PLC在平整拉矯機(jī)控制系統(tǒng)上的應(yīng)用

魏向新，閆 菲

(天津電氣科學(xué)研究院有限公司 天津 300180)

1 平整拉矯機(jī)概述

由于鋼板沿紋理方向上應(yīng)力不均而產(chǎn)生板型缺陷，為得到平整的板材，需要對(duì)板材沿長度方向施加超過材料屈服極限的應(yīng)力。平整拉矯機(jī)的作用就是修正板型平整度的缺陷，通過一定的張力使鋼板產(chǎn)生延伸，改變應(yīng)力分布，提高產(chǎn)品的平整度。拉矯機(jī)的工作特點(diǎn)是在張力輥拉伸和彎曲輥連續(xù)交替反復(fù)彎曲的聯(lián)合作用下使帶材產(chǎn)生塑性延伸而實(shí)現(xiàn)板帶矯直，它能消除帶材的瓢曲、邊緣浪形和鐮刀彎等三元形狀缺陷，明顯提高了板形質(zhì)量。

通過平整提高帶鋼機(jī)械性能、改善帶鋼板形、調(diào)整帶鋼表面粗糙度，獲得符合要求的鋼卷。生產(chǎn)線上平整機(jī)和拉矯機(jī)布置如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)線上平整機(jī)和拉矯機(jī)安排Fig.1 Arrangement of temper mill and tension leveller

2 控制系統(tǒng)配置

機(jī)組主要電機(jī)：開卷機(jī)；1#張力輥組；平整機(jī)；2#張力輥組；3#張力輥組；卷取機(jī)。所有電機(jī)均為交流電機(jī)。

2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)配置

全線交流電機(jī)采用公共直流母線方式控制，選用西門子公司的S120整流單元和S120系列逆變器。

2.2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)

自動(dòng)化控制系統(tǒng)用于全線的自動(dòng)控制，配置1套S7-400PLC可編程序控制器，并在 S7400上配置FM458用于平整機(jī) AGC控制。在開卷操作臺(tái)、主操作臺(tái)、卷取操作臺(tái)分別配 ET200M 遠(yuǎn)程站完成現(xiàn)場信號(hào)采集，實(shí)現(xiàn)分布式遠(yuǎn)程控制。通過 PROFIBUSDP網(wǎng)，可以和傳動(dòng)系統(tǒng)及各個(gè)遠(yuǎn)程 I/O站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信(圖2)。

在操作臺(tái)配置觸摸屏，在觸摸屏上進(jìn)行初始卷徑、張力等工藝參數(shù)設(shè)置，控制裝置及設(shè)備的狀態(tài)在觸摸屏上顯示。觸摸屏和自動(dòng)化控制系統(tǒng)之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

在工藝操作臺(tái)配置計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)備的合分閘操作，線速度設(shè)定、張力設(shè)定，全線設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示、故障報(bào)警等。

圖2 控制系統(tǒng)配置圖Fig.2 Configuration diagram of control system

3 控制系統(tǒng)功能

3.1 PLC的功能

PLC主要用于生產(chǎn)線的基礎(chǔ)自動(dòng)化控制，基礎(chǔ)自動(dòng)化部分包括生產(chǎn)線主傳動(dòng)設(shè)備、液壓站及輔助傳動(dòng)的控制。

3.2 FM458控制功能

平均位置控制；傾斜控制；總軋制力控制；軋制力差控制；延伸率控制。

3.3 HMI功能

工程師站采用高性能工業(yè)控制微機(jī)，安裝西門子Wincc組態(tài)軟件進(jìn)行畫面組態(tài)，和自動(dòng)化控制系統(tǒng)之間通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

上位機(jī)系統(tǒng)用于平整生產(chǎn)線設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示、故障報(bào)警存檔、故障查詢等。操作人員完成軋線設(shè)備的速度設(shè)定和張力設(shè)定，軋線各設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控，各設(shè)備的合/分閘控制，實(shí)際值顯示，包括張力實(shí)際值、電流實(shí)際值、速度實(shí)際值、卷徑實(shí)際值等?？梢赃M(jìn)行設(shè)備的合分閘操作，軋線設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示，故障報(bào)警等。

4 功能實(shí)現(xiàn)方法

4.1 延伸率控制

①調(diào)節(jié)軋制力來保證延伸率的恒定。通過測量從進(jìn)入口和中間張力輥的速度，計(jì)算出帶鋼的延伸率；②通過調(diào)節(jié)中間輥，來保證出口帶鋼張力恒定；③如果由于軋制力達(dá)到飽和值需要帶伸長率不能達(dá)成，則需修改帶鋼張力設(shè)定值。

4.2 張力計(jì)輥控制

張力輥位于平整機(jī)的入口和出口，每個(gè)張力計(jì)輥有 2個(gè)測張單元，以測量生產(chǎn)線上帶鋼張力。張力計(jì)測量結(jié)果用于張力閉環(huán)控制。

4.3 平整機(jī)驅(qū)動(dòng)

平整機(jī)的驅(qū)動(dòng)根據(jù)軋輥抬起與壓靠狀態(tài)，以速度或張力方式進(jìn)行控制。

4.4 矯直單元

矯直輥上輥固定，下輥可調(diào)，輥縫調(diào)節(jié) AC馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，絕對(duì)值編碼器位置反饋，進(jìn)行位置閉環(huán)控制。

4.5 焊縫跟蹤

在 1#張力輥組后設(shè)置焊縫檢測裝置，在鋼卷焊接時(shí)，在焊縫處沖孔，當(dāng)焊縫通過焊縫檢測裝置時(shí)，檢測出焊縫并對(duì)焊縫進(jìn)行跟蹤，根據(jù)焊縫位置，平整機(jī)自動(dòng)減少軋制力或抬輥，拉矯機(jī)自動(dòng)減少張力。

4.6 平整機(jī)壓下系統(tǒng)

下位控制采用西門子 S7-400系列 PLC中的FM458功能模板實(shí)現(xiàn)全數(shù)字AFC控制。為用戶設(shè)計(jì)了功能強(qiáng)大的控制應(yīng)用軟件系統(tǒng)，能與機(jī)組工藝操作系統(tǒng)及傳動(dòng)系統(tǒng)相配合，構(gòu)成先進(jìn)的整體自動(dòng)化系統(tǒng)。平整機(jī)壓下控制系統(tǒng)功能是通過 FM458功能模板完成的。

4.6.1 軋制力控制功能

軋制力控制功能用來控制平整機(jī)的 2個(gè)液壓缸輸出壓力值；軋制力控制采用PI控制方式；通過壓力傳感器反饋，消除輥重和有桿側(cè)的壓力變化；通過壓力反饋實(shí)現(xiàn)壓差控制。

4.6.2 位置控制功能

位置控制功能保證平整機(jī)在壓下和軋制及退出軋制時(shí)，軋輥始終與軋制水平線平衡。

在液壓缸無桿腔側(cè)安裝位置傳感器，通過位置傳感器反饋信號(hào)，進(jìn)行控制；通過位置控制實(shí)現(xiàn)軋輥傾斜控制。

4.6.3 位置/壓力調(diào)偏控制功能

通過分別調(diào)整操作側(cè)、傳動(dòng)側(cè)油缸位置，使軋輥傾斜，可解決帶材單邊波浪問題。同時(shí)，系統(tǒng)還監(jiān)控操作側(cè)、傳動(dòng)側(cè)的油缸位置和平整力，當(dāng)兩側(cè)位置或平整力出現(xiàn)偏差時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)控制平整機(jī)兩側(cè)的油缸同步，保證正常工作；當(dāng)偏差太大時(shí)，系統(tǒng)將使油缸卸荷，保護(hù)平整機(jī)機(jī)械設(shè)備。