汽车变截面板簧轧机计算机控制系统的研究

变截面轧机是生产汽车变截面板簧的关键设备。它将加热到950℃的等截面弹簧钢板通过转动的轧辊压缩及拉拔机构拉拔，使其横断面按照设计的变形曲线改变。目前国内钢板弹簧生产企业或者采用进口轧机如英国西尔公司、德国波克公司的某些产品，或者采用国产的仿西尔公司的三辊轧机及一些简易轧机。简易轧机生产的产品精度低、展宽大，国产三辊轧机能耗、设备的体积较大。
　　两辊式变截面轧机是目前国内开发出的技术含量较高的轧机产品。该轧机机械液压结构设计紧凑，能耗低，机械结构中无侧辊限制板簧在轧制过程中的宽展，通过计算机控制轧制中的压下量和拉力及轧辊磨擦力的平衡及压下拉拔装置的位置伺服控制，保证轧制后板簧的展宽在1%以内。
　　本文介绍两辊式轧机的计算机控制系统设计。该轧机由液压伺服系统驱动，采用IBM－PC工业控制计算机及可编程控制器控制。
1 轧机结构及主要技术指标
1.1轧机结构
　　图1为两辊式变截面轧机示意图。轧机的机械结构由一个钢制构架支撑和轧辊驱动机构及拉拔机构组成，轧辊由液压马达驱动，上轧辊由伺服油缸控制上下运动，拉拔机构由导柱和液压夹紧装置构成，由水平伺服油缸控制做水平方向运动。由液压蓄能器稳定压下的压力，液压马达输出的扭矩由一比例减压阀控制。由两个旋转编码器检测X、Y方向的位移和速度。

1.2轧机的主要性能指标
　　・ 最大轧制长度：1200mm
　　・ 最小轧制长度：300mm
　　・ 板坯最大厚度：50mm
　　・ 板坯最大宽度：160mm
　　・ 最大轧制力：760kN
　　・ 最大拉拔力：200kN
　　・ 最大轧制速度：30m/min
　　・ 产品厚度公差：±0.1mm
　　・ 产品宽度公差：板宽≤100mm ±1mm，板宽＞100mm ±1%
2 计算机控制系统设计
2.1总体设计
　　轧机控制系统的被控量可分为模拟量部分和开关量部分。模拟量部分由四路组成，分别控制液压系统的输出流量、液压马达的输出扭矩、拉拔油缸运动速度、压下油缸的运动速度。模拟量部分由一台IBM－PC 486DX2－66工控机控制。开关量部分由一台MASTER K200可编程控制器(PLC)控制，这些控制包括液压站的油温控制、轧辊的冷却、操作按钮站、拉拔方向的制动限位、轧辊及液压系统的润滑控制、轧机的状态检测及故障报警、各相关部分间的互锁控制等。工控机与PLC间通过开关量接口进行通讯。这样即减轻IBM－PC的运算量，缩短了控制周期；避免控制集中造成的控制风险集中，提高了系统的可靠性。无论IBM－PC或PLC那一部分出现异常，系统均能采取必要的保护措施。
2.2 控制系统硬件结构
　　轧机的计算机控制系统结构如图2所示，由计算机、四路12位光隔D/A接口、64路光隔开关量输入输出接口(DI/DO)、可编程控制器(PLC)组成。计算机通过DI/DO接口及RS232接口与PLC进行通讯。采用两个12位绝对式光电编码器检测X、Y方向的位置和速度。油温控制部分的作用是控制液压站的油温在允许范围内；轧辊冷却部分控制轧辊的冷却；按扭站用来输入控制命令；制动限位部分在轧机的拉拔机构超过停车范围时自动停车；润滑控制部分根据拉拔机构的运行次数控制润滑油缸自动向各润滑点加注润滑油；状态指示部分显示轧机的运行状态；故障报警部分在轧机出现异常时进行声光报警。