CN1013251B

CN1013251B - 水平连铸坯运动参数测量装置

Info

Publication number: CN1013251B
Application number: CN 87107706
Authority: CN
Inventors: 庄春治; 刘伟力; 康晓麓; 梁典耀
Original assignee: North China University of Technology; Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: North China University of Technology; Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 1987-11-12
Filing date: 1987-11-12
Publication date: 1991-07-24
Also published as: CN87107706A

Abstract

一种水平连铸坯运动参数测量装置，它适用于黑色和有色金属的水平连铸；由信号检测部分、计算机控制信号及接口电路，计算机应用程序所组成；在结晶器附近，同时测量拉程、推程、停时、拉频、拉速、平均拉速等多种参数；由计算机控制测量、数字显示、打印记录；采取了一系列措施，保证其在恶劣环境下正确可靠地进行测量，测量准确度可达2-5%；对不同拉坯制度，不同形状和尺寸的铸坯具有通用性，结构紧凑，便于“携带”。

Description

本发明涉及一种水平连铸坯运动参数的测量装置。它既适用于黑色金属，也适用于有色金属的水平连铸。

水平连铸具有基建投资少、建设快、铸坯质量高、操作维修方便、可铸中小型铸坯和合金钢等一系列优点，成为发展的趋势。水平连铸坯在结晶器中运动参数的正确测量，对水平连铸工艺与设备的研究，对水平连铸投产前的调试，对保证正常生产、充分发挥其效益和实现完善的自动控制具有重要意义。

已有技术的水平连铸坯运动参数测量装置是安装在拉坯机的驱动直流伺服电机轴上或拉坯辊轴上的光电增量编码器和测速发电机进行检测。因此，实际测量的是拉坯机的运动参数。由于红热铸坯在拉推力作用下的弹性和塑性变形、拉坯机的延伸和摩擦，以及传动系统的间隙和变形等的影响，测量结果与铸坯在结晶器中的运动参数相差甚远。

本发明的目的在于克服上述缺点，设计出一种适于冶金生产条件的在结晶器附近对水平连铸坯运动参数进行测量的装置。

本发明的测量装置，其特征在于包括信号检测部分，计算机测量控制和接口电路，计算机应用程序。

在结晶器附近测量铸坯的运动参数，存在许多困难：高温铸坯（钢坯达1200℃）通过辐射、对流和传导传递方式使其信号检测部分受热而失效;十多米长的铸坯在拉推力作用下，由于压杆失稳而上下波动，使测量装置的正常工作受到影响，还可能产生“干扰”信号，给测量的控制造成困难;由于水平连铸机运动部分和铸坯质量系统的惯性，使铸坯运动存在“模糊”现象，特别是“停”是相对的，在“停”中存在拉和推，给测量的控制造成困难;水平连铸坯运动参数测量范围宽，要求准确度高，特别是推程满量和只有1.5mm（实际往往小于0.5mm），2～5%的相对误差，绝对误差只有0.03～0.075mm，在结晶器附近恶劣环境下是较难达到的;水平连铸坯以100周/分左右的拉频作拉、停、推周期运动，具体到推程可能只有0.03秒左右的时间，因此要求测量控制及处理的速度快等等。

本发明的水平连铸坯运动参数测量装置中的信号检测部分由检测头、防热系统和液压系统组成。

检测头包括摩擦测量辊，无间隙弹性补偿联轴器，光电增量编码器，轴承座，可摆动的底板及其无间隙弹性支承。

检测头的基本结构是铸坯通过摩擦测量辊驱动光电增量编码器，输出与铸坯运动相关的两路相差为90°的脉冲信号。为正确检测信号，检测头的机械结构必须具有良好的稳定性、精密度（避免或减小间隙）和刚变，为此，摩擦测量辊与光电增量编码器之间的连接采用无间隙弹性补偿联轴器。可摆动的底板的支点采用无间隙的弹性支承。

液压系统包括液压源、减压阀、节流阀换向阀和油缸。它利用水平连铸机原有的液压源，由减压阀将液压源波动的高压减为稳定的低压。摩擦测量辊和光电增量编码器支承在一可摆动的底板上，在测量时由液压系统的油缸通过可摆动的底板使摩擦测量辊随铸坯上下波动而升降，保持与铸坯接触并产生一定的压紧力，防止摩擦测量辊与铸坯之间打滑;当不进行测量时，油缸驱动使摩擦测量辊下降，脱离与铸坯接触，防止意外碰撞而损坏。摩擦测量辊升降的速度可通过节流阀进行调节。

防热系统包括水冷挡板和双向水冷旋转管接头。

为防止高温铸坯通过辐射、传导、对流三种传递方式使摩擦测量辊、光电增量编码器和油缸受热失效，摩擦测量辊、光电增量编码器和油缸可配置在铸坯下面;它们与铸坯之间用水冷挡板分隔（摩擦测量辊与铸坯接触处开有孔洞）;中空的摩擦测量辊装有内管有辐射状喷射孔的双向水冷旋转管接头，通循环水进行冷却。

本发明的测量装置的测量控制和接口电路包括辨向、细分电路，拉程和推程的频率电压变换电路，拉程和推程的计数控制脉冲电路，打印接口和A/D变换电路。还可包括并行锁存数字显示电路。

辨向及细分电路，其输入为来自光电增量编码器的两路相差为90°的脉冲信号，其输出为细分若干倍的拉程计数脉冲信号和推程计数脉冲信号，细分电路可提高测量的分辨力和准确度，避免了采用每转更高脉冲数的光电增量编码器易产生“干扰”的缺点;频率电压变换电路代替采用测速发电机，其输入为拉程和推程计数脉冲信号，其输出为与拉速成正比的电压模拟信号，这改善了工作条件，增强了可靠性;拉程和推程计数控制脉冲电路，其输入为来自频率电压变换电路的电压模拟信号，其输出为计算机控制测量与铸坯实际运动同步和测量计数、计时开始与停止的拉程和推程计数控制脉冲信号;打印接口电路和A/D变换电路，其输入为来自频率电压变换电路的电压模拟信号，其输出为计算机和打印机可以接受的数字信号;并行锁存数字显示电路，使数字显示不占用计算机CPU的时间。

计算机应用程序固化在计算机EPROM存储器中，包括：主程序，测量中断服务程序和显示、打印服务子程序。拉程和推程测量分别由计算机输出入接口电路PIDA口和B口计数实现：停时测量由计算机计数器定时器电路CTC实现。为了保证测量与铸坯实际运动同步，进行正确的测量，在开始测量和显示、打印后返回测量时，都以拉程计数控制脉冲到达来判断开始执行测量中断服务程序。为了正确控制测量由一个参数转移到下一个参数和尽量避免和减少测量计数开、关门的延迟或提前丢失计数脉冲，提高测量的准确度，拉程和推程测量计数停止和下一参数测量开始的判断，均采用PIO计拉程或推程计数脉冲加1后，由CTC计时，当计时不大于给定时间常数，下一计数脉冲到来继续加1，当最后一个计数脉冲到来后，计时大于给定时间常数后即转入下一参数测量;而计时转入下一参数测量的判断，是在CTC计时的同时，检测推程计数控制脉冲信号是否到达，未到达继续计时，到达则计时停止并转入下一参数测量。为了抗“模糊”和“干扰”，在PIO-A₀。口测拉程时封闭B₀口，在B₀口测推程时封闭A₀口，在CTC测停时时，A₀口和B₀口全封闭。显示、打印服务子程序可对多次测量数据进行平均，对测量结果进行计算和修正，以及获得其它辅助参数的测量数据等数据处理。对不同拉坯制度的水平连铸坯运动参数的测量编有不同的应用程序，它们存放在不同的存储器地址中，可通过按键对相应拉坯制度下的铸坯运动参数进行测量。

本发明的测量装置可将其信号检测部分安装在结晶器附近，计算机测量控制和接口电路、内装的微计算机及计算机应用程序安装在可放在操纵台上的测量仪内。或者可将信号检测部分安装在结晶器附近，计算机测量控制和接口电路安装在与自动控制系统工业控制计算机相连的自动控制系统控制枢中，计算机应用程序存储于工业控制计算机中。

本发明测量装置能在冶金生产条件下实现对水平连铸坯在结晶器附近的运动参数的测量;可同时测量拉程、推程、停时、拉频、拉速、平均拉速等多种参数;由计算机控制测量，数字显示、打印记录;采取了一系列措施，保证其在恶劣环境下正确、可靠地进行测量，测量准确度可达2～5%;对不同拉坯制度的水平连铸机，对不同形状和尺寸的铸坯具有通用性;结构紧凑、便于“携带”。

下面结合附图1至9所表示的实施例对本实用新型进行详细描述;

附图1为摩擦测量辊和光电增量编码器信号检测部分结构原理图;

附图2为信号检测部分的油缸液压驱动系统图;

附图3为计算机控制原理图;

附图4为计算机控制及接口电路方框图;

附图5为并行锁存显示电路方框图;

附图6为计算机测量主程序流程图;

附图7为拉坯制度为拉一推₁、一停一推₂的测量中断服务程序流程图;

附图8为拉坯制度为拉一停一推的测量中断服务程序流程图;

附图9为显示、打印服务子程序流程图。

作为本发明的实施例，该测量装置包括：信号检测部分，计算机测量控制信号和接口电路和计算机应用程序。

如附图1和2所示，信号检测部分由检测头、液压系统和防热系统组成。检测头包括摩擦测量辊5、光电增量编码器2、无间隙波纹管联轴器3、轴承座6、可摆动的底板11及其无间隙摆动支承10、液压系统包括油缸12、液压源200、先导式减压阀201、压力表202、节流阀203、电磁换向阀204。防热系统包括水冷挡板1、双向水冷旋转管接头8。

摩擦测量辊5通过滚动轴承座6安装在一可绕固定在铸坯引导装置钢梁9上的弹簧片或十字弹簧片弹性支承10摆动的底板11上。摩擦测量辊5用波纹管弹性补偿联轴器3与安装在同一底板上的光电增量编码器2同轴连接。油缸12下部通过耳轴安装在铸坯引导装置钢梁9上，上部活塞杆与底板11的弹性支承10另一端的下面通过耳轴相连。信号检测部分与铸坯4之间，有用支承钢管和连接螺栓13固定在铸坯引导装置钢梁9上的水冷挡板1，防止与温度差成四次方的辐射热的影响;信号检测部分配置在铸坯4之下，防止对流热的影响;空心的摩擦测量辊5及与其一体的轴通过内管7有辐射状喷射孔的双向水冷管接头8通水冷却，防止传导热的影响。当不进行测量时，高压油从油缸12的上部油口进入，油缸12驱动底板11绕弹性支承10摆动，摩擦测量辊5脱离铸坯4下降到水冷挡板1以下，防止其由于碰撞而损坏。当进行测量时，高压油从油缸12的下部油口进入，在恒定压力的液压油的作用下，摩擦测量辊5将随铸坯4的上下波动而升降，保持与铸坯4之间的接触并产生一定的压紧力，防止了打滑。

液压系统如附图2所示，利用水平连铸机原有的液压源200。通过先导式减压伐201可将液压源200波动的高压减至最低可到2.8k_gf/cm²的稳定低压。减压后的压力由压力表202指示。液压油通过节流伐203调速可控制摩擦测量辊5升降的速度。电磁换向伐204为弹簧复位的二位四通电磁伐，当其断电时摩擦测量辊5在下极限位置。

附图3所示为计算机测量控制原理图。它指导计算机测量控制信号和接口电路的构成和计算机应用程序的编写。Sin和Cos分别为信号检测部分的光电增量编码器输出的相差为90°的两路矩形脉冲信号。P_A0和P_B0分别为Sin和Cos信号通过辨向及细分电路获得的拉程和推程计数脉冲信号。V为P_A0和P_B0通过频率电压变换电路获得的测量打印拉坯速度和产生计数控制脉冲信号所需要的与拉坯速度成正比的电压模拟信号。P_A1和P_B1分别为电压模拟信号V通过拉程和推程计数控制脉冲电路获得的拉程和推程计数控制脉冲信号。为保证测量与铸坯实际运动同步、进行正确的测量，以P_A1拉程计数控制脉冲到来判断测量开始。在连续测量时，由测拉程转为测推程1，由测推程1转为测停时，由测推程2转为测拉程，采用最后一个计数脉冲到后延时超过给定时间常数或两脉冲间隔时间超过给定时间常数判断较为准确，而且基本不受拉频、拉程等变化的影响。只有测停时转为测推程2时用推程计数控制脉冲到来判断，这样会丢失几个计数脉冲，但可用修正补偿。

附图4和5所示的计算机测量控制信号和接口电路包括：辨向细分电路，频率电压变换电路，计数控制脉冲电路，打印接口和A/D变换电路和并行锁存显示电路。辨向及细分电路输入信号为信号检测部分光电增量编码器输出的两路相差为90°的矩形脉冲信号Sin和Cos，输出是频率为输入信号若干倍的拉程和推程计数脉冲信号P_A0和P_B0。细分可提高分辨力和准确度。频率电压变换电路输入信号为拉程和推程计数脉冲信号P_A0和P_B0，输出为与拉速成正比的模拟电压V。用以代替测速发电机。计数控制脉冲电路输入信号为模拟电压V，输出为灵敏度可调的拉程和推程计数控制脉冲信号。打印接口电路和A/D变换电路由输入的模拟电压信号V，产生适于计算机和打印机需要的数字信号。

附图5所示的并行锁存显示电路，图示为两个相同电路中的一个。它由计算机扩展的两块PIO和译码驱动器等组成，比较简单地实现了硬件显示电路，不占用计算机CPU的时间。CPU将内存数据锁存在PIOP_A0～P_A7、P_B0～P_B3中，经过译码驱动器将16进制数转换成10进制数驱动LED数码显示器显示。而小数点则由CPU将内存锁存在PIO的P_B4、P_B5中，经驱动器驱动LED数码小数点显示。

测量装置的计算机应用程序是固化在计算机EPROM存储器内的应用程序软件。它包括主程序，测量中断程序和显示、打印服务子程序。

附图6所示为主程序。主程序开始首先初始化，将各计数器、数据区清零，保证原始数据从零开始。之后M→A程序执行送比较控制字M，以便当一种测量过程执行完后改变M，以便获得下一测量过程的启动信号。PIO初始化是将A口、B口均置成位控方式，等待中断启动信号。读A₁口状态，当A₁为高电平时允许主程序继续向下执行，保证每一时刻均从拉程测量开始，以保证测量与铸坯实际运动同步，正确进行测量。当有中断申请时转入测量拉、停、推中断服务程序。当每一参数测量完成后都返回主程序，马上调键分析程序，使操作员在任一时间按显示或打印键时都能及时显示、打印当前内存中的数据。显示、打印完成后，主程序返回读A₁口状态，使测量仍从测拉程开始，保证测量与铸坯实际运动同步和正确地进行测量。

附图7所示为拉坯制度为拉、推1、停、推2时的中断服务程序。首先A₀口有拉程计数脉冲输入，执行A₀口中断服务程序，这时先封闭B₀口，防止推程干扰脉冲输入，然后关CTC₀重新置CTC₀为设定时间常数中断启动方式，拉程计数器加1。如第i个脉冲后延时间小于设定时间常数时返回主程序，继续执行A₀口中断服务程序。当后延时间大于设定时间常数时，转入服务子程序，拉程计数器内容送内存，同时封闭A₀口、开B₀口，修改矢量地址为B₀口中断服务程序1，拉程测量结束并为推程1的测量做准备，然后返回主程序。

当有推程1计数脉冲输入时，执行B₀口中断服务程序1，首先关CTC₀重新置CTC₀为设定时间常数中断启动方式，推程1计数器加1。如第i个脉冲后延时间小于设定时间常数时返回主程序，继续执行B₀口中断服务程序1。当后延时间大于设定时间常数时，转入服务子程序，将CTC₀复位启动CTC₁计停时做准备，推程1计数器内容送内存，同时封闭B₀口，启动CTC₁允许中断，推程1测量结束并为计时做好准备。重新设置PIOB口工作方式，检测推程计数控制脉冲B₁位是否为高电平，如果B₁位为低电平则计时器加1，返回计时中断服务程序继续执行计时程序，如果B₁位为高电平，则关闭CTC₁，计时器内容送内存，打开B₀口，修改中断矢量地址为B₀口中断服务程序2，停时测量结束并为测量推程2做准备，中断返回主程序。

当有推程2计数脉冲输入时，执行B₀口中断服务程序2，首先关CTC₀重新置CTC₀为设定时间常数中断启动方式，推程2计数器加1。如果第i个脉冲后延时间小于设定时间常数时返回主程序，继续执行B₀口中断服务程序2。当后延时间大于设定时间常数时，转入服务子程序，推程2计数内容送内存，同时封闭B₀口、开A₀口，修改矢量地址为A₀口中断服务程序，推程2测量结束并为测拉程做好准备，然后返回主程序。

附图8所示为拉坯制度为拉、停、推时的测量中断服务程序。首先A₀口有拉程计数脉冲输入，执行A₀口中断服务程序，这时先封闭B₀口，防止推程干扰脉冲输入，然后关CTC₀重新置CTC₀为设定时间常数中断启动方式，拉程计数加1。如第i个脉冲后延时间小于设定时间常数时返回主程序，继续执行A₀口中断服务程序。当后延时间大于设定时间常数时，转入服务子程序，将CTC₀复位为启动CTC₁计时做准备，拉程计数器内容送内存，同时封闭A₀口，启动CTC₁允许中断，拉程测量结束并为计时做好准备。重新设置PIOB口工作方式，检测推程计数控制脉冲B₁位是否为高电平，如果B₁位为低电平则计时器加1，返回计时中断服务程序继续执行计时程序。如果B₁位为高电平，则关闭CTC₁，计时器内容送内存，打开B₀口，修改中断矢量地址为B₀口中断服务程序，停时测量结束并为测量推程做准备，中断返回主程序。当有推程计数脉冲输入时，执行B₀口中断服务程序，首先关CTC₀重新置CTC₀为设定时间常数中断启动方式，推程计数器加1，如果第i个脉冲后延时间小于设定时间常数时返回主程序，继续执行B₀口中断服务程序。当后延时间大于设定时间常数时，转入服务子程序，推程计数器内容送内存，同时封闭B₀口、开A₀口，修改矢量地址为A₀口中断服务程序，推程测量结束并为测拉程做好准备，然后返回主程序。

附图9所示为显示、打印服务子程序。当某一时刻操作员按下显示或打印键后，程序首先执行键分析程序，判别是显示还是打印键。如果是显示键，则由内存将要显示的数据取出到数据缓冲区，然后进行取平均、计算和修正，包括辅助参数的求取等数据处理，再将16进制数译成十进制数送入显示单元显示。如果是打印键，则将要打印数据取到打印缓冲区然后进行数据处理，再调连打子程序进行打印。打印后返回主程序读A₁口状态。

附图10所示为频率电压变换电路，它主要由市售的两个LM2907频率电压变换和一个线性放大集成元件组成。频率电压变换电路的输入信号P_A0和P_B0为辨向细分电路输出的拉程和推程计数脉冲信号。LM2907频率电压变换集成元件的输出为与拉速、推速成正比的电压模拟信号V_A和V_B，它们送往测量控制脉冲电路。V_A和V_B经过CA3193线性放大集成元件相加后输出V，它经A/D变换电路送往打印机打印拉速曲线。

附图5所示的并行锁存显示电路，由市售的Z80-PIO输出入接口电路、74LS248译码驱动器、74LSO4驱动器和LED数字显示器等组成。

辨向细分电路和测量控制脉冲电路组成方法很多，这里辨向细分电路采用异或门细分、RC移向控制D触发器辨向，测量控制脉冲电路采用单稳态触发器电路。

Claims

1、一种水平连铸坯运动参数测量装置，包括由摩擦测量辊、光电增量编码器及摆动底板组成的检测头、液压系统、防热系统和计算机测量控制与接口电路，其特征在于：

所述的装有用无间隙弹性补偿联轴器联接的摩擦测量辊和同轴的光电增量编码器的摆动底板，其一端采用无间隙弹性支承固定在铸坯引导辊钢梁上，另一端与液压系统支撑在铸坯引导辊钢梁或基础上的油缸上部活塞杆连接；

所述的防热系统是在铸坯下面的检测头与铸坯之间用水冷挡板分隔，并在摩擦测量辊与铸坯接触处开有孔洞，中空的摩擦测量辊装有内管有辐射状喷射孔的双向水冷旋转管接头。