基于C8051F340的芯棒連續(xù)鍍鉻生產(chǎn)線輥道異常檢測裝置的設(shè)計及應(yīng)用

耿俊梅，李春光

(濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南濟(jì)源454650)

基于C8051F340的芯棒連續(xù)鍍鉻生產(chǎn)線輥道異常檢測裝置的設(shè)計及應(yīng)用

耿俊梅，李春光

(濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南濟(jì)源454650)

鍍鉻是限動芯棒生產(chǎn)的最后一道工序，一般采用行進(jìn)式連續(xù)鍍鉻工藝，由變頻器驅(qū)動多臺電機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)后帶動輥道完成工件的緩慢進(jìn)給。進(jìn)給異常會造成鍍層不均勻甚至起皮等嚴(yán)重質(zhì)量問題，給企業(yè)帶來重大損失。裝置對輥道的行進(jìn)進(jìn)行檢測，對驅(qū)動電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行輔助檢測，提供顯示和故障報警功能，解決了進(jìn)給異常問題。

鍍鉻;輥道;檢測;C8051F340

近幾年國內(nèi)無縫鋼管行業(yè)發(fā)展迅速，軋管生產(chǎn)的必備工具——芯棒的需求量日益增加。根據(jù)連軋管機(jī)組生產(chǎn)工藝的不同，芯棒可以分為全浮動芯棒、半浮動芯棒和限動芯棒3種，其中限動芯棒的生產(chǎn)一般采用鍛造方式，需要鍍鉻工藝。鍍鉻是限動芯棒生產(chǎn)的最后一道工序，直接決定了芯棒的使用壽命，是生產(chǎn)廠家極為關(guān)注的問題［1］。國外企業(yè)采用的的鍍鉻方式大多數(shù)是槽鍍，但據(jù)國內(nèi)使用廠家反饋，該種方式鍍鉻質(zhì)量不夠穩(wěn)定、環(huán)保較差，因此我國企業(yè)現(xiàn)大多采用拉鍍方式進(jìn)行鍍鉻，即行進(jìn)式連續(xù)鍍鉻，該種方式是由變頻器驅(qū)動多臺電機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)后帶動輥道完成工件的緩慢進(jìn)給，進(jìn)給速度一般在1m/h左右。但是，由于在工作中輥道的運行速度極慢，使得生產(chǎn)線極容易受到外界的干擾而發(fā)生異常停機(jī)現(xiàn)象，短時間內(nèi)肉眼根本無法發(fā)現(xiàn)，若停止運行時間過長，將出現(xiàn)鍍層不均勻甚至起皮等嚴(yán)重質(zhì)量問題，給企業(yè)造成重大財產(chǎn)損失［2］。長期以來，對于長芯棒(尤其是15～20米的超長芯棒)的鍍鉻問題，始終困擾著國內(nèi)芯棒生產(chǎn)企業(yè)［3］。

國內(nèi)芯棒生產(chǎn)企業(yè)想盡了各種辦法來提高設(shè)備的抗干擾能力，甚至有的廠家開始自己研究鍍鉻生產(chǎn)線，但是存在原有鍍鉻設(shè)備不能得到利用，新設(shè)備生產(chǎn)周期長，并且生產(chǎn)成本居高不下等諸多問題。

受中原特鋼芯棒分公司的委托，本單位對行進(jìn)式連續(xù)鍍鉻設(shè)備進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，設(shè)計出了一種針對該設(shè)備進(jìn)給狀態(tài)的檢測裝置，能夠?qū)Ξ惓５倪M(jìn)給停止進(jìn)行有效報警，很好地避免了質(zhì)量問題的出現(xiàn)。本設(shè)計現(xiàn)已取得國家知識產(chǎn)權(quán)局的實用新型專利證書，專利號201220586598.3。

一、設(shè)計思路

(一)信號采集

本設(shè)計需要對芯棒連續(xù)鍍鉻生產(chǎn)線輥道行進(jìn)狀況進(jìn)行檢測。由于輥道的行進(jìn)速度正比于電動機(jī)轉(zhuǎn)速或減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速，理論上檢測誰都可以?？紤]到檢測信號越接近輥道，誤檢測的可能越低，所以選擇了對減速機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測;同時考慮到安裝方便，最終選擇了對減速器一級輸出軸的轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測［4］。

圖1為探測器安裝圖，其中永磁磁塊2牢固粘貼在減速器一級輸出軸1上，霍爾傳感器3垂直于該軸安裝。輸出軸每旋轉(zhuǎn)一周就有一個或多個磁塊就掃過霍爾傳感器，產(chǎn)生持續(xù)的方波信號，并由引出線傳送給主機(jī)［5］。

本設(shè)計還對電動機(jī)的工作電壓、工作電流、漏電和轉(zhuǎn)速進(jìn)行了檢測，作為對鍍鉻生產(chǎn)線輥道行進(jìn)的輔助檢測，申請專利時為保護(hù)目標(biāo)明確，未對此進(jìn)行申請。

圖1 探測器安裝圖

(二)主機(jī)和報警裝置安裝與功能

主機(jī)和聲光報警裝置安裝在輥道旁邊醒目位置處，如圖2所示。其中8為主機(jī)，7為聲光報警裝置，安裝在面板9上。

主機(jī)由電源、主控板、液晶顯示器、機(jī)殼等幾部分組成。電源將AC220V轉(zhuǎn)化為+5V、+3.3V、± 12V等，供數(shù)據(jù)處理使用;液晶采用基于ST7920的深圳安德爾12864D顯示屏，動態(tài)顯示當(dāng)前時間、電機(jī)工作參數(shù)(電壓、電流和轉(zhuǎn)速等)、輥道運行狀態(tài);主控芯片采用C8051F340，檢測霍爾傳感器送來的方波信號，當(dāng)方波頻率不滿足設(shè)定要求時，發(fā)出聲光報警。當(dāng)電動機(jī)出現(xiàn)過壓、欠壓、過載、漏電、轉(zhuǎn)速變化過大等故障時，僅控制報警燈閃爍。工作人員檢修后，可按下復(fù)位鍵解除報警［6］。

圖2 主機(jī)和聲光報警裝置安裝示意圖

(三)基于C8051F340的輥道異常檢測裝置

1.主芯片選擇

第三，改善養(yǎng)殖生產(chǎn)方式。為有效解決防疫工作，應(yīng)從養(yǎng)殖區(qū)域環(huán)境規(guī)?；胧?。應(yīng)從養(yǎng)殖場開始，由于散養(yǎng)動物科學(xué)含量低、觀念淡薄，防疫能力低等問題，故應(yīng)建設(shè)養(yǎng)殖區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)化的養(yǎng)殖場是讓散養(yǎng)戶改變生產(chǎn)方式的主要策略，在規(guī)?；B(yǎng)殖場建設(shè)上，應(yīng)遵循發(fā)展和規(guī)范的原則，健全動物防疫標(biāo)準(zhǔn)，實施安全、清潔等操作。只有養(yǎng)殖場不斷邁向集約化和標(biāo)準(zhǔn)化方向，升級養(yǎng)殖場規(guī)模，提升畜牧業(yè)現(xiàn)代化水平，方可控制動物疫病。

主控芯片選用C8051F340。C8051F340擁有較強(qiáng)的抗干擾能力，是擁有片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器、電壓調(diào)整器、看門狗定時器和時鐘振蕩器的混合信號片上系統(tǒng)型MCU，同時還具有以下功能:

(1)與8051兼容的高速、流水線結(jié)構(gòu)的微控制器內(nèi)核。

(2)在系統(tǒng)調(diào)試。

(3)符合2.0版的USB功能控制器。

(4)可通過交叉開關(guān)配置的多路200ksps的10位逐次逼近型單端/差分ADC。

(5)精確校準(zhǔn)的12MHz內(nèi)部振蕩器。

(6)4352字節(jié)片內(nèi)RAM，可在系統(tǒng)編程的64KB的片內(nèi)FLASH。

(8)4路16位定時器，5個可編程計數(shù)器/定時器陣列(PCA)。

2.硬件電路框圖

圖3給出了基于C8051F340的芯棒連續(xù)鍍鉻生產(chǎn)線輥道異常檢測裝置控制單元硬件構(gòu)成框圖，主要分為以下幾部分:

(1)電源部分:采購自市場上的高性能開關(guān)電源。

(2)時鐘電路:分外部時鐘和實時時鐘兩種。外部鐘來自12MHz晶振，實時時鐘來自DS1302芯片。

(3)復(fù)位電路:復(fù)位電路同時起到報警解除功能。

(4)ADC接口電路:處理三相電壓、電流信號和漏電檢測信號等模擬信號。由電壓互感器、電流互感器、零序電流互感器等采集相關(guān)信號，經(jīng)濾波整形變換后交給A/D進(jìn)行處理。

(5)普通I/O輸入:接收開關(guān)量或脈沖信號信號。開關(guān)量包括移位和確認(rèn)兩個獨立按鍵，配合液晶顯示屏可以對當(dāng)前時間、最大允許停機(jī)時間、電機(jī)過欠壓、漏電、過載、轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，同時可以進(jìn)行故障查詢、清除等功能。脈沖信號來自霍爾傳感器［7］。

(6)普通I/O輸出:用來驅(qū)動12864液晶顯示屏和聲光報警。液晶屏鑲嵌在機(jī)殼表面，為減少連線，采用串行控制;聲光報警用固態(tài)繼電器驅(qū)動。

圖3 硬件構(gòu)成框圖

3.軟件流程圖

主程序流程圖如圖4所示。主程序的主要功能包括脈沖檢測、讀實時時鐘、寫液晶屏、按鍵處理、報警輸出等。多路模擬信號在AD中斷程序中完成，包括有效值計算、超限判別等，限于篇幅所限，此處不再給出。

圖4 主程序流程圖

三、應(yīng)用效果

芯棒的價格昂貴(Φ156.3mm小規(guī)格進(jìn)口鍍鉻芯棒平均每支也需20萬元左右)，如果在最后一道鍍鉻工序上出差錯企業(yè)相當(dāng)難以接受。而每次不被發(fā)現(xiàn)的異常停機(jī)都會照成嚴(yán)重事故，需要運走進(jìn)行退鉻處理，然后重新鍍鉻，額外增加費用在10000-30000元/根之間。若考慮工時、延遲交貨給企業(yè)的傷害等因素，損失將更加嚴(yán)重。

本次設(shè)計的基于C8051F340的芯棒連續(xù)鍍鉻生產(chǎn)線輥道異常檢測裝置可以安裝在所有行進(jìn)式連續(xù)鍍鉻生產(chǎn)設(shè)備上。使用時只需要安裝在合適的位置上，通過按鍵設(shè)置相關(guān)參數(shù)即可。如有特殊要求，也可以使用系統(tǒng)在線升級功能。

本檢測裝置現(xiàn)已安裝在中原特鋼芯棒分公司的鍍鉻設(shè)備上，使用將近1年，至今運行良好。其中1#設(shè)備上安裝的檢測裝置最多時一個月內(nèi)成功檢測出了5次輥道異常故障，為企業(yè)挽回了重大損失，深受企業(yè)好評。

［1］楊秀琴.連軋管機(jī)用芯棒的發(fā)展?fàn)顩r［J］.鋼管，2012，(6).

［2］馬坤，郭瑞興，張曉冬.芯棒鍍鉻裝置的設(shè)計［J］.冶金設(shè)備，2010，(6).

［3］爾·托維尼，格·巴耳齊.生產(chǎn)無縫鋼管的限動芯棒連續(xù)軋管機(jī)［J］.鋼管，1977，(1).

［4］耿俊梅，等.一種芯棒連續(xù)鍍鉻生產(chǎn)線輥道異常檢測裝置［P］.2013.

［5］陳育中.霍爾傳感器測速系統(tǒng)的設(shè)計［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2010，(10).

［6］王希軍，郭瑞興.一種芯棒鍍鉻機(jī)組及特點［J］.技術(shù)改造，2013，(12).

［7］梁森，等著.自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［責(zé)任編輯 程光輝］

Design and Application of Mandrel Chrome Plating Production Line Roller Anomaly Detection Device Based on C8051F340

GENG Jun-mei，LI Chun-guang
(Jiyuan Vocational and Technical College，Jiyuan 454650，Henan)

Chromate is the last working procedure of limiting mandrel production，which uses the moving type continuous chrome plating，and then it can drive roller to complete the work piece feed after the frequency converter driving multiple motors go through decelerator.If the feed speed is slow or unexpected shutdown，it will cause the inhomogeneous coating，even a leather and other serious quality problems，at the same time it will bring huge losses to the enterprise.Detecting the roller moving device，aided detecting on the driving motor to make it provide a liquid crystal display and alarm functions，can solve the problem of roller abnormal shutdown.

chromate;roller;detection;C8051F340

10.3969/j.issn.1672-0342.2014.02.002

TG155.5

A

1672-0342(2014)02-0005-04

2014-06-11

耿俊梅(1972-)，女，遼寧新民人，濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，重慶大學(xué)工程碩士，研究方向為控制工程。