武钢二热轧厂横切线矫直机控制系统

本文已发表在《武钢技术》期刊2004年第3期 刊号：CN42-1209/TF 摘要： 　　武钢第二热轧厂采用新的工艺、新的设备提高带钢板材的质量,横切线为2250mm宽板线,属国内首条线,有2台矫直机组成,矫直机不仅能矫直板材,而且还能消除板材的内应力,提高板材的质量,每台矫直机采用了当今世界先进的四个主液压缸的主压下装置.其中每一个缸的矫直力达14000KN,位置控制精度要求达到<0.05mm,随着计算机控制技术的发展,为实现其控制功能提供了一个有力的保证.主压下装置的位置AGC是矫直机的一个重要的控制环节,它由FM458进行位置信号、力的信号采集、计算,得出相应的AGC 输出值,输出到位置控制回路参加位置控制. 　　主液压缸位置闭环的控制,是PLC通过接受来自SMS模型机的位置同步设定值与校准值进行比较,然后与来自SMS模型机的倾斜值,旋转值, AGC运算输出值,经过计算得出位置实际设定值作为设定值,同时采集位置当前值作为位置反馈值,与设定值相减,其差值经过比例运算器运算产生一输出值,控制伺服阀驱动液压缸接近设定位置值, 当设定值与实际值的差值很小时,起动差值积分回路,对伺服阀进行补偿. 关键词： 二热轧 横切线 控制原理 控制流程 一、概述 　　随着各行各业的发展,人们对热轧带钢的质量要求越来越高,这种要求促使了人们用新的手段对带钢的加工工艺进行有效的控制,世界上一些先进的工业化国家,均采用新的工艺、新的设备提高带钢板材的质量． 　　武钢第二热轧厂横切线为2250mm宽横切线,它在国内属首条线,由德国SMS-DEMAG公司设计的,此线有2台矫直机组成,矫直机不仅能矫直板材,而且还能消除板材的内应力,提高板材的质量,1号矫直机为带钢矫直机,它负责将开卷机开出的带钢进行矫直.2号矫直机为钢板矫直机,它负责将飞剪机剪成的钢板进行矫直,2台矫直机为一相对独立的系统,每台矫直机采用了当今世界先进的四个主液压缸的主压下装置、顶部液压缸楔铁位置控制装置、底辊液压缸楔铁位置控制装置等多项先进的技术设备.其中每一个缸的矫直力达14000KN,位置控制精度要求达到<0.05mm,随着计算机控制技术的发展,为实现其控制功能提供了一个有力的保证. 二、横切线生产工艺图 三、控制系统的基本组成 　　矫直机控制系统由1台SIEMENS S7-400 PLC,2台FM458应用功能处理器,2台EXM438 I/O模板,2台PROFBUS网络处理模板,1台Ethernet处理模板,电源模板,1８槽底板,及远程I/O站ET200等设备组成. ３.1机箱 　　机箱是SIEMENS PLC的硬件基础,用于插装各种模板,本系统采用的是SIEMENS S7-400的18槽中央机箱,机箱提供内部通讯总线,以实现模板之间的内部通讯及CPU-416与FM-458之间的通讯. ３.2 CPU控制器 　　矫直机控制系统由SIEMENS S7-400 PLC组成,由1块CPU-416模块,完成对2台矫直机的逻辑控制、顶部楔铁位置、底部楔铁位置、网络通讯、与FM458的通讯及I/O的控制功能,开发软件为STEP7,它们运行在Windows NT环境下,另外远程I/O采用ET200站,位置传感器均通过PROFBUS网连接,然后通过光缆连接到主机。 ３.3应用功能处理器 　　使用2块FM-458应用功能处理器及I/O模板,分别对1、2号矫直机的主压下装置的位置AGC进行控制,它们运行在Windows NT环境下.FM458应用功能处理器必须放置在带有SIMATIC P-BUS,K-BUS总线的S7-400底板上.FM458能进行128MHz 64bit的浮点数运算,有0.1ms的快速循环周期等.其I/O连接通过EXM438 I/O模板进行,EXM438模板提供数字和模拟I/O及增量和绝对值编码器通道. ３.4 PROFBUS网通讯模板 　　负责PROFBUS网络的通讯工作,该系统中分布式I/O ET200站,位置传感器等均连接在PROFBUS网上。 四、控制功能 ４.1.主压下装置的位置AGC控制 　　主压下装置的位置AGC是矫直机的一个重要的控制环节,它由FM458通过CFC编程的,进行位置信号、力的信号采集、计算,得出相应的AGC 输出值,输出到位置控制回路参加位置控制,主要控制方法是PLC采集入口,出口侧的力分别相加得出总力,相减得出差值。 　　1)总力乘上AGC系数,减去校准的弹跳系数作为积分的设定值, 设定值再与积分反馈值相减得出积分输入量,输入到积分器,积分器输出后与同步比例放大倍数Kp相乘,经限幅处理后输出到位置控制环节,与位置控制给定值进行相加.参与位置控制. 　　2)相减得差值乘上AGC的系数后再乘上倾斜系数作为积分的设定值,设定值再与积分反馈值相减得出积分输入量, 输入到积分器,积分器输出后与同步比例放大倍数Kp相乘,经上,下限幅处理后输出到位置倾斜控制环节, 与位置控制给定值进行相加.参与位置控制. ４.２主压下装置的位置闭环控制 　　每台矫直机有四个主液压缸,它们与矫直机的上辊架直接相连接,主压下液压缸直接负责矫直工作,它的位置精度好坏直接影响矫直质量. 它由FM458编程控制,具体控制框图如下图所示: 　　主液压缸位置闭环的控制,是PLC通过接受来自SMS模型机的位置同步设定值与校准值进行比较,然后与来自SMS模型机的倾斜值,旋转值, AGC运算输出值,经过计算得出位置实际设定值作为设定值,同时采集位置当前值作为位置反馈值,与设定值相减,其差值经过比例运算器运算产生一输出值,控制伺服阀驱动液压缸接近设定位置值, 当设定值与实际值的差值很小时,起动差值积分回路,对伺服阀进行补偿. 主液压缸校准环节的控制,力的闭环只是用于校准环节,在校准环节中,首先,矫直机的上辊架在开起最大位,当校准命令起动后, 矫直机的上辊架按位置控制方式向下压,当上辊架与校准垫板全面接触,且四个主液压钢接触压力均达到时,PLC产生一命令将当前主液压缸的位置闭环方式切换到力的闭环方式下进行控制,按F1.1力的设定值进行控制.当四个缸的力均到达F1.1后,PLC再产生一命令切换到力的设定值F1.2,按F1.2进行控制, 当四个缸的力均到达F1.2后.PLC产生一命令读当前值作为校准值,之后将上辊架抬升到最大位,校准工作完成. 四. 工艺流程 矫直机自动控制工艺流程,如流程图所示 五.结束语 　　SIEMENS S7-416 PLC 及FM458应用功能处理器,是一种多功能,性能稳定的控制器,适用于快速、复杂的控制任务。各选择1块FM458用于每1台矫直机液压位置控制，完成位置检测位置、位置计算、位置控制、逻辑连锁及操作显示方法是行之有效的。 在本文撰写过程中,得到了武钢自动化公司熊进、雷锐光，二热轧三电组陈钧洲等同仁的指导和帮助，特此感谢！