液壓矯直機(jī)PLC控制系統(tǒng)分析

李洋 孫維陽(yáng)

北方重工集團(tuán)有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110141

在鋼鐵產(chǎn)能過(guò)剩的情況下，鋼鐵市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)將變得更加激烈，產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率也將變得越來(lái)越苛刻。熱軋帶鋼廠相繼增加了橫切線，熱處理線和矯直線，以進(jìn)一步加工熱軋鋼。液壓矯直器通常安裝在橫截面線和熱處理線上，不僅可以矯直鋼板，還可以通過(guò)熱軋，冷卻和熱處理消除鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)部應(yīng)力，并有效提高鋼板的質(zhì)量。

1 液壓矯直機(jī)的控制系統(tǒng)組成

電動(dòng)液壓位置伺服系統(tǒng)的液壓部分是閥控制系統(tǒng)（油門液壓系統(tǒng)），比例伺服閥系統(tǒng)是使用節(jié)流原理來(lái)控制液壓缸中的流量或壓力的。該系統(tǒng)具有寬頻率范圍，快速動(dòng)態(tài)，高控制精度，但是這一系統(tǒng)的使用效率不高。系統(tǒng)中的一些其他設(shè)備：泵出口連接的安全閥用作泄壓閥，止回閥和安全閥，出于安全原因，它們連接到液壓缸的下腔，用于泵出口連接的壓力表，濾油器和壓力開關(guān)。速度控制系統(tǒng)的液壓部分是一個(gè)泵控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用的液壓系統(tǒng)具有強(qiáng)制使泵馬達(dá)排量的原理，其原理是通過(guò)具有壓力補(bǔ)償功能的可調(diào)泵來(lái)輸送油，并設(shè)置流量控制元件，以根據(jù)所使用的馬達(dá)速度來(lái)確定液壓馬達(dá)中的流量。將可變泵的油流量調(diào)整為所需的液壓馬達(dá)流量，與簡(jiǎn)單的空間速度控制電路相比，該速度控制電路沒(méi)有溢流損失，效率更高，速度穩(wěn)定性更好。該速度系統(tǒng)使用具有恒定壓力量的控制回路，該回路使用帶壓力限制的可調(diào)葉片泵和比例閥。通過(guò)可調(diào)泵輸送的壓力油通過(guò)比例閥到達(dá)液壓馬達(dá)，回油通過(guò)止回閥返回油箱。通過(guò)調(diào)節(jié)比例閥的截面積來(lái)調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的速度，可調(diào)泵的輸出電流適應(yīng)進(jìn)入液壓馬達(dá)的電流。泵的輸出電流大于進(jìn)入液壓馬達(dá)的電流，具有壓力限制的葉片泵的流量自動(dòng)減少到液壓馬達(dá)的輸入電流，反之亦然。可以看出，在這種情況下，比例閥的作用不僅是保持進(jìn)入液壓馬達(dá)的流量的恒定流量，而且是為了確保向泵的燃料供應(yīng)量恒定（因此，泵的供應(yīng)壓力也恒定），使泵和氣缸的流量匹配。其他一些附件在兩個(gè)液壓馬達(dá)的入口端包括一個(gè)節(jié)氣門，該節(jié)氣門可調(diào)節(jié)上排和下排滾子的速度，以使其能夠以相同的速度旋轉(zhuǎn)。壓力開關(guān)是液壓馬達(dá)出口處回油回路的自動(dòng)溫度控制裝置，由風(fēng)扇和冷卻器組成，它們都由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)[1]。

2 控制功能

2.1 自動(dòng)輥縫控制

（AGC）液壓矯直機(jī)矯直鋼板時(shí)，框架會(huì)引起彈性變形。位置控制通過(guò)自動(dòng)輥縫調(diào)整（AGC）進(jìn)行補(bǔ)償，以確保精確控制。液壓矯直機(jī)的自動(dòng)輥縫控制（AGC）的框圖如圖1所示。

圖1 自動(dòng)輥縫控制框圖

圖1 示出了由軋制力引起的彈性機(jī)架的變形可以通過(guò)自動(dòng)軋制來(lái)控制，以便獲得作為預(yù)定位置控制分量的補(bǔ)償值來(lái)參與對(duì)擠壓裝置的閉環(huán)位置的控制。

2.2 位置校準(zhǔn)控制

盡管用于測(cè)量的位移傳感器被賦予了其他因素的影響，例如輥?zhàn)又睆讲⒉恍枰?zhǔn)，仍然有必要通過(guò)校準(zhǔn)輥?zhàn)拥拈g隙來(lái)重新確定輥?zhàn)拥臉?biāo)稱間隙。軋輥間隙的校準(zhǔn)是從HMI開始的自動(dòng)過(guò)程。主要步驟是：①將壓區(qū)張開至最大極限，并將輥縫設(shè)置為近似校準(zhǔn)值，該校準(zhǔn)值根據(jù)機(jī)架機(jī)器的尺寸和輥?zhàn)又睆酱_定；②關(guān)閉輥縫，直到軋制力達(dá)到最小軋制力，然后將輥縫預(yù)校準(zhǔn)為“ 0”。③低速轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒。④關(guān)閉側(cè)傾力差控制器以增加側(cè)傾力。⑤當(dāng)輥力達(dá)到校準(zhǔn)輥力時(shí)，將輥旋轉(zhuǎn)2-3圈，并在此期間監(jiān)視輥隙實(shí)際值的變化率。如果它大于預(yù)設(shè)的控制值（輥偏心率）（通常為0．05±0．1mm / rad），則在警報(bào)的變化在可接受的范圍內(nèi)時(shí)，將輥縫標(biāo)記為“ 0”。⑥將軋制力減小到最小軋制力，然后輥?zhàn)油Ｖ剐D(zhuǎn)。（7）發(fā)生警報(bào)時(shí)，輥?zhàn)又g會(huì)以最大間隙打開，而在沒(méi)有出現(xiàn)警報(bào)時(shí)，輥?zhàn)娱g隙會(huì)以普通輥縫打開。

2.3 伺服閥泄漏監(jiān)測(cè)及補(bǔ)償

液壓矯直機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行后，伺服閥的性能逐漸下降，泄漏（或零漂）增加。偏差積分單元監(jiān)視伺服閥的泄漏，并將監(jiān)視值疊加在控制器輸出上。當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，控制輸出為0，并且伺服閥的開度設(shè)置為等于伺服閥的受控泄漏。當(dāng)泄漏達(dá)到一定值（通常為15-20%）時(shí)，將觸發(fā)警報(bào)，指示需要更換伺服閥。

2.4 傾斜控制

傾斜控制以變速箱側(cè)和作業(yè)側(cè)的側(cè)傾差為控制目的，被用作位置控制和軋制力的補(bǔ)償，其輸出被疊加在位置控制和軋制力控制的輸出上。傾斜設(shè)置的值始終為0，這意味著滾動(dòng)間隙始終保持平衡[2]。

2.5 控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

在工作場(chǎng)所中，控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試用于多輥液壓整流器，比例系數(shù)是從第4章的計(jì)算機(jī)模擬過(guò)程中確定的值中選擇的，調(diào)節(jié)輥?zhàn)又g前部間隙的液壓系統(tǒng)仍然是進(jìn)行調(diào)試工作的主題。通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)空間，在該空間中存儲(chǔ)左右前間隙之間的實(shí)際值，然后將其與計(jì)算機(jī)模式連接中的圖形進(jìn)行比較。具體過(guò)程如下：系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下，達(dá)到了zoom值，因此我們可以通過(guò)捕獲實(shí)際數(shù)據(jù)集合中前50ms的實(shí)際滾動(dòng)間隔來(lái)獲得完整的階躍響應(yīng)過(guò)程。如果以soms捕獲了50個(gè)滾動(dòng)跨度值，則平均IOms應(yīng)該捕獲一次，并通過(guò)中斷程序捕獲數(shù)據(jù)，并且中斷間隔為10ms（西門子57200PLC對(duì)于讀取數(shù)據(jù)區(qū)域中的數(shù)據(jù)非常實(shí)用）。數(shù)據(jù)可以使用PI 爪形通訊電纜以編程軟件STEP7-iMcor / W Industrial N32中的EXCEL表的形式傳輸?shù)絇C并進(jìn)行 儲(chǔ)存。通過(guò)在MATLAB中讀取該數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)插值中使用一維數(shù)據(jù)插值的近似方法可以獲得前輥間隙的逐步響應(yīng)曲線，而不會(huì)影響方向力。然后在第4章中運(yùn)行計(jì)算機(jī)軟件可以進(jìn)行響應(yīng)曲線的對(duì)比[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

電動(dòng)液壓矯直器控制系統(tǒng)結(jié)合了機(jī)械，電子，液壓，控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)，這是高精度位置伺服控制中的典型問(wèn)題。但是，由于作者的知識(shí)，時(shí)間和條件有限，仍然有很多工作無(wú)法執(zhí)行，一些問(wèn)題也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)和解決。由于在液壓矯直系統(tǒng)中使用了具有良好線性度的比例伺服閥，因而其矯直效果非常好，但是其價(jià)格相對(duì)較高，有關(guān)人員可以嘗試使用輸出功率較低的伺服閥，并使用高級(jí)控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)相同的控制精度，這將有助于降低成本并提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。