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摘 要
在带钢的冷轧生产线上，由于来料钢卷的差异、辊面粗糙程度不一、辊子加工不精准、运送辊轴向不平行以及带钢张力的波动等原因，极易使带钢发生跑偏现象，因此研究一款具有高精度、高实时性的的带钢自动对中控制器具有现实意义。本论文以山海关同业板带 650 可逆冷连轧机改造的项目为背景，以开卷机为被控对象，液压装置为执行机构，内环选用位移传感器，外环选用光电测量传感器，主要从硬件和软件两个方面设计了一款带钢对中控制器。
硬件选用 8 位 PIC 单片机 PIC18F6620 作为系统的主控芯片，该芯片的抗干扰能力强，适用于干扰源众多、环境恶劣的轧制现场。基于带钢对中控制系统的工艺要求设计了数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出以及人机交互接口电路，着重分析了硬件的抗干扰措施。
基于 MPLAB 软件编写了接口程序，并通过实验验证了接口程序的正确性。实现了人机交互功能，操作人员可以通过控制器上的按键和 LCD 液晶屏，完成带钢对中模式选择、设置参数以及系统诊断等操作。控制算法采用模糊 PID，并通过仿真比较模糊 PID 比 PID 控制的优越性。然后构建了带钢对中控制器的主程序流程图，在中断程序中实现了双闭环控制，采样周期选择 10ms，并将模糊 PID 用 C 语言编入控制器中。
最后，基于模拟开卷机试验台，分别进行了开环控制、冲压操作、内环控制和双闭环控制的实验。通过实验结果可知，带钢对中控制系统采用双闭环控制的精度可达±0.5mm，调节时间为 0.35s 左右，完全符合项目的控制要求。
关键词：带钢对中系统；PIC 单片机；模糊 PID；实验研究
Abstract
The strip-offline may occur in cold rolling mill process because of the differences between supplied coil, the different roughness of roller surface, inaccurate process of roller, unparallel axial direction of transfer roller and tension fluctuation of strip steel. Therefore, it is significant to design a strip center position controller with high precision and highreal-time performance. This paper is based on the project of Reforming Shan Haiguan Tong Ye Strip 650 Reversible Cold Rolling Mill. Controlled object is decoiler and actuator is hydraulic device. Displacement sensor is used in the inner loop and photoelectric sensor is used in the outer loop. A strip steel center position controller is designed from hardware to software.
8 bit PIC single-chip PIC18F6620 is used as the main control chip. This single-chip with high antijamming capability is suitable for the rolling status which has many interference sources and bad environment. Digital input and output interface circuits, analog input and output interface circuits and human machine interface circuits are designed based on the center position system’s process requirement. Hardware antijamming measures are emphasized in this thesis.
Interface program is accomplished based on MPLAB software and interface program is testified to be correct. Man-machine interactive function is accomplished and operating people can select center position pattern, set parameters, diagnose, etc. Control algorithm is Fuzzy PID and we use simulation software to compare Fuzzy PID and PID algorithm.
Then the main flow chart is built. Dual closed-loop is accomplished in the interrupt program. Meanwhile, Fuzzy PID algorithm was programmed into the controller and the control period is 10ms.
Finally, the experiment of open-loop controlling, stamping, inner-loop controlling and dual closed-loop controlling is conducted on the simulative decoiler test-bed. Through the experiment results, the control accuracy is ±0.5mm with dual closed-loop controlling and settling time is 0.35s. The performance of the strip steel center position controller meets the need of the project.
Keywords: center position system of strip steel; PIC single-chip; Fuzzy PID; experiment research
智能带钢对中控制系统设计:
菜单设计实物图
模糊 PID 控制原理图
增益为 35.2 常规 PID 与模糊 PID 仿真结果
带钢对中控制实验
摩擦负载时 1-2.5V 和 4-2.5V 的阶跃响应
加载 1 时 1-2.5V 和 4-2.5V 的阶跃响应
目 录
摘 要
ABSTRACT
第 1 章 绪 论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 带钢跑偏的原因
1.3 国内外带钢对中系统的发展现状
1.3.1 纠偏控制系统的分类
1.3.2 纠偏控制的发展趋势
1.4 课题主要研究内容
第 2 章 带钢对中控制器硬件设计
2.1 控制器整体结构
2.2 主控芯片 PIC 单片机选型
2.3 基于 PIC18F6620 带钢对中控制器硬件电路设计
2.3.1 数字量接口电路设计
2.3.2 模拟量输入接口电路设计
2.3.3 模拟量输出接口电路设计
2.3.4 人机交互接口电路设计
2.3.5 电源电路设计
2.4 控制器印制电路板设计
2.5 硬件抗干扰措施
2.6 本章小结
第 3 章 带钢对中控制器软件设计
3.1 系统软件总体设计
3.2 初始化模块
3.2.1 单片机 I/O 口初始化
3.2.2 ADC、DAC 初始化
3.2.3 系统参数、LCD 初始化
3.2.4 定时器 1 初始化
3.3 模拟量输入输出子程序
3.3.1 驱动信号输出子程序
3.3.2 模拟信号采集子程序
3.4 EEPROM 存储子程序
3.5 人机交互界面设计
3.5.1 人机界面功能设计
3.5.2 人机界面软件编程
3.6 本章小结
第 4 章 带钢对中控制算法设计
4.1 模糊 PID 控制原理
4.1.1 PID 控制简介
4.1.2 模糊控制简介
4.1.3 模糊 PID 算法
4.2 模糊 PID 控制器设计及仿真
4.2.1 带钢对中控制系统建模
4.2.2 模糊 PID 控制器设计
4.2.3 系统仿真及其分析
4.3 带钢对中控制算法闭环实现
4.3.1 双闭环控制软件编程
4.3.2 模糊 PID 软件实现
4.4 本章小结
第 5 章 模拟实验验证
5.1 模拟实验条件
5.2 模拟实验调试方法和结果
5.3 本章小结
结 论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致 谢
作者简介
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