慧聪网首页 > 电气行业 > 技术应用 > 传感器
行业搜索
超声波传感器在冷轧机中的应用
2006年3月9日 16:43  

    1 前言

    在带冷轧机的电气控制中,卷取张力控制是必不可少的。在张力控制中,无论张力矩的给定,还是动态补偿力矩的计算都需要实时卷径,所以卷径计算是控制中极为重要的一环。

    目前,铝轧机卷径的测量大都为间接方式,即通过测量带材线速度与卷筒转速来推算出卷径:


按此在新窗口浏览图片 (1)

    式中V为卷取(开卷)侧带材线速度,m/s;i为卷取(开卷)机械齿轮箱传动比;n为卷取(开卷)电机的转速,r/min。

    测量带材线速度的方法有两种,一是直接测量法,如激光测量法,基于经济条件和使用环境限制,目前还很少使用;二是间接测量法,也就是当前经常使用的在偏导辊上安装一个同轴转速传感器,通过测量偏导辊的转速求出带材线速度的方法,其计算公式为:


按此在新窗口浏览图片(2)

    式中nP为偏导辊的转速,r/min;DP为偏导辊的直径,m。

  正常情况时,用式(1)计算出的卷径是准确的。但是,在实际应用时,往往出现下列几种情况,如按上述方法计算卷径,则存在着一定的缺陷和困难。

  (1)偏导辊打滑

  由于铝带冷轧机的特点,在同一台轧机上要进行多个道次的轧制才能完成产品生产。期间,带材的厚度变化达几十倍,张力的变化也很大,同时各道次的工艺润滑也不相同。结果在某些条件下,特别是带材较薄或加、减速时,偏导辊会产生不同程度的打滑现象,从而使线速度的测量值不准确。这会造成卷径计算值出现偏差,与实际卷径不符,轻则引起张力波动,影响带材质量,重则导致断带。

    (2)偏导辊转速传感器安装困难

  在铝箔轧机中,出口带材最小可到0.007mm,带材张力较小,偏导辊和带材之间的摩擦力也较小。为尽量减少打滑,减小偏导棍自身的转动惯量是有效的方法之一。所以,偏导棍一般都是空心的。另外,在一个空心的偏导棍上安装同轴的转速传感器非常困难,设备专业也希望采用别的测量方法。

  (3)初始卷径需人工置入

  在开卷机一侧,带材的初始卷径需要置入控制系统,目前大都为人工置入。这需要*作手认真置入,不仅繁琐而且*作手经常忘记或置错,这都将影响轧制时的张力控制。

  2 超声波测量卷径的方法

  为了解决上述缺陷和困难,目前,在冷轧机中采用超声波传感器来直接测量开卷侧卷径,再计算出卷取侧卷径的方法。

  2.1超声波测量的基本原理

  超声波传感器括三个部分:超声换能器、处理单元和输出级,如图1所示。

  首先处理单元对超声换能器加以电压激励,其受激后以脉冲形式发出超声波,接着超声换能器转入接受状态(相当于一个麦克风),处理单元对接收到的超声波脉冲进行分析,判断收到的信号是不是所发出的超声波的回声。如果是,就测量超声波的行程时间,根据测量的时间换算为行程,除以2,即为反射超声波的物体距离。



按此在新窗口浏览图片

               图1 超声波测量的基本原理图

  把超声波传感器安装在合适的位置,对准铝卷卷径变化方向发射超声波,就可测量带卷表面与传感器的距离,经过处理可得到带卷的直径。

  2.2 环境对超声波测量的影响

  (1)空气温度的影响

    声波行程时间受气温的影响程度为0.17%/K。也就是说40℃时的声速相对于20℃时改变了+3.4%,因此测量距离也会改变约+3.4%。但如果选用的超声波传感器中有温度补偿功能,此影响可忽略不计。

  (2)空气湿度的影响

    从干燥的空气到饱和湿度的空气中,声速最多增加2%。因此测量距离改变最大也只有2%。实际现场中,空气湿度变化不会如此大,此影响一般小于1%。

  (3)空气压力的影响

  在一固定地点,正常情况下的气压波动为±5%,会造成声速波动约±0.6%。

  (4)气流影响

    当风速大于50km/h时,声波速度及方向的改变会大于3%。在现场使用中,只有靠近带材表面的几厘米的气流有可能大于20km/h,且垂直于测量方向,故对测量结果的影响可忽略。

  (5)轧制油雾的影响

  只要防止油雾沉降在超声换能器的有效表面上,就可避免它的影响。

  2.3 测量开卷侧卷径

  目前铝轧机铝卷的卷径变化范围一般为0.5m到1.7m,由于超声波测量的是铝卷的半径,所以超声波传感器的工作范围应满足大于为(1.7-0.5)/2=0.6m。再考虑到安装位置和安全距离以及传感器的盲区,超声波传感器到卷轴表面的距离一般应大于1.5m,故其测量距离应大于1.5m。经过选择,确定用德国P+F公司的传感器,具体型号为UC2000-30GM-IU-V1,其主要参数见表1。

按此在新窗口浏览图片

表1 超声波传感器的主要参数

    测量开卷卷径的超声波传感器安装在开卷机地沟的外侧,既便于安装调试,又容易测量,如图2所示。



按此在新窗口浏览图片

图2 超声波传感器安装位置示意图

    选择传感器的输出为电压输出,直接连到全数字传动装置上。整定传感器的输出,当最大卷径(1.70m)时电压为10V,当最小卷径(0.54m)时电压为0V。这样当输出电压为U时,数字装置经过计算可知当前卷径D。


按此在新窗口浏览图片 (3)

    2.4 卷取侧卷径的计算

  在轧制过程中,由于带材宽度基本不变,只是厚度变化,带材的纵向截面与卷筒的截面之和基本上是一个常数。基于这一规律,在完成初始卷径设置后,这个常数为:


按此在新窗口浏览图片 (4)

    式中D0为开卷机初始卷径,m;d0为卷取机初始卷径,m;D为开卷机轧制时的卷径,m;d为卷取机轧制时的卷径,m。

  由式(4)可知,在轧制中,只要知道卷取或开卷中任一侧的卷径值,即可推算出另一侧的卷径值:


按此在新窗口浏览图片 (5)(6)

    由于开卷侧的卷径D已由超声波传感器测得,所以可由式(6)计算出卷取侧的卷径。

  2.5 初始卷径自动置入

  由于超声波传感器上电后一直投入工作,可利用上卷后卷轴涨紧命令,作为初始卷径置入信号,从而完成卷径的自动置入。

  3 减少偏差的方法

  由于超声波测量卷径是直接测量,一旦在传感器和铝卷之间有其他物品(一般都是瞬间存在),卷径就会产生瞬间变化(偏差),会影响张力恒定。卷径这种瞬间变化就是测量的卷径值从某一值变大,再从大变回。而实际开卷卷径是从大变到小,渐进变化。为了克服这种瞬间变化,可采用本次测量值与上次测量结果相比较,谁小用谁,如式(7)处理。

DK=min(DJ,DK-1) (7)

  式中DJ为用式(3)计算的本次卷径计算值;DK-1为上次测量计算的卷径;DK为本次测量计算的卷径。

  另外,在轧制中,实际卷径既不可能超过最大卷径DMAX,也不可能小于卷筒的直径DMIN。所以计算结果都应该限制在此范围内,每次计算结果最终取值可用下式限制。

D,K=min[max(DK,DMIN),DMAX] (8)

  4 结语

  超声波测量卷径技术及上述处理方法经过在华益1 400mm等多台铝带冷轧机的卷径计算上的实际应用,取得了很好效果。实践表明:

  ① 测量装置工作稳定,卷径测量误差小于5mm,其精确性完全满足系统控制要求。

  ② 卷径的自动置入,简化了*作步骤,减小了辅助时间。

  ③ 与常规的卷径测量计算方法相比,采用超声波传感器简化了电气系统设计,不用安装偏导辊测速装置,可广泛应用于热轧机、冷轧机、铝箔轧机中。

 
 [热门关键词]:传感器 技术应用  发表评论    【推荐】 【打印】 【论坛

相关文章 更多 
·光纤光栅传感器技术及其应用  (3.9 16:43)
·利用“明胶封装”制作50μm×50μm压力传感器  (3.9 16:43)
·分布式光纤传感器技术介绍及应用前景  (3.9 16:43)
·康耐视宣布推出工业级视觉传感器  (3.9 16:43)
·WB电量传感器在直流屏中的应用框图  (3.9 16:43)
·超声波传感器遥控电路应用举例  (3.9 16:43)
·Moteiv全新推出低成本无线电传感器系统  (3.9 16:43)
·欧洲压力传感器、变送器市场增长迅速  (3.9 16:43)
·利用SiO2薄膜,台湾淡江大学推出小型压力传感器  (3.9 16:43)
·光电式探丝传感器电路设计方案  (3.9 16:43)
我来评两句〖查看最新评论〗 
请您注意:
·遵守中华人民共和国的各项有关法律法规
·承担一切因您的行为而导致的法律责任
·本网留言板管理人员有权删除其管辖留言内容
·您在本网的留言,本网有权在网站内转载或引用
·参与本留言即表明您已经阅读并接受上述条款
昵称:匿名

文字广告
热点推荐

聚集:开关面板业的马太效应
论住宅漏电保护环节的设计
西电“吞下”常州变压器厂
世界最长海底电缆正式投运
国产品牌变频器市场占有低
热点专题
产经要闻-hc360慧聪网电线电缆行业市场及技术动态
产经要闻-hc360慧聪网质疑:节电产品是否节电?
热销产品

高效节电产品系列

小型变频器系列