抑制能力，这点可以从传感器组的工作原理上看出来。多适用于开卷机处，光束直径都是25 mm 与聚焦式传感器配套LIC系列高频光源，24V供电，发射光频率为2KHZ的，包括下列型号：LIC480、LIC770、LIC1075、LIC1375，其有效发光长度（对应带钢宽度）分别是：480 mm、770 mm、1075 mm、1375 mm。此类传感器的最大开口度300mm-4000mm，板带上下的波动对于测量的没有影响。参比式光电测量装置具有很强的光源适应能力，以正常光源的光通量作为100%，当光通量下降到60%时，能保证测量精度不变；当光通量下降到20%时，能保证测量装置正常工作。 5、CCD（Charge Coupled Device）式传感器 数字扫描式光电测量装置是随着电荷偶合器件(简称CCD)技术而发展起来的，检测元件采用彩色线阵CCD将光学信号转换为模拟电流信号。数字扫描式光电测量传感器有两种型号：CCD Pro 05 (5000扫描线)；CCD Pro 30 (30000扫描线)，目前EPC均采用后者。采用高分辨率成像镜头，有50 mm焦距标准镜头和28 mm焦距广角镜头两种。 在带钢的下方安装光源，上方安装CCD摄像头，利用光源与带钢有明显的光学反差，根据光学成像的原理，通过测量镜头的带钢按一定比例成像到CCD上，部分地遮住了光敏单元，而成直线排列的光敏单元则将被测带钢的光学影像沿阵列方向的分布，转换为时序的电平信号，所得到的信号经前置放大、峰值检出和二值化处理后，用标准时钟脉冲填充、计数，再经计算即可得到带钢位置。此位置信号经数模转换后送至调节器，经伺服放大，控制伺服阀完成位置控制。 CCD与光源配合按预定的覆盖量遮住带钢被控一侧的边缘，带钢遮盖的变化量即为边缘跑偏值。EPC实例实例有臂式和无臂式EPC无臂式无臂式EPC优点是优点是：可以取消探测头与卷取机相连接的机械臂，可以取消探测头与卷取机相连接的机械臂，克服了卷取机上机械臂可能带来的振动而影响系统精度克服了卷取机上机械臂可能带来的振动而影响系统精度。 与数字扫描式光电测量装置配套的LIE系列高频光源，发射频率为30 KHz，包括下列型号：LIE480、LIE770、LIE1075、LIE1375，其有效发光长度（对应带钢宽度）分别是：480 mm、770 mm、1075 mm、 1375 mm。 传 感 器 到 带 钢 距 离 500mm-1550mm，开口度最大可达4000mm。 镜头的保养：光学镜头必须定期擦拭以保证最佳的测量效果。擦拭的时间间隔取决与现场的污染和灰尘累积程度，在镜头上如有飞溅斑点将影响测量结果。使用镜头纸或者眼镜布擦拭，不要使用溶剂和有腐蚀性的化学品清洗光源 (如果必要，采用专用清洗液除去污渍)。 七、纠偏机架介绍七、纠偏机架介绍1、P型纠偏机架 所谓 P效应控制辊，是当控制辊受控制信号控制后, 有侧向调整位移量 (P效应) ，带钢随即有一纠偏量。该控制辊动态性能好, 没有迟后时间。这种控制辊可以是由一根或一组辊子组成, 辊子装在旋转架上，以下面固定框架上的旋转点转动。同时，应该使带钢能180 包缠于这一控制辊，这样控制辊移动的平面可以和入口跨距与出口跨距的平面垂直。 纠偏量等于入口跨距与出口跨距之间的距离L 乘以控制设备旋转的角的正弦值，如下图：P型纠偏辊实例型纠偏辊实例 比例效应辊的纠偏特征：入带和出带与转动平面成 90 ，带钢运行时的纠偏量与纠偏机架的调节距离成比例。 对于这种设计 ，要求的入带和出带距离小。入带或出带的最小自由长度为带钢宽度的2倍，最大旋转角度为 6 。对于比例效应辊，当接到控制信号后 ，执行机构推动机架侧向调整位移量 ,带钢随即产生一定纠偏量。因此 ，其动态性能好 ，没有迟滞时间。2、I型纠偏机架这种控制辊的结构简单，辊子以一端为支点 (旋转点) ，另一端用液压缸调节辊子的角度。当带钢跑偏, 可借助于液压缸调节辊子的角度。由于辊子角度的调节，从而强制运行中的带钢在辊子上作侧向移动，直到带钢与辊轴线呈90 的位置，当带钢突然跑偏，虽然可马上调整辊子的角度, 但将带钢调整到新的位置需要一定的时间，是随时间逐步积分，达到新的带钢位置，称为积分效应辊。这种辊子的结构有两种形式， 一种辊子的旋转中心在辊子的一端 ，另外一种旋转点在辊的中心 ，如下图：纠偏量C=L*K* sinL为入带自由长度，K为积分纠偏系数 ,经验数值为0.65，a为纠偏角度I型纠偏实例 积分效应辊的纠偏特征：通过积分效应对辊前运行的带钢进行反馈调整，最后达到对辊后的出带纠正到对中位置。 因此，这种方法仅可以用在具有较长自由进带长度的下游位置。一般来讲，自由进带长度要大于最大带钢宽度的 8倍以上。 积分纠偏系统动态性能差，带钢跑偏后，纠偏辊旋转一定角度，带钢自行调整至对应位置需要一定时间，如下图。故在带速 100m /min以下 ，以及镰刀弯较小时 ，可以适用这一系统。3、PI型纠偏机架 比例积分动作纠偏辊是在生产线上大量应用的一种纠偏辊形式，实际上可以将其理解为P型纠偏辊和I型纠偏辊的组合。比例动作部分可直接对带钢纠正 ，而积分动作通过“ 绕卷效应 ” 对入带产生的反馈调整作用可纠正较大的带钢跑偏。 PI型纠偏辊在使用时也需要较长的自由进带距离(5-8倍带宽)。纠偏辊架的活动框架以纠偏辊之前的转轴为中心旋转(一般是虚拟的转轴)，首先，纠偏辊转动时，使测量点板带如同P型辊产生横向位移，板带成比例移动；其次，纠偏辊转动时，纠偏辊轴线形成偏转角度，利用“辊效应”板带受到侧向力，直到板带进带方向为直角。如下图：PI型纠偏辊实例