ф380/ф960×1750 四重不可逆冷轧机控制系统

摘要： 　　采用全网络化、数字化控制的ф380/ф960×1750 四重不可逆冷轧机控制系统，实现了速度、张力控制。介绍了系统网络组成和各种网络的组成、速度控制、张力控制、上料自动和厚度控制系统。并 着重介绍了张力控制和厚度控制。实际应用表明，系统控制精度高，具有较高的动、静品质和可靠性。 关键词： 　　DH+、间接张力控制、轧辊同步 一、概述 　　美亚铝厂ф380/ф960×1750 四重不可逆冷轧机项目是涿神有色金属加工专用设备有限公司的第一台出口东南亚的铝加工成套设备。针对用户提出的要降低轧机操作者的劳动强度，尽可能降低操作失误从而提高产品成品率的要求，本套设备配制有部分自动或半自动功能设计。 二、机组性能 1、主要技术指标 轧制来料：纯铝及铝合金（包含1000，3000，5000 和8000 系列） 来料宽度：950～1550mm 成品宽度：900～1550mm（切边时） 最大卷重：8500Kg 来料最大厚度：10mm 成品最小厚度：0.6mm 最大张力：20000Kg 最大轧制速度：400m/min 最大卷径：1700mm 最小卷径：510mm 最大轧制力：1000T 2、主要电气设备参数 主机电机（两台机械串联）：P=934KW，U=630V，I=1600A，n=500/1000rpm 开卷机电机：P=453KW，U=400V，I=1254A，n=395/1000rpm，If=35A 卷取机电机（两台机械串联）：P=453KW，U=400V，I=1254A，n=395/1000rpm，If=35A 三、控制系统组成 　　轧制控制系统设计成三级网络控制，传动级为零级，采用ABB 的DCS500B驱动模块，其速度控制精度1/20000，转矩控制精度1/4000。装置配有NPBA-12Profibus-DP 通讯卡，与PLC 构成Profibus-DP 通讯网络。基础自动化级为一级，采用Rockwell 公司的RSLogix5000可编程控制器，配有第三方（SST 公司）的Profibus 适配器模块SST-PFB-CLX 模板接入网络。上位监控计算机为二级，带有RsView32 监控软件。为减少维护量和电缆敷设量，各操作台箱和泵阀站接线箱均设有远程I/O 站。PLC 与远程站点之间利用RSLinx 平台通过ControlNet 网络进行数据传送，接受远程I/O 站的控制信号，并发出控制指令；PLC 与传动系统通过Profibus-DP 通讯方式实现轧机的速度和转矩控制；PLC与上位机之间以ControlNet 网络的方式进行数据交互，包括轧制速度、张力的设定等，并可以显示轧机的运行状态，如轧制线速度、电机的电枢电流、卷径等。 　　ControlNet 网络进行数据传送，接受远程I/O 站的控制信号，并发出控制指令；PLC 与传动系统通过Profibus-DP 通讯方式实现轧机的速度和转矩控制；PLC与上位机之间以ControlNet 网络的方式进行数据交互，包括轧制速度、张力的设定等，并可以显示轧机的运行状态，如轧制线速度、电机的电枢电流、卷径等。 MAT 冷轧机电控系统网络图 系统中的各种网络简介： 1.ControlNet 　　包括RSLogix5000 的PLC 机架、远程I/O 机架、PanelView 人机接口、RSView32 上位机工作站和编程器。 2、EtherNet 　　以OPC Server/Client 方式进行数据交互的EtherNet 网络接入了MAT 公司内部的物流管理系统（MFS）网络，其中包括向冷轧机发送生产指令和参数的LabView 上位机、HoneyWell 公司生产的测厚仪和RSView32 上位机工作站。 3、DH+ 　　负责RSLogix5000 机架与AutoMax 机架之间的数据传送。 4、RS232 　　AutoMax PLC 的编程接口和RSLogix5000 PLC 的编程接口。在实际应用中RSLogix5000 PLC 的编程接口一般利用1784-PCIC 卡接入更快速高效的ControlNet 网络。 5、ProfiBus-DP 　　在PLC 端配有第三方（SST 公司）的Profibus 适配器模块SST-PFB-CLX 模板接入ProfiBus-DP 网络。在直流电机驱动器端配有Profibus 适配器模块NPBA-12，NPBA-12 利用光纤这种传输媒介搭建起了PLC 与DCS500B 之间的信息交互通道。用SST 软件将各个ProfiBus-DP 网络上的站点组态好，并定义好网络中必要的一些协议，以超级终端的方式下载到SST 模板中，然后在PLC中以程序的方式进行启动、运行等网络管理。 四、控制系统功能的实现 1、速度控制 　　轧机控制的核心是板形和厚度控制。要达到良好的板形和保证可接受的厚度公差，轧机就必须保证良好的速度、张力的稳定性。在控制方式上，主机为速度控制，给整个轧机提供稳定的线速度基准。开卷机和卷取机为恒张力控制。 　　速度设定由主操作手在操作台控制，数据发送到PLC 处理后传送各个传动 系统。速度设定是以主机为线速度基准速度，通过设定工作辊的直径与减速箱的 减速比，从而给出电机的转速给定值。根据控制功能，速度设定有正反向点动功 能，用于故障处理；穿带速度设定，用于生产前轧机穿带；轧机线速度设定，用 于正常轧制。按照线速度相等的原则以转速的形式分配给各传动系统，其中要考虑前后滑系数的成分。 2、张力控制 　　张力控制在整个轧机控制中至关重要。因系统中未配备张力计，所以采用了间接张力控制方式。 　　就卷取机系统而言，若忽略电动机的空载损耗，则有如下关系：　　MD=CM∮I=FD/2i　　　 　　式中：MD为电动机的电磁转矩；∮为电动机磁通；I为电动机额定电流；CM为机电时间常数；F为卷取机张力；D为卷径；i为机械减速比。由此可知，卷取机的张力控制可以近似看成转矩控制。而要保证张力控制的精度和稳定性，在就要获得两个重要的变量：线速度和卷径。 　　线速度的测量，是通过PLC 系统读取卷取机前的偏导辊上的脉冲编码器进行计算而获得的。转速测量的精度与脉冲编码器每转脉冲数及采样时间有关，在转速恒定的情况下，脉冲编码器每转脉冲数越多，采样时间越长，测量精度越高。 　　卷径计算有线速度法和直接测量法两种，在实际应用中发现直接测量法比较稳定和精确。一般采用超声波测距仪或激光测距仪，其中激光测距仪可以达到很高的测量精度和稳定性，完全可以满足卷径测量的需要。 　　在间接张力控制中，为保证张力控制的准确性，要充分考虑卷取机在加减速过程中转动惯量以及机械本身固有的摩擦力对转矩的影响。因此，在系统中设计了加减速和摩擦转矩补偿环节，转矩补偿量即为转矩预控值与转矩设定值叠加，作为卷取机系统的合力矩，对卷取机进行控制。 3、入口上卷自动 　　上卷自动的关键是卷材卷径和宽度的测量精度。在小车辊道上安装了一套对射式的光电开关，配合小车升降机上的脉冲编码器实现卷材卷径的测量。在小车行走辊道的侧面基础上安装了另一套对射式的光电开关，配合小车行走方向的脉冲编码器完成卷材宽度的测量。 　　上卷自动的起点是卷材储运轨道，小车搭载着卷材离开储运辊道后向前行进，到升降位置时小车停止同时小车升降机开始下降，在下降的过程中利用第一套光电开关和脉冲编码器的配合测量了卷材的卷径。小车下降到下极限后，继续向前行进，行进过程中利用第二套光电开关和脉冲编码器测量出了卷材宽度。当小车行进到等待位置时停止，根据测量的卷材卷径小车通过升降动作对中卷材中心，完成后根据测量的卷材宽度向前继续行进对正卷材宽度中心点。这样卷材就被自动放置在开卷卷轴上了。 另外本套轧机还设有上卸套筒，卸卷等自动程序。 五、厚度控制系统 　　根据轧机对AGC 系统的要求，选用了Rockwell Reliance 公司的AutoMax系统。AutoMax 系统是一种实时、多任务、多处理器控制系统。每个机架内可最多插入4 个处理器，每个处理器可以执行各自的任务，可以独立运行，也可以通过MultiBus 总线（称为多总线）进行数据交换，由于MultiBus 总线为并行总线，因此通讯速度非常快。AutoMax 系统支持多种编程语言：控制流程图、梯形图、增强BASIC。 　　本系统包括位置闭环、轧制力闭环、轧辊同步控制，辊缝差设定控制以及轧辊压靠，辊缝清零操作，轧制力和/差越限保护等环节。以下简要介绍其中某几部分的工作原理。 　　系统组成及其工作原理说明：本厚控装置为双闭环控制系统，内环位置控制环（APC）是厚控系统的核心控制环节，其输出为轧辊的实际位置或称实际辊缝。该环节可以独立工作，即可实现恒辊缝轧制。外环为厚度控制环，其输出信号用来修正位置环的辊缝设定值，通过液压伺服控制，使轧辊快速动作，以达到迅速消除厚差的目的。 　　1、位置闭环控制（APC） 位置闭环控制系统由伺服阀放大器、电液伺服阀、油缸以及位移传感器等环节组成，其工作原理为：当轧辊的实际位置（或辊缝）与设定值之间产生偏差，此偏差信号由SONY 磁尺采集，经过Pulse57C421B 模板送入AutoMax 系统处理计算并经伺服阀放大器加到伺服阀的电流线圈上，使伺服阀动作驱动压上油缸，从而使轧辊的位置向设定值快速移动，直到轧辊的实际位置与设定值相等，此时偏差信号为零，油缸停止移动，辊缝保持不变。 2、轧制力闭环控制（AFC） 　　AFC 只有在轧辊压靠进行辊缝清零操作或做为平整时才使用，正常轧制时，AFC 将被切除。 　　轧制力闭环控制系统由AutoMax 系统、伺服阀放大器、伺服阀、压上油缸及压力传感器等环节组成，其工作原理为：当轧制力设定信号加入该系统的输入端时，由于此时工作辊并未接触，故轧制力反馈信号为零，系统偏差既等于输入信号，在此偏差信号作用下，油缸迅速动作，起动轧辊向上移动，直到工作辊互相接触，靠实产生轧制力。当实际轧制力随着轧辊的继续上压而增加到等于设定值时，油缸停止移动，使实际轧制力等于设定值保持不变。 3、轧辊同步控制 　　轧辊同步控制的目的在于使轧辊上下移动的过程中，始终保持轧辊的传动侧和操作侧的位移量相等，不至于使轧辊过于倾斜。其基本控制原理为：所<