液压矫直机PLC控制系统

《自动化与仪器仪表》２０１０年第５期（总第１５１期）

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收稿日期：２０１０－０５－１２

作者简介：尹新平（１９６５－），男，教授级高级工程师，主要从事自动化控制、电气传动设计工作。

液压矫直机ＰＬＣ控制系统

尹新平

（中冶赛迪工程技术股份有限公司 重庆，４０１１２２）

摘　要：介绍了液压矫直机结构特点、ＰＬＣ控制系统配置、主要传感器。详细的阐述了液压矫直机自动辊缝控

制、位置闭环控制、倾斜控制以及伺服阀泄漏监测及补偿的基本原理。

关键词：液压矫直机　控制系统、自动辊缝控制、位置闭环控制　标定

Abstract: This paper introduced the characteristic of the structure, configuration of PLC control system, main sensor for the Hydraulic leveler. Basic principle of automatic gap control, closed-loop position control, tilting control,monitor and compensation for leakage of sero are described in detail.

Key words: Hydraulic leveler ;Control system ; Automatic gap control ; Closed-loop position control ; Demarcate 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１－９２２７（２０１０）０５－００９５－０２

０ 前　言

在钢铁产能过剩情况，钢铁市场竞争日趋激烈，对生产的产品的质量和性能要求更高。热轧带钢厂纷纷上横切线、热处理线、平整线，对热轧产品深加工。在横切线、热处理线往往配置了液压矫直机，它不仅能矫直钢板，而且能消除热轧和冷却以及热处理时形成的内应力，提高板材的质量。

目前国内的矫直机装备水平不高，采用手动调节及机械传动方式或液压设定辊缝，不带载进行辊缝动态调整，精度不高。国外的液压矫直机能实现辊缝自动调整，位置控制精度达到０．０５ｍｍ。

１ 液压矫直机工艺说明

液压矫直机是多辊结构型式，上下两排矫辊，前后辊缝可调，且矫辊自身要旋转。所有上矫辊都固定在上辊驱动平板上，通过控制上辊驱动平板来控制辊缝。上矫辊驱动平板由四个主液压缸支撑，通过伺服阀调节液压缸的流量和压力来控制液压缸上、下移动的行程，实现辊缝调节。每一个液压缸的矫直力达１４０００ＫＮ，位置控制精度要求达到０．０５ｍｍ。矫直辊由变频电机驱动。２ 系统的构成

２．１　控制系统的构成

矫直机ＰＬＣ控制系统由１台ＳＩＥＭＥＮＳ　Ｓ７－４００ＰＬＣ组成，系统配置图如图１所示。

ＦＭ４５８是一种嵌入Ｓ７机架运行的增强控制系统，　ＦＭ４５８－１用于复杂运算、闭环控制及高响应控制，具有极高的分辨率和最短１００μｓ的扫描周期。如压下控制、轧制力控制等。

ＦＭ４５８的Ｉ／Ｏ扩展模板为ＥＸＭ４３８－１，该模板具有多种类型的Ｉ／Ｏ通道，需要快速采集的信号直接进ＥＸＭ４３８－１。直接Ｉ／Ｏ信号包括以下内容：

矫直机压下系统压力传感器信号；矫直机压下系统位置传感器信号；矫直机压下系统伺服阀指令信号。

图１　系统配置图

ＣＰＵ４１６－２ＤＰ，用于矫直机的逻辑顺序控制和机组的协调控制。

ＰＬＣ控制器与Ｌ２服务器、ＨＭＩ通过工业以太网通讯。ＰＬＣ控制器与远程Ｉ／Ｏ站（ＥＴ２００）、变频装置通过现场总线ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ通讯。现场检测器的信号、操作台／箱的信号进入远程ＥＴ２００站。２．２　主要传感器

矫直机辊缝测量采用磁致伸缩线性位移传感器（ＭＴＳ）。该传感器为非接触式检测，具有高速、可靠和精确的数据处理和通信能力，可同时提供速度和位置输出，无需重新标定或定期维护，可通过多种方式与自动化系统连接。分辨率：最高１μｍ。

轧制力传感器给ＰＬＣ提供轧制力反馈信号。矫直辊速度测量采用增量型编码器。

３ 控制功能

矫直机控制功能包括逻辑顺控和矫直机液压压下控制。矫直机液压压下控制是矫直机机架控制的核心功能。

矫直机液压压下控制主要包括：自动辊缝控制、位置闭环控制、位置标定控制、倾斜控制。

液压压下控制框图如图２所示。

图２　液压压下控制框图

３．１　自动辊缝控制（ＡＧＣ）

矫直机在钢板矫直过程中，机架会产生弹性形变，通过自动辊缝控制（ＡＧＣ）对位置控制进行补偿，保证控制精度。自动辊缝控制（ＡＧＣ）框图如图３所示。

图３　自动辊缝控制框图

从图３可以看出，轧制力产生的机架弹性变形可以通过自动辊缝控制，得到ＡＧＣ位置补偿给定值，作为位置控制的一个给定分量，参与压下装置的位置闭环控制。３．２　位置闭环控制

主液压缸位置闭环的控制，是ＰＬＣ通过接受来自Ｌ２服务器位置设定值、倾斜值和ＡＧＣ位置补偿值，经过计算得出位置实际设定值，同时采集位置当前值作为位置反馈值，与设定值相减，其差值经过比例运算器运算产生一输出值，控制伺服阀驱动液压缸接近设定位置值，当设定值与实际值的差值很小时，启动差值积分回路，对伺服阀进行补偿。

３．３　位置标定控制

虽然用于辊缝测量的位移传感器本身无需标定，但考虑到受其它因素例如辊径变化等的影响，仍需通过辊缝标定在必要的时候重新确定名义辊缝。

辊缝标定为从ＨＭＩ启动的自动运行过程，其基本的步骤如下：

（１）辊缝打开至最大极限，将辊缝设定为粗标定值，该值根据机架机械尺寸及辊径确定；

（２）关闭辊缝，直至轧制力达到最小轧制力，将辊缝预标定为“０”；

（３）以低速转动轧辊；

（４）断开轧制力差控制，提升轧制力至标定轧制力；

（５）当轧制力达到标定轧制力后，继续转动轧辊２～３圈，监测在此期间辊缝实际值的变化率，若大于预设的监测值（轧辊偏心指标，通常取０．０５～０．１ｍｍ／ｒａｄ），则报警；若变化在可接受的范围，则将辊缝标定为“０”；

（６）减小轧制力至最小轧制力，轧辊停止转动；

（７）若有报警，辊缝打开最大极限；若无报警，辊缝打开至穿带辊缝。

３．４　倾斜控制

倾斜控制以传动侧和操作侧的辊缝差为控制目标，作为位置控制和轧制力的补偿使用，其输出叠加至位置控制和轧制力控制的输出。

倾斜设定值通常始终为０，即：使辊缝始终保持平衡。３．５　伺服阀泄漏监测及补偿

伺服阀在长期运行后其性能将逐渐下降，泄漏（或称零漂）增加。

通过一个偏差积分单元监测伺服阀的泄漏情况，监测值被叠加到控制器输出。理想情况下，当系统处于稳态时，控制器的输出为０，伺服阀的开度给定等于监测到的伺服阀泄漏量。

当泄漏达到一定程度时（通常设定为１５～２０％），将触发报警，提示更换伺服阀。

４ 结束语

本液压矫直机控制系统在很多钢铁厂精整线得到了应用，实现了辊缝快速、准确调整，对钢板矫直达到很好的效果。目前，正在从工艺、设备、液压、电气及自动化进行开发研究，实现液压矫直机系统装备国产化。

参考文献

［１］ 西门子Ｓ７－４００选型手册，２００８．

［２］ 西门子控制模块ＦＭ４５８中文手册，２００８．

［３］ 叶　恒，傅周东．液压控制系统的研究［Ｃ］．浙江大学硕士论文，

２００４液压矫直机ＰＬＣ

控制系统 尹新平

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