据了解，我国能源使用效率仅为美国的26.9%，日本的11.5%，是全世界自然资源浪费最严重的国家之一，而工程机械内燃机产品是除汽车行业外的第二大使用行业，由于其排放密度大，排放指标劣于汽车，因此对环境的污染更为严重。

　　中国工程机械工业协会会长祁俊表示，我国是世界上最大的建筑工地，工程建设带动着工程机械行业飞速发展。由于对工程机械产品排放要求一直比较宽松，使得市场上大量充斥着高排放的产品，已成为我国目前环境的沉重负担，因此，业内呼吁国内工程机械行业走节能环保之路，同时，也有人指出，我国节能环保工程机械行业将面临重要机遇。

　　据最新发布的中国环保机械行业协会分析报告预计，2013全年将有系列支持环保产业发展的政策进入实施阶段，节能环保工程机械行业战略机遇期凸显，四辊卷板机预计全行业增长率将超过25%.

     
      通过理论分析 及仿真获得上辊的挠曲特性，提出主动补偿方法改善上辊挠曲变形，并仿真分析了 补偿效果。

      首先研究了卷板成形过程中的力学参数，得出了上辊和板料之间的接触正压力 大小；接着分析了上辊在自重和工作载荷作用下的挠度变化规律，并通过理论数值 优化方法和基于ＡＮＳＹＳ的有限元优化方法，四辊卷板机对上辊支承辊的数量、位置及施加载 荷的分布进行了合理优化，为减小上辊的挠曲变形和挠度预补偿等提供了理论依 据；再次采用上辊多点支撑的挠度补偿技术对挠度进行预补偿，上辊支承辊部分共 有多组，按优化结果分布，在卷制作业前，根据仿真结果通过电液推杆推拉斜铁对 上辊支承辊高度进行预先补偿，使卷制件的精度满足要求；最后通过传感器实时检 测作业时支承辊的挠度补偿误差，通过计算机控制的伺服电机和电动推杆推动调整 斜铁，实现对上辊挠度的多点、独立、自动快速补偿，提高工件卷制精度和效率。

      研究结果表明，该研究可以为上辊系统的改进设计提供指导性意见，所提出的主动 补偿方法可以提高卷板的质量，在工程应用中有一定的指导意义。

        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 . ( 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 PL C 的采集信号监视辊 子位置和状态 .1 机器工作原理 该四辊卷板机主要机械组成有 : 上 下 前 后辊 ,支撑辊和其他辅助结构 ,如图 1 所示 .2 控制系统硬件 系统动力线路采用三相 380 V , Hz 交流 50 电源供电 ,控制电路通过变压器将 380 V 转换为 220 V , V 供电 . 控制部件和显示器集中安装 110 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 PL C ( 可编程控 制器) 采用 OMRON C200 HX PL C. 显示屏采用 M ITSUB ISHI A970 GO T 触摸屏人机界面 . 显示 屏通过 RS232 标准通讯接口与 C200 HX CPU 相 连接 , 触摸屏与 PL C 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.四辊卷板机工作原理图Vol119 , No 12 J un. 2005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 收稿日期 : 2004 - 07 - 13 3 数控的实现 系统流程如图 2 所示 .作者简介 : 杨树平 (1960 - ) ,男 ,山西长治人 ,工程师 ,大专 ,主要从事电气自动化的研究 . 第 2 期 杨树平 ,等 :四辊卷板机的数控实现111上输入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 图2 系统流程PL C 对前 , , 下 后辊的反馈控制系统示意图 如图 4 所示 .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 . PL C 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 PL C 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 PL C 发送信息 ,表示达到下限位 .3. 2 触摸屏和终端操作 图 4 PLC 对前 , , 下 后辊的反馈控制系统PL C 根据程序要求 ,将给定信号 U r 与反馈 信号 U P 比较 , 得出输入控制信号 Δ U , 将 Δ U 进行 D/ A ( 数字量/ 模拟量) 转换 , 然后将转换后 的模拟量数据输入到液压系统 ,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 PL C 的扫描周期 . 数据经过计算机比较运算 , 得 出 U p ,将 U p 与给定信号 U r 比较 , 当 Δ U 达到 系统要求 (Δ U → ) 时 ,表明辊子达到目标值 , 停 0 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 , PL C 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 .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5 上辊的串级控制回路 图3 操作台和触摸屏3. 3. 2. 1 速度环 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 输入数据和生成程序的功能 . PL C 通过触摸屏 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2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 :m ( t ) = Kp e ( t ) + Kp Ti ∫ e ( t) d t 0 t [1 ] 112沈 阳 化 工 学 院 学 报 2005 年 其中 m ( t ) 为输出信号 , e ( t ) 为输入信号 , Kp 为 比例系数 , T i 为积分时间常数 . Kp , T i 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 t 同输入信号 U o 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 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 PL C 编程软件 CX2Pro2 grammer 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 .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 PL C , 触摸屏从 PL C 将该数值读出并且显示在屏幕上 . 启动程序时 , PL C 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 PL C 读取下一条命令 , 实现自动运行目的 .

      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 .