1150mm可逆冷轧机液压自动控制系统.pdf

2 0 1 1年 8月 第 3 9卷 第 1 6期 机床与液压 MAC HI NE TOOL HYDRAUU CS Au g ． 2 01 1 Vo l _ 3 9 No ． 1 6 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 1 6 ． 0 3 3 1 1 5 0 m m可逆冷轧机液压 自动控制系统 王孝科 ，张海军 ，薛风春 1 ． 钢铁研究总院，北京 1 0 0 0 8 1 ； 2 ． 安泰科技股份有限公司，北京 1 0 0 0 8 1 摘要介绍 1 1 5 0 mm单机架冷轧机 自动控制系统的硬件配置、软件配置和传感器配置，说明液压 自动控制系统的位置 闭环控制原理和压力闭环控制原理 ，重点阐述厚度控制系统中的前馈 A G C 、监控 AG C、流量 A G C和加减速厚度补偿。现 场实际应用表明成品相对厚度精度优于1 ％，超差长度大大缩短，满足了实际生产的要求。 关键词 单机架冷轧机；位置闭环控制；压力闭环控制；液压 A G C ；加减速补偿 中图分类号T G 3 3 4 ． 9 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 1 6 0 9 4 3 Au t o ma t i c Co nt r o l Sy s t e m o f l 1 5 0 mm Re v e r s i bl e Co l d Ro l l i n g M i I l WANG Xi a o k e ，Z HANG Ha i j u n ．XU E F e n g c h u n 1 ． C e n t r a l I r o n S t e e l R e s e a r c h I n s t i t u t e ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 1 ，C h i n a ； 2 ． A d v a n c e d T e c h n o l o g yMa t e r i a l C o ． ，L t d ． ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 1 ，C h i n a Ab s t r a c t Ha r d w a r e ， s o f t w a r e a n d s e n s o r c o n fi g u r a t i o n o f a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m f o r 1 1 5 0 mm s i n g l e s t a n d c o l d rol l i n g mi l l w e r e i n t rod u c e d ． P ri n c i p l e s o f p o s i t i o n c l o s e l o o p c o n t r o l a n d r o l l i n g f o r c e c l o s e l o o p c o n t r o l i n a u t o ma t i o n c o n t r o l s y s t e m o f r o l l i n g mi l l we r e e x p l a i n e d ． F e e d f o r wa r d A GC， mo n i t o ri n g AGC， ma s s fl o w AGC a n d g a u g e c o mp e n s a t i o n d u ri n g a c c e l e r a t i o n a n d d e c e l e r a t i o n i n g a u g e c o n t r o l s y s t e m we r e d e s c rib e d i n d e t a i l ． P r a c t i c a l a p p l i c a t i o n s h o w s t h a t r e l a t i v e t h i c k n e s s a c c u r a c y o f p r o d u c t s i s wi t h i n 1 ％ ． t h e u l t r a p o o r l e n g t h i s s h o r t e n e d g r e a t l y a n d i t me e t s t h e n e e d o f p r a c t i c a l p r o d u c t i o n ． Ke y wo r d sS i n g l e s t a n d c o l d rol l i n g mi l l ；A u t o ma t i c p o s i t i o n c o n t r o l ；Au t o ma t i c f o r c e c o n t r o l ；Hy d r a u l i c AGC；C o mp e n s a t i o n d u rin g a c c e l e r a t i o n a n d d e c e l e r a t i o n 随着我国经济的迅速发展，对冷轧带钢的需求越 来越大，质量要求也越来越高 。据资料显示 ，我国 目前冷轧带钢生产能力过剩，但是高精度产品依然供 不应求 。 某冷轧带钢厂采用的六辊冷轧机大都是电动压下 轧机，产品质量较差。为了提高带钢产品的市场竞争 力，该公司决定在 2 0 1 0年新上几套单机架可逆六辊 冷轧机。而 1 1 5 0冷轧机就是其中一套，控制系统采 用西门子 7 - 4 0 0系列 P L C和 F M 4 5 8功能模块 ，传动 系统采用西门子 6 R A 7 0系列直流调速装置，网络通 信系统采用 P r o fi b u s D P现场总线和工业以太网。作 者主要介绍该轧机的自动控制系统及实际应用情况。 1 系统配置 控制系统采用西门子公司 7 - 4 0 0 P L C加 F M 4 5 8 功能模块结构实现轧机主要设备控制。 7 - 4 0 0 P L C 主要完成主令速度控制、张力控制和系统逻辑控制 等，F M 4 5 8 具有非常高的运算处理速度，主要完成液 压系统 自动控制和 自动厚度控制， 7 - 4 0 0 C P U与 F M 4 5 8通过机架总线进行快速数据通信。s 7 3 0 0主 要完成 A G C液压站、辅助液压站和工艺润滑站控制， 7 - 3 0 0 C P U与 7 - 4 0 0 C P U之间采用 P r o fi b u s - D P现场 总线主从通信方式。 1 ． 1 硬 件 和软件 配置 硬件 系统由 1台计算机及 P L C控制柜组成，包 括 1台主操作台、2台机前操作箱、2 支位移传感器、 2支压力传感器、2 个油缸及伺服总成、2台 D 6 6 1电 液伺服阀和 2支快卸阀等；软件系统是指由西门子 7 - 4 0 0 P L C使用以太网通讯与上位机和测厚仪交换 数据，使用前后测速辊编码器采集带钢的出口和入 口 线速度，通过 A G C控制程序 软件对带钢实现厚 度 自动控制。 1 ． 2 仪表及传感器配置 仪表及传感器配置准确检测轧制过程中系统的各 种变量，是提高轧机控制精度和产品质量的前提。该 系统采用了大量高精度的检测设备 ，以满足轧机控制 的需求。 轧机上安装的传感器如表 1 所示。 收稿 日期2 0 1 0- 0 71 2 作者简介王孝科 1 9 8 5 一 ，男，硕士研究生。电话 1 3 4 2 6 0 7 2 5 3 7 ，Em a i l w x k 3 3 0 1 2 6 c o m。 第 1 6期 王孝科 等1 1 5 0 m m可逆冷轧机液压 自动控制系统 9 5 表 1 轧机传感器 2液压厚度 自动控制 2 ． 1 位 置 闭 环 控 制 A P C 和 压 力 闭 环 控 制 A F C 自动位置闭环控制工作原理由上位机画面的设 定辊缝 也就是相当于油缸活塞的位置信号与安 装在油缸内的位移传感器反馈油缸活塞的位置信号经 过 P L C比较 ，再经过功率放大板放大信号，驱动电 液伺服阀打开 ，让高压油推动油缸活塞伸出；当油缸 伸出的位置与设定的位置相等时，功率放大板驱动电 液伺服 阀的电流输出为 “ 0 ” ，伺服阀关闭，活塞停 止运动 ，P L C软件实现位置调节。 压力闭环控制和位置闭环控制的工作原理大致相 同。其原理由上位机画面的设定压力 轧制力 信号与安装在油缸内的压力传感器反馈油缸内的压力 信号经过 P L C比较，再经过功率放大板放 大信号 ， 驱动电液伺服阀打开，让高压油推动油缸活塞伸出； 当油缸伸出顶住辊系产生压力，此压力与设定的压力 相等时，功率放大板驱动电液伺服阀的电流输 出为 “ 0 ” ，伺服阀关闭，活塞停止运动 ，P L C软件实现压 力调节。在轧制过程中，可以实现位置闭环与压力闭 环的无 扰切换 。 2 ． 2 自动厚度闭环控制 A G C工作原理 由上位机 画面的设定 带钢厚度 ，即 目标厚度 出口厚度作为给定信号，再 由测厚仪检测带钢的 设定厚度 ，与实际厚度之间的厚差信号作为反馈 ，两 个信号经过 P L C软件 比较，并按照一定的轧制模型 计算 ，再经过功率放大板放大信号 ，驱动电液伺服阀 打开 ，让高压油推动油缸活塞运动，当带钢的设定厚 度与实际厚度之 间的厚差进人 “ 允许厚差”范围之 内时，功率放大板驱动 电液伺服 阀的电流输 出为 “ 0 ” ，伺服阀关闭，活塞停止运动。P L C软件实现厚 度调节 。 图 1 为液压 A G C系统控制原理图。 图 1 液压 A G C系统控制原理图 2 ． 2 ． 1 前馈 A G C 前馈 A G C 是根据人口侧测厚仪测得偏差 8 h 。 后 存入前馈表 ，延时后 待具有此 8 。 的带钢段将进入 轧机时前馈控制液压压下，即给液压 A P C系统一 个位置变化量 s 。 8 s ，8 s 的公式为 8 s 品 8 。 或给液压 A F C系统 压力内环一个轧制力变 化量P 盯 6 p ，印 的公式为 印 Q S h 。 9 6 机床与液压 第 3 9卷 2 ． 2 ． 2 监控 A G C 监控是根据轧机出口侧测厚仪所测得的 8 进行 积分，然后用于对液压压下进行修正 ，监控的控制周 期 应根据轧出带钢速度 来取，即 ￡ △ 式中 为轧机到机后测厚仪的距离； 为带钢轧出速度； △为保证下一次采样的带钢即为上一次监控量 所作用 的带钢段 。 2 ． 2 ． 3流量 A G C 流量 A G C 是根据轧制带材质量不变原理 即 流人轧机的带材体积与流出轧机的带材体积恒定原 理来测量并控制出口带材厚度的。 控制模型为 H 1 A h 1 B 1 l 月 A h 2 B 2 X 2 式中 为人 口侧测量厚度；A h 为入 口侧测量偏 差 ； ． 为人 13侧测 量 速 度 ； 为 出 口侧 测 量 厚度 ； △ 为出13侧测量偏差； 为出 口侧测量速度；B 。 为人口侧带材宽度；B 为出口侧带材宽度。 因为认为在冷轧中的宽度是不变的，即B B 。 所 以有 z 日 - - v L _ 2 ． 2 ． 4 加 、减速 A G C控制补偿 为了对加减速过程 中摩擦因数等的变化进行补 偿，根据加减速时的轧制速度推算出推上辊缝修正 量，来调节压下控制 。 加减速过程中摩擦因数的变 化体现为轧制力的变化 ，因此对加减速补偿为 A s 卸 C B X C ／ K P A v 其中△ p为轧制力的变化量；C 为带钢宽度补偿系 数；C为加减速补偿 A G C控制增益系数；K为轧机 的刚度系数；P 为比例调节系数；A v为加减速时速 度变化量 。 3 使用效果 该轧机投入使用之后 ，在来料既有很大整体趋势 性厚度偏差，又有很大高频厚度波动的情况下，经轧 制之后 ，成品相对厚度精度能够控制在 1 ％之内，超 规材料大大缩短，产品质量大大提高。 参考文献 【 1 】丁修垄． 轧制过程自动化[ M] ． 北京 冶金工业出版社， 2 00 5． 3 1． 【 2 】 孙一康． 带钢冷连轧计算机控制[ M] ． 北京 机械工业出 版社 ， 2 0 0 2 1 9 31 9 6 ． 【 3 】安连祥， 王会丰， 杨泽伟． 流量 A G C的控制模型和功能 实现[ J ] ． 电气传动， 2 0 0 9 7 4 1 4 5 ． 【 4 】孙杰， 张殿华， 曾玉清， 等． 单机架可逆冷轧机 自 动控制 系统[ J ] ． 冶金 自动化， 2 0 0 8 1 4 5 4 8 ． 上接第 9 3页 2 当扫描平面物体时，扫描方式对测量精度 的敏感度很显著；被测物位姿和物体颜色对测量精度 的敏感度也是显著程度；扫描步距对测量精度的敏感 度不太显著 ；而环境光照对测量精度的影响非常小， 可并 人 误 差。其 最 优 的 水 平 组 合 的 方 案 是 B c 。 D ， E ，即合理的扫描条件是扫描方式是平 面式扫描 、被测面与扫描光线垂直、表面喷涂白色模 型漆、扫描步距 0 ． 5 、且为 自然光环境光照时，平面 物体的扫描误差最小。 3 就颜色、扫描步距、环境光照而言，它们 对两类物体测量精度影响的程度不同，但在减少测量 误差、提高测量精度的最优组合方面却有共同的方 案，即被测物表面 喷涂 白色模型漆，测量步距是 0 ． 5 ，且为自然光环境光照时，物体的扫描误差最小。 4结语 在详述 L S H 8 0 0 设备即双 C C D光切测量系统的测 量原理的基础上 ，针对该设备，以减小测量误差、提 高测量精度为指标 ，从外界因素影响、参数设置方面 进行了误差分析 ，研究了影响指标的各种因素，运用 正交实验法设计标 准球和标准平面的扫描实验 ，对测 量数据进行极差分析和方差分析，最后根据分析结 果，得出了扫描一般物体时，各种因素对精度和效率 的影响程度及因素的敏感性程度的结论。通过上面的 研究，可以解决逆向工程中数据测量的精确性和质量 问题 ，为后续的数据处理和模型重建奠定基础。 参考文献 【 1 】 王宏涛， 周儒荣 ， 张丽艳． 现代测量方法在逆向工程数据 采集技术中的应用[ J ] ． 航空计测技术 ， 2 0 0 3 ， 2 3 4 14． 【 2 】吴剑波， 桑波， 赵宏， 等． 光切法三维测量在逆工程中的 问题分析[ J ] ． 西安交通大学学报， 2 0 0 1 ， 3 5 9 9 4 9 9 5 3 ． 【 3 】吴剑锋 ， 王文， 陈子辰． 激光三角法测量误差分析与精度 提高研究[ J ] ． 机电工程， 2 0 0 3 ， 2 0 5 8 9 9 1 ． 【 4 】 刘文卿． 实验设计[ M] ． 北京 清华大学出版社， 2 0 0 5 ． 【 5 】 L e e K H， W o o H ． U s e o f R e v e r s e E n g i n e e r i n g M e t h o d f o r R a p i d P r o d u c t D e v e l o p m e n t [ J ] ． C o m p u t e r s a n d I n d u s t ri a l E n g i n e e r i n g ， 1 9 9 8 ， 3 5 1 2 1 2 4 ． 【 6 】李江雄． 反求工程中的曲面建模技术及相关软件[ J ] ． 计算机辅助设计与制造， 1 9 9 9 1 0 1 41 6 ．