限动齿条在AC800PEC系统中的应用

限动齿条在AC800PEC系统中的应用
摘要：本文对限动齿条在ABB公司的AC800PEC中控制进行了详细的阐述和说明。

为了满足生产轧制参数的要求，限动齿条必须处在一种需要的加速度及速度状态下运行。

本文通过对限动定位限动的定位必须遵守相应的速度及时间曲线才能满足芯棒与毛管之间正确地进入PQF轧机。

文中大量数据及图形均是通过IBA软件进行采集。

关键词：限动、AC800PEC、位置控制、IBA
The Application of Retainer in AC800 PEC
Pipe Mill Department TPCO
Zoufengzhuzhiyu
Abstract：It summarizes the Retainer control in ABB AC800PEC. High acceleration rate and speeds are required in order to full fill the duty cycle time defined by the rolling schedule.Besides the Rack positioning cycle must follow the predicted speed/time curve in order to guarantee during rolling the correct meeting point between Mandrel and Shell into the PQF.Many data and graphics about retainer system are monitored and collected by IBA PDA.
Key Words: Retainer;AC800PEC;Postion Control;
1 引言
限动齿条在无缝钢管生产过程中起很重要的意义。

尤其在产量的提高和产品规格的变化较多的今天，对限动系统的稳定性、快速性提出了很高的要求。

下面先介绍一下限动系统，如图1所示芯棒在轧线上的动作是通过一根齿条和一个齿轮箱来驱动的。

限动齿条系统是由4个齿轮组成，上下各两个齿轮。

每一个齿轮通过一台交流变频电机驱动，依靠齿轮减速机，连接轴，安全销作为介质传递。

每台电机均采用严格的速度控制，为了避免电机之间拉拽力的不平衡，因此限动的负载平均分配到四台电机上。

两个绝对值编码器被安装在齿轮箱的上轴延长臂上，用于位置控制的比较及支承辊动作的控制。

为了确保芯棒尾部放入限动齿条凹槽中，安装4个光电开关用于检测是否放入。

在控制系统选型方面，通过对比当前常用的自动化控制系统的优缺点，结合一套、168厂、460厂的使用维护情况，258机组的自动化控制系统选定为AC800PEC系统。

在调试和投产后的使用中，通过对AC800PEC系统的学习及应用，合理利用其一系列优点，为实现设备的稳定运行提供了保证，同时也保证了生产节奏及产品质量。

图1 限动系统示意图
2 AC800PEC控制系统简介
2.1 AC800PEC控制系统的硬件的学习与应用
AC800PEC控制系统的硬件包括：服务器、工程师站、操作员站、PEC控制器、通讯模块及I/O模块。

AC800PEC系统作为ABB公司最新的自动控制系统，它采用了服务器存储数据的方法，用基于网络的PLC系统代替原有的基于PC的PLC系统。

由于网络技术在各个领域的应用，这也是PLC将来发展的一个趋势。

整个网络结构中，每个工程师站仅仅是整个拓扑网络中的一个节点，工程师站可通过光纤从服务器中下载程序并进行查看和修改。

这样，数据具有开放性，同时也减少了工程师站的带载负担。

另外，258的自动化控制系统采用了服务器冗余的方式，这极大的提高了系统的安全性能。

储存程序的服务器为三台，即使有一台中途发生故障，其他两台也会继续工作，不会导致中止生产。

2.2 AC800PEC的特点
AC800PEC是ABB 800xA 系列可编程控制器的高端控制器产品。

其较以往的控制系统有着非常明显的特点：
1)取代了传统的框架式结构，外观紧凑，集成化，易于维护
2)超快的工作频率，扫描周期最低可至25us
3)通讯方式为光纤通讯，速度快且信号稳定，对现场信号的及时传输及设备的精确定位提供保证
4)与其他应用系统的兼容性能强，例如有专门的IBA数据采集系统的通讯光口
由于258厂的传动设备采用的也是ABB传动系统，AC800PEC系统与ABB 传动系统的兼容性很强，大大提高了了系统的整体工作性能
5)AC800PEC系统的通讯模块及I/O模块体积小，人性化的插座式利于维护及更换。

通讯模块与I/O模块可通过光纤进行通讯，处于现场的I/O模块可通过PROFIBUS总线与通讯模块进行通讯。

与其他PLC系统相比，AC800PEC系统的I/O模块有着强大的拓展能力。

通过PROFIBUS总线，最多可可拓展为96个I/O模块。

3 限动齿条在AC800 PEC中的控制
3.1 限动齿条部分的逻辑组态简介
限动齿条的逻辑控制部分为6个single control module（独立控制模块）
如图2所示，signal_in_Slow和signal_in_Fast主要放置模拟量和数字量输入信号，Slow_logic和Normal_logic主要放置限动自动，半自动，手动，设备干涉及保护等相关逻辑连锁，signal_Out和signal_ Out _Fast主要放置电机的快慢速的命令，电磁阀的给定及操作台的灯按钮显示。

这6个逻辑部分根据功能不同，所选择的扫描周期也不尽不同。

逻辑部分signal_in_Slow，signal_Out所存放为简单逻辑信号采集，因此扫描周期为100ms, 控制模块Normal_logic及signal_ Out _Fast为放置的定位及需要快速响应的逻辑部分因此扫描周期分别为50ms和20ms.这样分配扫描周期也是AC800PEC一个优势，能极大节省ＰＬＣ在运算过程中，所占用的资源和时间。

图2 限动程序树状图
3.2限动齿条速度控制
3.2.1限动运动过程中速度与加速度定义，如图3所示
（VMA ）限动在接近毛管过程中的速度= Preset mm/s（Preset表示由轧制表（PSS）提供）
（VMI）限动在插入过程中的速度= Preset mm/s
（VMB）限动在咬入过程中的速度= Preset mm/s
（VMR）限动在轧制过程中的速度= Preset mm/s
（VMREVS）限动在减速过程中的速度:
（VMREV）限动的返回速度= 5500 mm/s
（VMREVB）限动在返回制动时的速度= 200 mm/s
（AMB ）限动在咬钢后的变加速度= 1250ｍｍ／
（A VB ）限动最大的加速度= 4500ｍｍ／
图3 限动齿条的速度示意图
3.2.2电机在加速及减速过程中的斜坡控制
为了保证限动齿条能够达到MEER设计所能达到工作周期，且不能使电机的过载倍数达到额定值的两倍，这样会导致变频器的频繁跳电。

因此限动必须在每个工作过程中的加减速斜坡都是不一样的，公式如下
注：为限动的速度根据轧制表的设定从0到4.5m/s ; 为运动过程中的加速度
为限动最大加速度为限动基础加速度为限动最大速度为限动基础速度。

3.2.3限动位置控制应用在现场的效果
下面分别通过在线及离线的两组现场数据对应用效果进行
如图4所示限动齿条在线模式下的IBA曲线图，整个动作过程从启动开始，经过高速插入，咬钢，限动及返回的过程，最后定位到零位．通过精确的公式计算和现场高精度传感器反馈目前２５８机组的限动齿条定位精度可以达到１ｍｍ，加速度最大可以达到４.５ｍ／，最大返回速度为5.5m/s。

图4限动齿条位置与速度曲线图
4 结束语
限动齿条是热轧无缝钢管生产过程中不可缺少的重要设备。

在产量的提高和规格的变化较多的今天，对限动系统的稳定性、快速性提出了很高的要求。

本文仅是针对介绍轧管一部258机组的相关设备进行论述，由于在258机组是首次应用ABB公司的AC800 PEC系统对限动进行控制，因此作者认为此文对今后AC800PEC在冶金行业应用有一定指导意义。

参考文献
[1] 孔凡才自动控制原理与系统（第3版）. 机械工业出版社,2005.1
[2] 刘宏安李建湘《限动控制系统》冶金自动化1997.10期
[3] 王树.变频调速系统设计及应用. 北京:机械工业出版社,2005.4。