寬厚板廠熱處理車間矯直機的控制原理

摘 要：本文介紹了冷矯直機的機械結(jié)構(gòu)以及PLC控制系統(tǒng)的組成，詳細闡述了矯直機的自動控制原理及過程，對矯直力的計算和彎輥做了介紹。

關(guān)鍵詞：順控；PLC；矯直力；自學習；熱處理

中圖分類號：TG333

萊鋼寬厚板熱處理生產(chǎn)線于2010年正式投產(chǎn)，該生產(chǎn)線主要功能是對軋制好的板材進行淬火、回火等處理以改變板材的機械特性增加其附加值。板材在軋制、冷卻、熱處理過程中會產(chǎn)生各種形狀缺陷。熱軋過程產(chǎn)生的部分缺陷可以通過熱矯直機進行矯正。熱處理后的冷態(tài)鋼板，由于鋼板硬度、瓢曲程度的不同需要冷矯直機對其矯正，本文對這臺冷矯直機的機械結(jié)構(gòu)和控制功能等方面進行了闡述。

1 系統(tǒng)組成

1.1 控制系統(tǒng)的構(gòu)成

萊鋼熱處理線冷矯直機控制系統(tǒng)由西門子VAI開發(fā)，控制系統(tǒng)硬件設(shè)備采用西門子PLC S7-400，型號為CPU416-2DP，用于矯直機邏輯順序控制和矯直數(shù)據(jù)的過程控制。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集采用IBA公司的數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集傳動系統(tǒng)的過程數(shù)據(jù)。PLC與二級服務(wù)器、客戶端、工程師站之間的通訊采用以太網(wǎng)，PLC與現(xiàn)場I/O站及變頻器的通訊采用Profibus-DP。

1.2 軟件系統(tǒng)組成

PLC編程采用SIEMENS STEP7 V5.1 SP2，監(jiān)控畫面HMI采用SIEMENS WinCC V6.2 SP2，數(shù)據(jù)采集軟件為ibaPDA-S7-Analyzer，二級系統(tǒng)的oracle數(shù)據(jù)庫。

1.3 主要傳感器

矯直機輥縫測量采用位移磁尺，該磁尺為非接觸式檢測，具有高速、可靠和精確的數(shù)據(jù)處理和通信能力，抗干擾力強在這種油污粉塵較多的場合下有較好的穩(wěn)定性；矯直輥的速度測量通過增量型編碼器。矯直力傳感器給PLC提供矯直力反饋信號。

2 矯直機工作原理[1]

2.1 順控過程

控制順序如圖1所示，順控過程為：

（1）由光電管檢測鋼板時，矯直機的順序控制啟動，程序校對跟蹤位置，畫面顯示做出相應更改，當鋼板頭部到達光電管時，此時改鋼板的信息已經(jīng)傳入矯直機二級的數(shù)據(jù)庫中，光電管觸發(fā)向二級發(fā)送數(shù)據(jù)的請求，二級發(fā)送改鋼板的PDI數(shù)據(jù)給一級進行預設(shè)定；

（2）當鋼板頭部到達光柵1時，矯直機獲得主控權(quán)限，矯直機輸送輥道停止，對中鋼板，完成參數(shù)設(shè)定，矯直機完成設(shè)定值的要求，準備開始矯直；

（3）光柵2檢測到鋼板頭部后，矯直機的順控啟動輥刷下壓，清掃鋼板表面雜質(zhì)，矯直啟動，一道次矯直完成，根據(jù)鋼板表面效果，由操作工決定是否再次矯直；若達到生產(chǎn)要求，鋼板離開，矯直機回到原始位置等待，若不符合要求由操作人員選擇下一道次的矯直。

圖1 控制原理圖

2.2 矯直力計算

根據(jù)十一輥矯直機設(shè)計資料，十一輥矯直機矯直參數(shù)，如表1所示。

表1 矯直參數(shù)

矯直鋼板厚度寬度矯直

鋼板溫度輥系重量

上輥系下輥系工作輥節(jié)距最大矯直寬度設(shè)計最大矯直力

（5-45）

mm（900-2350）mm（55-900）2300kg3000kg260/330mm2350mm46100KN

矯直機總矯直力為：

p=ΣPi=8/t（M2+M3+M4+M5+……+M10）

式中：p—矯直機總矯直力；M—各工作輥上的彎曲力矩；t—矯直輥距離。

為了簡化計算，做以下假設(shè)：

（1）前面第2、3、4輥下軋件的彎曲力矩為塑性彎曲力矩Ms：Ms=M2=M3=M4。

（2）后面第8、9、10輥下軋件的彎曲力矩為屈服力矩Mw：Mw=M10=M9=M8。

（3）其余各輥下軋件的彎曲力矩為塑性彎曲力矩Ms和屈服力矩Mw的平均值，即M5=M6=M7=（Ms+Mw）/2。

那么作用在上、下棍子上的壓力總和為：p=ΣPi=4/t（Ms+Mw）（n-2）。

2.3 自學習計算

矯直機的自學習計算是基于oracle數(shù)據(jù)庫的一種新型的參數(shù)選擇算法。在每一次矯直完成后，操作人員都會對新的矯直參數(shù)進行修改，通過多次修正最終達到一個合理的矯直參數(shù)，在這個過程中較直立的設(shè)定和輥縫值等參數(shù)會通過中間管理程序存入模型數(shù)據(jù)庫中，自學習的結(jié)果會成為下一次鋼板矯直參數(shù)的一個參考。

3 換輥

由于表面變化，工作輥需要周期性地進行磨輥。所以，就需要從矯直機上拆卸下來。矯直輥和支撐輥安裝在兩個輥盒里，下輥盒和上輥盒。系統(tǒng)允許同時將所有的輥子輕易地從機器中取出?？梢詢奢伜型瑫r更換或僅換下輥盒。在每次拆卸或安裝操作前操作人員需選好相應的順序。

4 結(jié)束語

由于采用了新型的PLC控制技術(shù)，增加了高精度的數(shù)據(jù)采集模塊，該過程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能達到了高實時性、高穩(wěn)定性、高靈活性的設(shè)計要求，配合Analyzer軟件使用，更直觀更準確的顯示出矯直輥的過程數(shù)據(jù)，使萊鋼厚板廠的冷矯直機控制能力大大提高，比傳統(tǒng)矯直機的控制功能更齊全、更精確，而且響應更及時。彎輥控制可以較好地消除邊部邊浪，矯直機的自學習功能使自動控制更加智能縮短了人工操作時間提高了矯直精度，大大提高了經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]鄭雷.熱處理冷矯直機控制系統(tǒng)的研究與應用[J].自動化應用，2012（05）.

[2]崔甫.矯直理論與矯直機械[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

作者簡介：董京帥（1986-），男，山東臨沂人，助理工程師，學士學位，主要研究方向：控制理論與控制工程。

作者單位：萊鋼集團自動化部，山東萊蕪 271104