液压矫直机PLC控制系统
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《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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