中厚板矯直機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)與研究

郭軍 潘軼菊

摘 要：文章概括介紹了包鋼薄板廠寬厚板矯直機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，是對(duì)原有矯直機(jī)控制系統(tǒng)功能的完善和發(fā)展。系統(tǒng)采用了GE公司的VME控制技術(shù)，通過64位總線結(jié)構(gòu)和多CPU并行處理數(shù)據(jù)方式，可以很好地實(shí)現(xiàn)控制功能和完成控制任務(wù)。主要介紹了矯直機(jī)的控制結(jié)構(gòu)和控制特性，并對(duì)其中的輥縫控制進(jìn)行重點(diǎn)詳述。

關(guān)鍵詞：矯直機(jī)；輥縫控制；PID

1 概述

1.1 設(shè)備概況

包鋼薄板廠寬厚板生產(chǎn)線采用德國西馬克公司設(shè)計(jì)的九輥矯直機(jī)，上面四輥可以進(jìn)行垂直方向調(diào)整，下面五輥中只有入出口輥可以垂直調(diào)整。矯直機(jī)（如圖1）主要由4個(gè)HGC液壓缸、8個(gè)彎輥液壓缸、2個(gè)可調(diào)節(jié)的入出口液壓缸進(jìn)行輥縫控制，使鋼板在矯直機(jī)中，經(jīng)過交錯(cuò)排列矯直輥的反復(fù)彎曲，使鋼板不均勻度逐漸減小，進(jìn)而矯直。

1.2 工藝描述

矯直機(jī)是布置在加速冷卻系統(tǒng)之后，主要用于消除軋制后和加速冷卻后鋼板的不平直度（如：翹頭、翹尾、邊浪、中浪等）。通常矯直機(jī)工作在自動(dòng)模式，在自動(dòng)模式下，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)接收軋機(jī)二級(jí)下發(fā)的鋼板PDI數(shù)據(jù)，請(qǐng)求模型計(jì)算，模型根據(jù)鋼板的厚度、溫度、鋼種等數(shù)據(jù)，計(jì)算出輥縫的位置、鋼板的最大矯直力、傳帶速度、矯直速度等參數(shù)下發(fā)給一級(jí)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)按照這些參數(shù)對(duì)鋼板進(jìn)行矯直。矯直后的鋼板由操作工來確認(rèn)是否達(dá)到要求，如果沒有符合標(biāo)準(zhǔn)，操作工可以選擇反矯模式，再次請(qǐng)求模型計(jì)算，對(duì)鋼板進(jìn)行第二次矯直。如果操作工認(rèn)為鋼板已經(jīng)符合標(biāo)準(zhǔn)，可以選擇傳輸模式，將鋼板送到冷床。

2 系統(tǒng)配置

包鋼寬厚板生產(chǎn)線矯直機(jī)由于矯直輥壓下量以及彎輥和入出口輥的調(diào)整要求很精確，運(yùn)算和掃描周期也很高，所以系統(tǒng)采用了GE公司的VME控制技術(shù)，通過64位總線結(jié)構(gòu)和多CPU并行處理數(shù)據(jù)方式來處理模擬量輸入輸出、SSI輸入信號(hào)，并利用西門子ET200站處理現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字量信號(hào)的PLC控制系統(tǒng)；通過以太網(wǎng)將PDA過程控制采集系統(tǒng)、二級(jí)模型計(jì)算機(jī)、工程師站進(jìn)行連接；通過DP/DP網(wǎng)與其它PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行連接。結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 矯直機(jī)控制功能

VME控制器共有14個(gè)插槽，可以共用多個(gè)CPU，此矯直機(jī)共使用了4個(gè)CPU對(duì)功能進(jìn)行分開控制，第一插槽為主CPU，第二插槽為硬盤和光盤，后面分別是3個(gè)從CPU和信號(hào)處理模塊、PDA模塊和通訊模塊等。

為了便于程序的編譯和控制，系統(tǒng)把主要的控制功能分為下面幾個(gè)部分：通用功能控制（GFC）；順序功能控制（GSF）；矯直輥縫控制（LGC）；矯直入口輥控制（LRY）； 矯直出口輥控制（LRX）；彎曲控制（B4×2）； 矯直模型調(diào)節(jié)控制（LAM）； 矯直機(jī)外部控制（LEC）等。

輥縫控制：矯直機(jī)輥縫調(diào)節(jié)是一套伺服液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，共有九輥，上四下五，分別安裝在上輥盒里和下輥盒里。上輥盒通過液壓缸可以進(jìn)行垂直調(diào)整，下輥盒里入出口輥可以進(jìn)行軸向調(diào)整。上輥盒通過布置在輥盒上方的平衡缸、HGC缸和彎輥缸來驅(qū)動(dòng)，每個(gè)液壓缸的桿腔裝有壓力傳感器，活塞側(cè)裝有線性位移傳感器，用來檢測(cè)系統(tǒng)工況，參與系統(tǒng)控制與調(diào)整。用于測(cè)量位置和壓力的檢測(cè)元件通過硬線直接連接進(jìn)入GE的VMIVME-7807CPU的擴(kuò)展模板MA-VMIVME-3122和VIPC616模板上。

HGC缸、彎輥缸和入出口缸調(diào)整的控制都是在GE的VME框架系統(tǒng)中完成，每一套調(diào)整液壓缸均由一個(gè)伺服閥和一個(gè)電磁閥控制。矯直輥采用位置調(diào)節(jié)模式，伺服閥的輸出根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)位置和設(shè)定參考位置采用PID參數(shù)控制，大大提高了輥縫調(diào)節(jié)的精度。

矯直機(jī)的輥縫調(diào)節(jié)是通過控制伺服閥的開度，而伺服閥的開度輸出是由PID，主要是P（比例）和I（積分）控制的（如圖3）?，F(xiàn)場(chǎng)線性位移傳感器的檢測(cè)值傳輸?shù)匠绦蛑校c設(shè)定值進(jìn)行比較，在通過PID參數(shù)的調(diào)節(jié)計(jì)算出伺服閥的開口度。VME框架的模擬量輸出模板輸出電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場(chǎng)需要的電流信號(hào)來控制伺服閥的開口度，調(diào)節(jié)矯直機(jī)輥縫的位置。

伺服閥的輸出是通過位置循環(huán)閉環(huán)控制，在矯直機(jī)HGC缸、彎輥缸和入出口缸內(nèi)安裝有線性位移傳感器和壓力傳感器，在位置循環(huán)閉環(huán)控制中矯直機(jī)輥縫位置是由線性位移傳感器來測(cè)量的。

矯直機(jī)的輥縫調(diào)節(jié)是通過伺服閥的開度來控制，開度的大小是由P參數(shù)和I參數(shù)之和來決定。

4結(jié)束語

由于采用了GE公司的64位高速VME控制技術(shù)，所以包鋼寬厚板矯直機(jī)的控制能力大大提高，比傳統(tǒng)矯直機(jī)的控制更加精確，而且響應(yīng)更快。矯直機(jī)除了輥縫控制外，還可以傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)方向擺動(dòng)，入口側(cè)和出口側(cè)傾動(dòng)，可以很好地消除邊浪；由于彎輥缸的使用，可以補(bǔ)償矯直過程中矯直輥的偏差，從而能達(dá)到理想的矯直效果。

參考文獻(xiàn)

[1]房廉玲.過程控制與集散系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[2]陳瑛.中厚板矯直技術(shù)的發(fā)展[J].寬厚板，2002（6）：10～14.

作者簡(jiǎn)介：郭軍（1980，9-），男， 漢族，內(nèi)蒙古包頭市人，本科學(xué)歷，信息系統(tǒng)項(xiàng)目管理師（高級(jí)），內(nèi)蒙古包鋼集團(tuán)薄板廠主辦、工業(yè)自動(dòng)化。