第１９卷第２期 ２００５．６ 沈阳化工学院学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＨＥＮＹＡＮＧ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖ０１．１９ Ｎｏ．２ Ｊｕｎ．２００５
文章编号：１００４—４６３９（２００５）０２—０１１０—０３
四辊卷板机的数控实现
杨树平，马悦山
（长钢集团机械设备研究设计院开发部，山西长治０４６０１１）
摘要： 阐述四辊卷板机的数控系统实现方法，对四辊卷板机的工作原理进行详细介绍，在此基 础上研究四辊卷板机控制系统的硬件设计与软件实现，应用ＰＬＣ技术对四辊卷板机实现数控． 关键词：四辊卷板机；触摸屏；反馈；ＰＬＣ 中图分类号：ＴＰ２９ 文献标识码：Ａ
随着计算机技术的迅猛发展．机床控制技术
也日新月异．在电气控制领域，自动化水平也更
加先进，逐渐实现由手动控制转向数控的趋势．
四辊卷板机在欧洲实现了数控，但是，国内四辊
卷板机在数控方面却是空白．针对上述，本文研
究四辊卷板机控制系统的硬件设计与软件实现．
１机器工作原理 （如图１中虚线）．升降前、下、后辊的动力由液压
装置系统提供．上辊的旋转动力由直流电机提
供，直流电机通过直流调速器控制转速，控制上
辊旋转速度．在电气控制中各个辊子的当前位置
通过辊子上的编码器反馈．机器工作时下辊挤紧
上辊，支撑辊挤紧下辊，各辊子压力通过压力继
电器反馈．触摸屏读取ＰＬＣ的采集信号监视辊
子位置和状态．
后辊 １： 湔、２控制系统硬件 后辊，支撑辊和其他辅助结构，如图所示． ％几
图１ 四辊卷板机工作原理图
在卷制钢板过程中，首先通过提升下辊来压
紧钢板，然后通过升降前、后辊子的高度卷制不
同半径的钢板．前、下、后辊沿着各自轨道运行 系统动力线路采用三相３８０ Ｖ、５０ Ｈｚ交流 电源供电，控制电路通过变压器将３８０ Ｖ转换为
２２０ Ｖ、１１０ Ｖ供电．控制部件和显示器集中安装
在操作台上．直流调速器采用英国欧陆公司５９０
系列直流数字调速器．控制系统ＰＬＣ（可编程控
制器）采用ＯＭＲＯＮ Ｃ２００ＨＸ ＰＬＣ．显示屏采用
ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ Ａｌ９７０ Ｇ１０Ｔ触摸屏人机界面．显示
屏通过ＲＳ２３２标准通讯接口与Ｃ２００ＨＸ ＣＰＵ相
连接，触摸屏与ＰＬＣ通过ＲＳ２３２接口直接读取
数值，无须编程．显示屏的主要功能是显示机器
的运行情况、以及配合操作面板上的功能按钮对
机器进行操作．
３数控的实现
系统流程如图２所示
收稿日期：２００４—０７—１３ 作者简介：杨树平（１９６０一），男，山西长治人，工程师，大专，
主要从事电气自动化的研究 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期 杨树平，等：四辊卷板机的数控实现
图２系统流程
３．１辊子位置检测
为了准确地表达前、下、后辊位置，采用绝对
式编码器采集数据，监视前、下、后辊的位置．监
视上辊通过增量式编码器，编码器记录上辊外圆
周走过的距离，即钢板走过的长度．ＰＬＣ通过这
些编码器采集的数值来确定各个辊当前的位置．
支撑辊上升到位是通过液压系统设定的压力来
确定的．当达到设定的压力时，向ＰＬＣ发送信
息，表示达到目标位．支撑辊下降到位通过限位
开关来表示，当达到下限位时，限位开关向ＰＬＣ
发送信息，表示达到下限位．
３．２触摸屏和终端操作
机器上各个辊的位置都是通过触摸屏来向
操作者显示的（如图３所示）．
图３操作台和触摸屏
在屏幕上数值框显示各个辊子当前位置的
数值，表示辊子的具体位置．在触摸屏上能对控
制程序进行编辑、调用和自动生成控制程序的操
作．触摸屏除了监视当前各个辊子的位置，还有
输人数据和生成程序的功能．ＰＬＣ通过触摸屏 上输人的数据进行计算处理，生成程序，即卷板
的全过程程序，然后显示在触摸屏上．例如图３
中触摸屏的步骤１表示：将前辊（Ａ辊）升到绝对
数值为１２的位置．在操作台上启动程序，机器将
按照显示的步骤完成卷板过程．
３，３控制回路设计
３．３．１前、下、后辊反馈控制系统
ＰＬＣ对前、下、后辊的反馈控制系统示意图
如图４所示．
图４ ＰＬＣ对前、下、后辊的反馈控制系统
ＰＬＣ根据程序要求，将给定信号【， 与反馈
信号【，Ｐ比较，得出输人控制信号ＡＵ，将ＡＵ
进行Ｄ／Ａ（数字量 拟量）转换，然后将转换后
的模拟量数据输人到液压系统，液压系统根据接
收的数据控制卷板机动作．卷板机通过编码器采
集数据，数据采集采用定时方式，时间间隔为
ＰＬＣ的扫描周期．数据经过计算机比较运算，得
出【，口，将【，ｐ与给定信号【， 比较，当ＡＵ达到
系统要求（△【，一０）时，表明辊子达到目标值，停
止此步程序，然后继续执行下一步程序．
３．３．２上辊的串级控制回路
上辊通过直流电机牵引，直流电机通过直流
调速器控制，ＰＬＣ控制直流调速器可达到控制
上辊的目的．上辊的串级控制回路如图５所示．
图５上辊的串级控制回路
３，３．２．１速度环
直流调速器具有对系统的ＰＩＤ调节的功
能，在此使用的是ＰＩ（比例一积分）调节器．速度
反馈信号由直流测速发电机提供．
其输入与输出的关系为：
（￡）＝ＫｐＰ（￡）＋ （ ）ｄ￡［１］
维普资讯 http://www.cqvip.com １１２ 沈阳化工学院学报 ２００５年
其中 （ｔ）为输出信号，ｅ（ｔ）为输入信号，Ｋ。为
比例系数，丁ｉ为积分时间常数．Ｋ。，丁＿是直流调
速器中的设置值，可以在计算机内部调整设置．
３．３．２．２位置环
安装在上辊的编码器直接反映出上辊的位
置，将上辊位置的反馈信号Ｕ 同输入信号Ｕ。
比较，得出速度环的系统给定信号Ｒ（Ｓ）．
３．４软件设计
３．４．１程序设计
根据图２和图６设计软件．编码器将当前位
置的数值传送给ＰＬＣ，触摸屏从ＰＬＣ将该数值
读出并且显示在屏幕上．启动程序时，ＰＬＣ根据 目标值控制液压机构和直流电机，控制辊子动
作，达到目标值；然后ＰＬＣ读取下一条命令，实
现自动运行目的． 设计应用程序画面，包括生成程序的画面．即根
据钢板实际情况，输入钢板半径、板宽、板长、屈
服极限、修正系数和实际要求的形状参数，即可
生成卷板过程的程序．同时还包括程序调用，．程
序存储，程序编辑画面．这些画面将在触摸屏上
显示出来，供操作人员使用．
程序设计软件使用ＰＬＣ编程软件ＣＸ—Ｐｒｏ—
ｇｒａｍｒｎｅｒ梯形图语言编程；触摸屏图形设计使用
三菱ＧＴ Ｄｅｓｉｇｎｅｒ软件设计图形．
４结束语
在实际应用中，该自动控制系统能够正常稳
定运行，准确监视辊子位置，达到程序设计的要
求，机器完全按照设计者思路运行．但是在实际
应用考虑到钢板的屈服极限不同，卷制的钢板回
弹也有所不同，因此，在设计时加入修正系数，在
提升前辊或者后辊时将该辊位置数值乘以修正
系数，增加提升的高度，使钢板在回弹后的弧度 与要求一致．
该四辊数控卷板机是国内第一台数控四辊
卷板机，开创了国内四辊卷板机数控技术的先
河，为四辊卷板机的数控发展奠定了基础．该卷
板机为河北宣化万丰机械有限公司订制．
图６程序设计流程
３．４．２画面设计 参考文献：
根据辊子的运行情况，监视辊子的当前位 ［１１吴麟．自动控制原理（上册）［Ｍ］．北京：清华大学出 置，设计监视画面．如图３所示．根据卷板的要求 版社，１９９０．１４６—１４９．
ＡｃｔｕａＩｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＮｕｍｅｒｉｃａＩ ＣｏｎｔｒｏＩ ｆｏｒ Ｆｏｕｒ—ｒｏｌｌｅｒ Ｂｅｎｄ ＲＯＩｌ
ＹＡＮＧ Ｓｈｕ—ｐｉｎｇ，ＭＡ Ｙｕｅ—ｓｈａｎ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ｉｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｔｕｄｙ＆Ｄｅｓｉｇｎ，
Ｃｈａｎｇｚｈｉ Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ，Ｃｈａｎｇｚｈｉ ０４６０１ １，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｅｘｐｌａｉｎｓ ｔｈｅ ｗａｙ ｏｆ ａｃｔｕａｌｉｚｉｎｇ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｆｏｕｒ—ｒｏｌｌｅｒ ｂｅｎｄ ｒｏｌｌｓ，
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｕｒ－ｒｏｌｌｅｒ ｂｅｎｄ ｒｏｌｌｓ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｅｄ，ａｎｄ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ
ａｃｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｕｒ—ｒｏｌｌｅｒ ｂｅｎｄ ｒｏｌｌｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｏｆ ｔｈｉｓ．Ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ
ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｕｒ－ｒｏｌｌｅｒ ｂｅｎｄ ｒｏｌｌｓ ｗａｓ ａｃｔｕａｌｉｚｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＰＬＣ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｆｏｕｒ－ｒｏｌｌｅｒ ｂｅｎｄ ｒｏｌｌｓ；ｔｏｕｃｈ ｓｃｒｅｅｎ； ｆｅｅｄｂａｃｋ；
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