摘要：武鋼第二熱軋廠采用新的工藝、新的設(shè)備提高帶鋼板材的質(zhì)量,橫切線為2250mm寬板線,屬國(guó)內(nèi)首條線,有2臺(tái)矯直機(jī)組成,矯直機(jī)不僅能矯直板材,而且還能消除板材的內(nèi)應(yīng)力,提高板材的質(zhì)量,每臺(tái)矯直機(jī)采用了當(dāng)今世界先進(jìn)的四個(gè)主液壓缸的主壓下裝置.其中每一個(gè)缸的矯直力達(dá)14000KN,位置控制精度要求達(dá)到<0.05mm,隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展,為實(shí)現(xiàn)其控制功能提供了一個(gè)有力的保證.主壓下裝置的位置AGC是矯直機(jī)的一個(gè)重要的控制環(huán)節(jié),它由FM458進(jìn)行位置信號(hào)、力的信號(hào)采集、計(jì)算,得出相應(yīng)的AGC 輸出值,輸出到位置控制回路參加位置控制.
　　主液壓缸位置閉環(huán)的控制,是PLC通過(guò)接受來(lái)自SMS模型機(jī)的位置同步設(shè)定值與校準(zhǔn)值進(jìn)行比較,然后與來(lái)自SMS模型機(jī)的傾斜值,旋轉(zhuǎn)值, AGC運(yùn)算輸出值,經(jīng)過(guò)計(jì)算得出位置實(shí)際設(shè)定值作為設(shè)定值,同時(shí)采集位置當(dāng)前值作為位置反饋值,與設(shè)定值相減,其差值經(jīng)過(guò)比例運(yùn)算器運(yùn)算產(chǎn)生一輸出值,控制伺服閥驅(qū)動(dòng)液壓缸接近設(shè)定位置值, 當(dāng)設(shè)定值與實(shí)際值的差值很小時(shí),起動(dòng)差值積分回路,對(duì)伺服閥進(jìn)行補(bǔ)償.

關(guān)鍵詞：二熱軋 橫切線 控制原理 控制流程

一、概述
　　隨著各行各業(yè)的發(fā)展,人們對(duì)熱軋帶鋼的質(zhì)量要求越來(lái)越高,這種要求促使了人們用新的手段對(duì)帶鋼的加工工藝進(jìn)行有效的控制,世界上一些先進(jìn)的工業(yè)化國(guó)家,均采用新的工藝、新的設(shè)備提高帶鋼板材的質(zhì)量．
　　武鋼第二熱軋廠橫切線為2250mm寬橫切線,它在國(guó)內(nèi)屬首條線,由德國(guó)SMS-DEMAG公司設(shè)計(jì)的,此線有2臺(tái)矯直機(jī)組成,矯直機(jī)不僅能矯直板材,而且還能消除板材的內(nèi)應(yīng)力,提高板材的質(zhì)量,1號(hào)矯直機(jī)為帶鋼矯直機(jī),它負(fù)責(zé)將開(kāi)卷機(jī)開(kāi)出的帶鋼進(jìn)行矯直.2號(hào)矯直機(jī)為鋼板矯直機(jī),它負(fù)責(zé)將飛剪機(jī)剪成的鋼板進(jìn)行矯直,2臺(tái)矯直機(jī)為一相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng),每臺(tái)矯直機(jī)采用了當(dāng)今世界先進(jìn)的四個(gè)主液壓缸的主壓下裝置、頂部液壓缸楔鐵位置控制裝置、底輥液壓缸楔鐵位置控制裝置等多項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備.其中每一個(gè)缸的矯直力達(dá)14000KN,位置控制精度要求達(dá)到<0.05mm,隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展,為實(shí)現(xiàn)其控制功能提供了一個(gè)有力的保證.

二、橫切線生產(chǎn)工藝圖



三、控制系統(tǒng)的基本組成
　　矯直機(jī)控制系統(tǒng)由1臺(tái)SIEMENS S7-400 PLC,2臺(tái)FM458應(yīng)用功能處理器,2臺(tái)EXM438 I/O模板,2臺(tái)PROFBUS網(wǎng)絡(luò)處理模板,1臺(tái)Ethernet處理模板,電源模板,1８槽底板,及遠(yuǎn)程I/O站ET200等設(shè)備組成.

３.1機(jī)箱
　　機(jī)箱是SIEMENS PLC的硬件基礎(chǔ),用于插裝各種模板,本系統(tǒng)采用的是SIEMENS S7-400的18槽中央機(jī)箱,機(jī)箱提供內(nèi)部通訊總線,以實(shí)現(xiàn)模板之間的內(nèi)部通訊及CPU-416與FM-458之間的通訊.

３.2 CPU控制器
　　矯直機(jī)控制系統(tǒng)由SIEMENS S7-400 PLC組成,由1塊CPU-416模塊,完成對(duì)2臺(tái)矯直機(jī)的邏輯控制、頂部楔鐵位置、底部楔鐵位置、網(wǎng)絡(luò)通訊、與FM458的通訊及I/O的控制功能,開(kāi)發(fā)軟件為STEP7,它們運(yùn)行在Windows NT環(huán)境下,另外遠(yuǎn)程I/O采用ET200站,位置傳感器均通過(guò)PROFBUS網(wǎng)連接,然后通過(guò)光纜連接到主機(jī)。

３.3應(yīng)用功能處理器
　　使用2塊FM-458應(yīng)用功能處理器及I/O模板,分別對(duì)1、2號(hào)矯直機(jī)的主壓下裝置的位置AGC進(jìn)行控制,它們運(yùn)行在Windows NT環(huán)境下.FM458應(yīng)用功能處理器必須放置在帶有SIMATIC P-BUS,K-BUS總線的S7-400底板上.FM458能進(jìn)行128MHz 64bit的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算,有0.1ms的快速循環(huán)周期等.其I/O連接通過(guò)EXM438 I/O模板進(jìn)行,EXM438模板提供數(shù)字和模擬I/O及增量和絕對(duì)值編碼器通道.

３.4 PROFBUS網(wǎng)通訊模板
　　負(fù)責(zé)PROFBUS網(wǎng)絡(luò)的通訊工作,該系統(tǒng)中分布式I/O ET200站,位置傳感器等均連接在PROFBUS網(wǎng)上。

四、控制功能

４.1.主壓下裝置的位置AGC控制
　　主壓下裝置的位置AGC是矯直機(jī)的一個(gè)重要的控制環(huán)節(jié),它由FM458通過(guò)CFC編程的,進(jìn)行位置信號(hào)、力的信號(hào)采集、計(jì)算,得出相應(yīng)的AGC 輸出值,輸出到位置控制回路參加位置控制,主要控制方法是PLC采集入口,出口側(cè)的力分別相加得出總力,相減得出差值。


  　　1)總力乘上AGC系數(shù),減去校準(zhǔn)的彈跳系數(shù)作為積分的設(shè)定值, 設(shè)定值再與積分反饋值相減得出積分輸入量,輸入到積分器,積分器輸出后與同步比例放大倍數(shù)Kp相乘,經(jīng)限幅處理后輸出到位置控制環(huán)節(jié),與位置控制給定值進(jìn)行相加.參與位置控制.

　　2)相減得差值乘上AGC的系數(shù)后再乘上傾斜系數(shù)作為積分的設(shè)定值,設(shè)定值再與積分反饋值相減得出積分輸入量, 輸入到積分器,積分器輸出后與同步比例放大倍數(shù)Kp相乘,經(jīng)上,下限幅處理后輸出到位置傾斜控制環(huán)節(jié), 與位置控制給定值進(jìn)行相加.參與位置控制.

４.２主壓下裝置的位置閉環(huán)控制
　　每臺(tái)矯直機(jī)有四個(gè)主液壓缸,它們與矯直機(jī)的上輥架直接相連接,主壓下液壓缸直接負(fù)責(zé)矯直工作,它的位置精度好壞直接影響矯直質(zhì)量. 它由FM458編程控制,具體控制框圖如下圖所示:


  　　主液壓缸位置閉環(huán)的控制,是PLC通過(guò)接受來(lái)自SMS模型機(jī)的位置同步設(shè)定值與校準(zhǔn)值進(jìn)行比較,然后與來(lái)自SMS模型機(jī)的傾斜值,旋轉(zhuǎn)值, AGC運(yùn)算輸出值,經(jīng)過(guò)計(jì)算得出位置實(shí)際設(shè)定值作為設(shè)定值,同時(shí)采集位置當(dāng)前值作為位置反饋值,與設(shè)定值相減,其差值經(jīng)過(guò)比例運(yùn)算器運(yùn)算產(chǎn)生一輸出值,控制伺服閥驅(qū)動(dòng)液壓缸接近設(shè)定位置值, 當(dāng)設(shè)定值與實(shí)際值的差值很小時(shí),起動(dòng)差值積分回路,對(duì)伺服閥進(jìn)行補(bǔ)償.
　　主液壓缸校準(zhǔn)環(huán)節(jié)的控制,力的閉環(huán)只是用于校準(zhǔn)環(huán)節(jié),在校準(zhǔn)環(huán)節(jié)中,首先,矯直機(jī)的上輥架在開(kāi)起最大位,當(dāng)校準(zhǔn)命令起動(dòng)后, 矯直機(jī)的上輥架按位置控制方式向下壓,當(dāng)上輥架與校準(zhǔn)墊板全面接觸,且四個(gè)主液壓鋼接觸壓力均達(dá)到時(shí),PLC產(chǎn)生一命令將當(dāng)前主液壓缸的位置閉環(huán)方式切換到力的閉環(huán)方式下進(jìn)行控制,按F1.1力的設(shè)定值進(jìn)行控制.當(dāng)四個(gè)缸的力均到達(dá)F1.1后,PLC再產(chǎn)生一命令切換到力的設(shè)定值F1.2,按F1.2進(jìn)行控制, 當(dāng)四個(gè)缸的力均到達(dá)F1.2后.PLC產(chǎn)生一命令讀當(dāng)前值作為校準(zhǔn)值,之后將上輥架抬升到最大位,校準(zhǔn)工作完成.

四. 工藝流程

　　矯直機(jī)自動(dòng)控制工藝流程,如流程圖所示。
 
五.結(jié)束語(yǔ)
　　SIEMENS S7-416 PLC 及FM458應(yīng)用功能處理器,是一種多功能,性能穩(wěn)定的控制器,適用于快速、復(fù)雜的控制任務(wù)。各選擇1塊FM458用于每1臺(tái)矯直機(jī)液壓位置控制，完成位置檢測(cè)位置、位置計(jì)算、位置控制、邏輯連鎖及操作顯示方法是行之有效的。