辊缝控制

辊缝控制 篇1

莱钢H型钢生产线建立于2005年, 是目前国内规模最大、产品规格最齐全的H型钢生产基地。整个生产线由8部分组成:加热炉、粗轧区域、精轧区域、冷床区域、矫直区域、冷锯区域、码垛区域、成品区域。精轧区域是整个生产线的核心部分, 其中的辊缝控制系统采用德国西马克公司专有的TCS技术控制系统, 主要由五部分组成:Probas-DB数据库编程系统、ProMask V5.5监控画面制作系统、SCT2.0状态号编程系统、W-HMI监控画面、Logicals公司的Logi CAD32V3.0编程系统。其中, TCS主程序的编写采用的就是Logi CAD32 V3.0编程系统, 该系统对计算机硬件要求低、负荷小、集成度高, 只需一台工控机就可实现对现场全部设备的控制。该编程系统以业界通用的IEC61131-3为标准, 以图像化语言代替复杂的文字描述, 用简单的逻辑符号就可以实现对现场的精确控制。

1 硬件设计

H型钢精轧辊缝控制系统主要包括工控机、调试机和PDA数据采集系统三部分, 其中工控机是整个系统的核心组件。Logi CAD-32编程系统可以根据现场不同的硬件进行配置。以莱钢大H型钢精轧辊缝调整系统为例, 硬件部分包括1块18插槽背板、1块FS978主板、1块5136DP通信模板、4块FOB-IO光纤数据通信模板、4块1710高速计数模板、6块3120模拟量输入输出模板。

FS978主板类似于普通电脑的主板, 负责运载整个工控机本身基本系统的运行。5136-DP通信模板负责与西门子设备的通信, 通过DP-DP耦合器与IM153通信模板相连。1710高速计数模板是TCS系统专用的现场编码器检测工具, 现场使用SSI型同步串行编码器, 对系统时钟的要求比较高。该模板共分为4路时钟可接12路编码器, 优点是集成度高、响应速度快, 应用非常广泛, 但该模板由于自身元器件的老化会导致时钟信号衰减, 进而会引起现场编码器脉冲数值跳变, 且无法从根本上解决此问题。FOB-IO光纤数据通信模板负责与PDA系统的数据交换工作。3120模板是模拟量输入输出模板, 负责现场压力传感器信号的检测和伺服阀控制系统的信号输出。

2 软件设计

以大H型钢TCS系统为例, 软件由五大部分组成:W-HMI监控画面、Logi CAD-32 V3.0编程软件、SCT2.0状态号制作工具、PROMASK V5.5监控画面制作工具、PRO-DB V6.0数据库系统。Logi CAD-32编写的现场控制主程序是整个系统的核心, 整个软件结构共分为17个子系统, 对应现场17个主控制单元, 每个控制单元均由3个独立的程序构成。

该系统主要子系统包括:E_AGC (厚度控制) 、E_H_C、E_STAC (机架控制) 、E_STAT (机架状态) 、T_MAC (主要包含通信数据) 、UF_AGC、UF_HAX、UF_H_C、UF_STAC、UF_STAT、UF_V_C、UR_AGC、UR_HAX、UR_H_C、UR_STAC、UR_STAT、UR_V_C。整个程序的结构以及相互之间的关系如图1所示。

TCS系统的整个程序结构上分为三级:

(1) 第一级为T-MAC, 主要功能:负责接收外部精轧控制程序发送过来的数据, 包括模式信息、轧制表数据、辊系校准数据等, 同时向外部精轧控制程序反馈TCS状态数据、报警信息等;向下一级UREUF轧机控制程序发送辊系数据和轧制表数据, 同时接收轧机控制程序的不同状态信息;与PDA数据采集系统进行数据交换。

(2) 第二级是URUFE轧机的机架控制程序UR-STACUF-STACE-STAC, 主要功能:控制本身轧制现场平辊、立辊、轴向等设备的具体动作;接收上一级程序T-MAC传来的本架轧机的辊系数据和轧制表数据, 同时反馈报警信息和状态信息。

(3) 第三级是三架轧机现场设备的具体动作控制程序, 包括E_AGC、E_H_C、UR_V_C、UF_V_C、UR_AGC、UR_HAX、UR_H_C、UF_AGC、UF_HAX、UF_H_C等。

整个轧机的控制系统分为三部分:APPEvent (负责数据交换) 、APPLogic (逻辑控制) 、APPLoop (现场设备动作控制) 。

2.1 App Event

App Event负责把平辊的校准数据和配置数据写入制定的文件中, 如图2所示。

2.2 App Logic

App Logic为轧机程序的逻辑控制功能块, 主要负责现场设备的顺控执行, 状态号的执行和现场模拟量信号、数字量信号的通信, 界面如图3所示。

App Logic功能块是UR轧机自动控制的核心, 控制不同模式下 (校准、轧钢、模拟) 现场设备的不同动作, 主要通过SCT状态执行表的状态转换来实现, 共分为20个小的功能控制区。

2.3 App Loop

App Loop功能块负责现场设备动作的控制。轧机辊缝控制系统是一套完整的闭环控制控制系统, 该系统通过现场编码器采集实际液压缸的位置, 反馈到程序中与设定值进行比较, 通过一系列PID调节, 计算出所需要的伺服阀的控制精度, 达到辊缝精确控制的目的。并且, 该系统监视轧机的实际轧制力并反馈到位置控制系统中进行二次调整, 保证轧件尺寸的准确性。该功能块主要包括平辊控制子程序、立辊控制子程序、轴向控制子程序。

3 结语

大H型钢精轧辊缝控制系统是一套独立的控制系统, 具有响应速度快、硬件要求低、设备集成度高、占用空间小等诸多优点。

该系统所采用的Logi CAD32 V3.0软件编程系统是由德国logicals公司开发的一套编程系统, 以业界通用的IEC61131-3为标准, 以图像化语言代替复杂的文字描述, 用简单的逻辑符号就可以实现对现场的精确控制。该编程系统可以实现不同公司和产品的完美结合, 对于降低设备成本和生产成本有很大帮助, 广泛应用于轧钢、激光焊接、测厚仪以及测宽仪等高科技设备。

摘要：从软硬件方面, 介绍Logi CAD-32编程系统在H型钢辊缝控制系统中的应用。

关键词：Logi-CAD,TCS,Pro Mask

参考文献

可逆式轧机辊缝调节装置控制系统 篇2

关键词辊缝调节装置 控制系统 控制原理

一、可逆式轧机辊缝调节装置的组成和功能

可逆式轧机辊缝调节装置由两个压下螺杆进行顶部轧辊调节。两个压下螺杆分别安装在轧机的传动侧和操作侧,通过螺杆的推拉动作来调节辊缝的大小,螺杆的动作则是由传动侧的齿轮电机通过蜗轮来驱动的,可逆式轧机架使用液压平衡。底部轧辊使用安装在底部轴承座上的垫片调节。在两蜗轮的连接轴上安装了一电磁离合器用来是两侧的辊缝同步,当辊缝不一致时可以打开电磁离合器进行单侧辊缝调整,在生产过程中电磁离合器是啮合的。在调节装置中有一制动器,当调节辊缝时制动器打开;辊缝调节好之后,制动器把与电机连接的轴抱住,此时可以进行轧制。

二、可逆式轧机辊缝调节装置控制系统

可逆式轧辊缝调节装置由西门子PLC和安萨尔多电气传动(其中控制板为基础型)以及安装在传动侧的编码器来控制的。另外在操作侧还有一个编码器,它不参与控制只是用来显示操作侧的辊缝值,如果两个编码起显示的值差值大于2mm就说明传动侧和操作侧辊缝差值大于2mm,此时就要出现报警,需打开电磁离合器进行单边辊逢调整。另外,该装置上还有四个接近开关用来检测传动侧和操作侧最大辊缝值和最小辊缝值,如果超过限制,程序中所设定的联锁条件会终止辊缝调节电机运行,并产生相应报警,为了增加可靠性,避免超过最小辊缝造成碰辊,传动侧编码器也参与了相应控制,即使接近开关没有被检测到,如果传动侧辊缝低于3.5mm,连锁条件同样有效。

三、控制原理及控制模式

(一)控制原理。

辊缝调节装置的驱动电机是由安萨尔多变频器控制的。三相交流电通过整流器将直流电输送到直流母排,此时直流电压约550V,在经过变频器逆变后将电压供给电动机使用。变频器输出电压波形是一系列的PWM波,由于采用了恰当的PWM控制技术,正弦基波的比重较大,影响电动机运行的低次谐波受到很大抑制。变频器中包含了电源板、控制板、通讯板以及功率开关IGBT。它的控制电路是以微处理器为核心的数字电路,其功能主要是接受各种设定信息和指令,在根据它们的要求形成驱动逆变器工作的PWM波信号。控制板包含了一系列的接口和一个微型处理单元,它接收和处理由电动机过来的电流信号,IGBT的开通和关断的触发信号也由控制板来控制。由于IGBT开关速度高,开关损耗小,PWM波脉宽调制,使得变频器的效率相当高。可逆式轧辊缝调节电机变频器采用磁场矢量控制方式(FOC)。它将交流电机定子电流根据矢量分解原则分成相互垂直的两个矢量:一个是Id ,另一个是Iq。Id为励磁电流,Iq为转矩电流。根据交流电机的基本模型,通过速度的反馈和给定进行比较,进行速度调节控制,然后与转矩反馈进行比较进行转矩调节控制,再与转矩电流比较进行转矩电流的控制;另外根据速度的反馈得出磁场电流参考值,与定子磁场电流比较得出励磁电流参考值,其与励磁电流反馈值相比较进行励磁电流控制。通过反馈和调节,使的变频器输出适合需要的电压。

(二)PLC控制过程分析。

轧机可用的道次共有8个,机前的四个道次为奇道次,机后的四个道次为偶道次。根据轧制要求在HMI画面上可以设置不同道次的辊缝值。轧机辊缝的目标值为HMI画面上设置的每个辊缝值与该道次辊缝磨损值(即画面上的ID号)之差。轧机辊缝的实际值为编码器测出来的值。在控制可逆式轧机PLC程序中专门有一个功能FC来计算辊缝值的。首先在程序中的计算出压下螺杆每动作1mm编码器发出多少个脉冲:螺杆每动作1mm的脉冲数N=4096*28.5/22=5306。22为压下螺杆的螺距,28.5为减速比。在间隔一次扫描周期内设编码器两次的脉冲数差值为M,则M/N为一次扫描周期内编码器测出的值,在X个扫描周期后如果辊缝值到了预先设定值,则此时的实际值为:M1/N1+M2/N2+……+Mx/Nx。在辊缝调节程序中做了一个辊缝位置调节程序块,当#SRPos中S脚被触发后,开始进行位置调节,R脚被触发后,停止位置调节。PLC和变频器通过PRIFIBUS互相读写数据,从而完成辊缝的调节。

四、结束语

辊缝调节装置采用西门子控制系统,SIMATIC S7作为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工控设备。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能,具有可靠性高,抗干扰能力强,配套齐全,功能完善,适用性强等优点,在重型工业企业中被广泛应用。

参考文献:

[1]杨海波,李朋义,杨成,王邦文,孙志辉.薄板坯连铸连轧中的板带厚度控制及仿真分析[J].北京科技大学学报,2009,(02).

[2]彭熙伟,谭日飞,李占宏.感应位移传感器在轧机压下系统中的应用[J].冶金自动化,2009,(04).