淺析棒材生產線活套和冷床的自動化控制

牛鵬曉　姚澗　周春

摘要：棒材生產線的自動化控制主要包括軋機的級聯調速、活套高度的PID動態(tài)調節(jié)、飛剪的定長剪切以及冷床的自動旋轉控制。其中軋機級聯調速和飛剪的剪切程序相對比較固定，而活套和冷床的控制需要根據現場具體的情況，來確定具體的控制參數。本文簡要分析了活套和冷床的控制要求和程序的實現方法，并在實踐中獲得了比較理想的結果。

關鍵詞：棒線材 活套和冷床 PLC控制系統(tǒng)

1 軋區(qū)活套的自動化調試

棒線材軋線中活套的主要作用是實現無張力或微張力軋制，其工作原理為活套起套（一般為氣動），軋制中的棒線材會在活套的支撐下產生一個有一定高度的弧形，弧形的高度即為被控量-活套高度，活套閉環(huán)控制的過程為：當被控量“活套高度”進入套高閉環(huán)調節(jié)區(qū)后（比如套高設定的80%或者在活套起套一定時間內，比如2S），活套閉環(huán)控制PID程序塊投入，當活套高度實際值小于活套高度設定值時，活套閉環(huán)程序塊輸出為正值，此數值在與16384或者此活套前一機架的瞬時速度給定相除加1后，便得到此活套的調節(jié)量，活套調節(jié)量用于計算前一機架的速度給定，這里活套調節(jié)量>1會使前一機架的轉速上升，從而使活套的高度上升，反之當活套高度實際值大于活套高度設定值后，活套閉環(huán)程序塊輸出為負值，這樣計算出的活套調節(jié)量<1會使前一機架的轉速下降，從而使活套的高度下降，經過活套閉環(huán)控制程序塊的調節(jié)后，無論活套實際值是大于還是小于設定值，最終的趨勢是使活套實際值等于設定值，產生穩(wěn)定的閉環(huán)負反饋?；钐椎目刂品绞接腥N：手動控制、半自動控制和全自動控制，在手動控制模式下，活套的起落需要人工操作，而且活套調節(jié)不會投入；在半自動控制模式下，活套的起落和調節(jié)需要人工選擇，被選擇的活套會自動投入起落和調節(jié)；在全自動模式下，活套的起落和調節(jié)會自動投入。

活套起落控制：活套起套的規(guī)則為活套后一機架咬鋼或者活套掃描儀檢測到有鋼信號一段時間（比如2S）后，活套起套。活套落套的規(guī)則為活套前機架無鋼后，有時會設定一定時間的活套落套延時，活套落套。

活套調節(jié)控制：活套閉環(huán)控制塊使用PLC系統(tǒng)內置的連續(xù)控制PID系統(tǒng)功能塊SFB41，在SFB41中我們常用到的輸入輸出參數有：EN-功能塊使能，一般由“套高閉環(huán)允許”信號觸發(fā)，COM-RST-功能塊重啟動，由“套高閉環(huán)允許”信號的下降沿觸發(fā)，I-ITL-ON-積分初始化，由“套高閉環(huán)允許”信號的上升沿觸發(fā)，SP-INT-套高設定值，PV-IN-套高實際值，GAIN-增益，即P參數，TI-積分時間，DEADB-W-死區(qū)寬度，LMN-HLM-閉環(huán)控制塊輸出值的上限值，LMN-LLM-閉環(huán)控制塊輸出的下限值，LMN-閉環(huán)控制塊輸出值，其中GAIN和TI參數是為了獲得理想的動態(tài)響應曲線而要進行反復修改調試。

2 精整區(qū)冷床的自動化調試

冷床的驅動軸位于一個鋼制圓盤的非圓心上，驅動軸旋轉一周，冷床便會完成一個橢圓的運動軌跡，以確保從裙板上滑落下來的棒材在冷床上移動一個鋸齒的距離。

裙板完成一次動作重新歸位，冷床便會開始運動完成一次循環(huán)，在冷床運動的過程中，當冷床處于最高位時，我們定義此處冷床的角度為0度，此位置也是碼盤清零接近開關所處的位置，冷床在最低位時，冷床的角度為180度，此位置即為冷床完成一次循環(huán)運動后冷床停止的位置，即目標位置。

這里重點介紹一下APC閉環(huán)控制塊，此功能塊屬于變比例控制，筆者僅以正偏差進行說明，負偏差與之類似，只是方向相反。APC功能塊的輸入參數包括：“偏差”，此處角度偏差=180（目標值）-實際角度，“正最大偏差”（此處為160），“正最大轉速”（此處為8192），“正爬行偏差”（此處為10），“正爬行轉速”（此處為819.2），“正零點偏差”（此處為5），APC功能塊的作用為當“偏差”>“正最大偏差”時，功能塊輸出值為“正最大轉速”，當“正爬行偏差”≤“偏差”≤“正最大偏差”時，功能塊輸出值按照最大值“正最大轉速”，最小值“正爬行轉速”的勻減速曲線輸出數據，“正零點偏差”≤“偏差”<“正爬行偏差”時，功能塊輸出值為“正爬行轉速”，當“偏差”<“正零點偏差”時，功能塊輸出值為0。

開始時冷床處于180度即最低位的位置，在裙板信號觸發(fā)冷床運動后，冷床以固定的速度（比如最高轉速的70%，此設定轉速可能大于正最大轉速）轉動，在冷床轉到最高位時，碼盤脈沖被清零，冷床的角度變?yōu)?度，當冷床轉過0度后，APC使能，冷床在0-20度的范圍內，電機轉速按照“正最大轉速”保持勻速運行，在20-170度的范圍內，電機轉速按照“正最大轉速”到“正爬行轉速”的勻減速曲線運行，在170-175度的范圍內，電機轉速按照“正爬行轉速”保持勻速運行，在冷床的角度>175度后，電機轉速被置為0，冷床完成制動停車。

參考文獻：

[1]天津電氣傳動設計研究所.電氣傳動自動化技術手冊[M].北京機械工業(yè)出版社，2005.

[2]劉文斌.活套控制技術在棒材連軋機中的應用經驗[J].冶金設備，2002（03）.

[3]李燦明.高速線材活套控制系統(tǒng)的仿真研究[D].武漢科技大學，2006.

作者簡介：牛鵬曉（1986-），男，埃迪必克（天津）機場助航技術有限公司，系統(tǒng)工程師，文章方向：工程技術。

姚澗（1986-），男，河北大唐國際唐山熱電有限責任公司，集控主值，文章方向：工程技術。

周春（1987-），男，華電電力科學研究院，調試工程師，文章方向：工程技術。endprint