輥縫自適應(yīng)調(diào)整及速度補償在H型鋼矯直機中的應(yīng)用

文/趙興武

1　前言

在H型鋼生產(chǎn)線中，矯直機用來矯正成品并改善外在質(zhì)量，是非常重要的環(huán)節(jié)。萊鋼大H型鋼生產(chǎn)線矯直機自動控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)矯直機自控系統(tǒng)不同，軟件采用西門子PCS7，外圍附屬設(shè)備采用西門子S7-400CPU及輸入輸出模板實現(xiàn)咬鋼、矯直及拋鋼，在最為核心的輥系調(diào)整設(shè)備中，采用了西門子高速動態(tài)控制模塊FM458來實現(xiàn)矯直輥位置及輥縫的高精度、快響應(yīng)調(diào)整，保證了成材率。另外，輥系更換系統(tǒng)采用一套S7-300CPU實現(xiàn)自動換輥功能。

2　控制系統(tǒng)基本架構(gòu)

FM458模塊集成在矯直機PLC的機架中，換輥PLC柜通過Profibus-DP下掛換輥操作臺，并通過DP/DP COUPLER實現(xiàn)與矯直機PLC柜的數(shù)據(jù)交換。矯直機PLC柜通過Profibus-DP總線下掛兩個遠程站，實現(xiàn)信號采集及矯鋼過程中的設(shè)備調(diào)整等功能。操作站用于通過Wincc進行人機交互、程序在線監(jiān)控及優(yōu)化等。

3　輥縫自適應(yīng)調(diào)整

3.1　矯鋼模式下的輥縫自適應(yīng)調(diào)整

FM458高速動態(tài)控制模塊架構(gòu)于矯直機PLC柜中，與S7-400CPU共享一個機架背板。九個矯直輥的軸向編碼器及伺服閥等通過DP通訊至FM458，而上四輥的垂直方向調(diào)整各相關(guān)元件則通過特殊模塊直接接入FM458，實時性更強。在萊鋼大H型鋼投產(chǎn)之初，輥縫調(diào)整必須在調(diào)整模式下進行，在工序規(guī)格多樣時必須頻繁切換模式以實現(xiàn)輥縫調(diào)整，嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)奏。改造后的大H型鋼矯直機實現(xiàn)了矯鋼過程中免模式切換下的實時調(diào)整，改造效果明顯。

3.2　上矯直輥的垂直同步控制

輥式矯直機的水平上輥垂直方向調(diào)整在機械設(shè)計上每個上輥由左右兩個液壓缸同時配合動作。在動作過程中，難免會產(chǎn)生偏差。偏差超限直接影響鋼材成品質(zhì)量。為了控制偏差，通過在每個上輥左右兩個液壓缸分別安裝編碼器以檢測設(shè)備位置，通過計算兩側(cè)的偏差并參考液壓缸壓力值，引入PID算法實現(xiàn)閉環(huán)控制回路，對設(shè)備的動作速度進行動態(tài)補償，實現(xiàn)上輥的精準(zhǔn)同步控制?？刂苹芈啡鐖D1所示。

圖1：同步控制原理圖

4　矯鋼過程中矯直輥速度補償功能

由于矯直機自動化控制系統(tǒng)與電氣變頻系統(tǒng)之間的通訊存在時間滯后，進而會導(dǎo)致矯直輥轉(zhuǎn)速會出現(xiàn)速度誤差，易導(dǎo)致矯直輥斷裂。為了防止這種情況的發(fā)生，必須對矯直輥的速度進行補償，實現(xiàn)速度的精準(zhǔn)控制。

4.1　速度補償原理

控制程序通過掃描矯鋼過程中矯直輥的實際速度與PLC給定變頻器的參考速度進行比較并計算偏差。當(dāng)偏差大于設(shè)定范圍時觸發(fā)程序控制邏輯，進行速度補償計算，補償值與原速度相加后生成的參考速度給定變頻器。程序控制邏輯放置于循環(huán)掃描塊OB1中，每個周期計算一次，實時對矯直輥變頻器的實際速度進行補償。速度補償原理圖如圖2所示。

圖2：速度補償原理

4.2　速度補償中的PID應(yīng)用

本方案采用了閉環(huán)PID控制系統(tǒng)，其特點是系統(tǒng)被控對象的輸出（被控制量）會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。如圖3所示，在矯直輥速度補償控制系統(tǒng)中，我們采用了PID雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，其中，參考速度由程序給定變頻器，變頻器將矯直輥的實際速度反饋給程序，控制邏輯將參考速度和實際速度的偏差相減后進行差值判斷，根據(jù)差值進行PID調(diào)節(jié)，達到動態(tài)、實時的速度補償。

圖3　

5　結(jié)論

該項目實現(xiàn)了輥縫自適應(yīng)調(diào)整及速度補償功能，標(biāo)新立異，求實創(chuàng)新，對于H型鋼矯直機的自控系統(tǒng)設(shè)計有著非常重要的意義。