天钢中厚板11辊全液压矫直机控制系统的应用.pdf

天钢中厚板 l 1 辊全液压矫直机控制系统的应用 天钢中厚板 1 1辊全液压矫直机控制系统的应用 天钢中厚板厂矫直机为 1 1辊全液压强力矫直 机 ，为一重设计研究院设计 ，最大矫直力可达到 2 5 0 0 0 k N，控制系统采用意大利安萨尔多公司开发的 A MS A n s a l d 0 Mi c r o S y s t e i n 1 多功能微处理单元 ， 模块 化设计 ， 易于维护和扩展 ， 是实时控制系统的基础。 该 矫直机控制系统先进 ， 达到了当今国际先进水平。它 功能齐全、 现场信号采集与响应速度快， 矫直能力大、 控制精度高、 工作性能可靠 ， 很好地实现 了对矫直机 的控制 ， 并且矫出后的钢板平直度满足了市场和用户 对钢板质量的需求。 2 矫 直机设 备组成 2 ． 1 设备 组成 矫直机配备 1 1 个轧辊 5上 6下1 交错排列 ， 并 且由2个交流电机通过齿轮箱传动。 上下交错的轧辊 可以把钢板的短纤维应力延长 ，达到矫平钢板的 目 的。 矫直机由机架装配、 弯辊架、 辊系、 压下装置、 传动 装置、 换辊装置、 机架辊等组成。结构简图见图 1 。 2 ． 2 技 术数据 主传动电机 r 带光电编码器 A C 3 5 0 ／ 7 0 0 ／ 7 0 0 k W 5 0 0 ／ 1 0 0 0 ／ 1 3 5 0 r ／ m i n 2台 轧制板厚度 6 m i l l ～ 5 0 m i l l ； 轧制板宽 I n a x 1 3 3 0 0 m m； 轧制板长度 m a x 1 4 0 0 0 0 m m； 矫直板材温度 4 5 0 9 0 0 o C； 矫直板材屈服极限a r s 7 1 0 MP a；爨 最大矫直力2 5 0 0 0 k N i l 矫直速度 0 ～ 0 ． 7 5 ／ 2 m ／ s ； 矫直辊节距3 0 0 m m；鬻 上辊系行程一 2 0 ， 3 2 0 m m； 上辊系沿轧线和辊身方向倾动量 1 0 m i l l 前、 后导辊的调整量 1 0一 2 5 m m 主压下速度0 1 5 m m ／ s 工作辊规格 2 8 5 x 3 6 0 0 m m 撩 工作辊数量1 1根 上排 5 根 、 下排 6 根 ⋯ 一 台主电机轴上的G D 2 不含电机 7 2 ． 6 5 k g m2 最大矫直力矩 1 6 7 7 8 k g m 瓣 3 矫直机控制功能 3 ． 1 矫 直机控 制 系统的硬件配置 帮 天钢 3 5 0 0 m m中厚板矫直机控制系统对现场的 压力检测 、 机械设备和电气设备进行逻辑管理 ， 并对 这些设备提供给定参数。 收集反馈信息等事件都是由 A MS进行控制的 ， A MS 是 由意大利 A S I R o b i c o n 公 司 开发的多功能微处理单元， 它的硬件设计主要基于以 下几点 1 多重处理能力 ； 2 多任务处理能力； 3 开放和标准总线； 4 扩展能力 ，遵循技术趋 势扩展系统的运算能力； 5 系统维护简单； 6 通 信标准能适应诊断需要。A MS 平台包括一整套 V M E 总线 I ／ O板 数字量和模拟输最人 ， 输出、 高速计数器 微 机 应 用 与 自 动 化 ．． 4 7 ． 天 辟 分 和编码器1 。 A S I 设备通过 P R O F I B U S与之有效成为一 体 ， 更增强了 自动化系统性能， 使通过设备进行远程 诊断成为了可能，其定位于快速过程的实时控制 ， 采 用市场普及的微处理器标准总线 V ME b u s ， 可多达 8 个 C P U， 这些 C P U均为相同类型， 只是第一个 C P U装 备以太网接口， 因此它被指定为操作员和服务站的接 口功能、 以及应用软件的开发和监控单元。矫直机硬 件简易配置如图 2 所示。 暮 墨 暮 吾 昱 莹 I 甲 旨 吾 宝 善 蓦 0 ∽ 圈 7 } r 8 8 图 2 A MS 6的硬件酉 置不慈 图 系统主要由 4 块 MV ME 一 5 1 0 0 C P U和 3 块 V ME P R O F I S卡． 1 块 A N S A L D O MM9 8卡，以及 V ME总 线组成。系统选用 1 个标准的 V ME总线机架 ， C P U 卡 、 V ME P R O F I 卡 、 A N S A L D O MM 9 8卡均安装在这 一 机架上 ，并为 以后 的扩展 留有相应备 用插槽 。 MV M E 一 5 1 O O C P U卡采用标准 MO T O R O L A公 司生产 的P O WE R P C处理器 ， 采用 R I S C技术 ， 支持 V M E总 线 ， 主频 3 0 0 M H z ， 卡上带有 R J 4 5口用以 E T H E R N E T 通讯 ，采用静态存储技术 。第 1 块 C P U安装 了一块 F LA S H C A R D， 应用程序和配置文件直接存储在易保 持的F L A S H C A R D内脚； 第 2 块 C P U用于传动及矫 直区域的顺序逻辑控制，第 3 块 C P U用于矫直辊缝 控制和快速换辊控制，第 4块 C P U用于矫直机液压 站控制。V ME P R O F I 的从站板卡采用标准的支持 V ME总线 P R O F I B U S接口卡 ，用于连接矫直机传动 装置及现场远程控制站。A N S A L D O MM9 8 卡用于光 3 ．2 ．3 当人口光电管检测到钢板头部后， 启动钢板头 一 柏一 微 机 应 用 部跟踪 ， 当钢板头部到达 3 上辊和 下辊之间时， 主 压下缸通过增压缸开始工作 ， 此时辊缝值为预设定辊 缝值。然后以出口辊作为枢轴倾斜上辊系。 3 ． 2 。 4 一旦跟踪系统检测到钢板头部到达矫直机出 口时 ， 立即升速至矫直速度。 3 ． 2 ． 5 一旦跟踪系统检测到钢板尾部到达矫直机出 口后 ， 矫直机立即恢复到穿带速度 ， 这时矫直机输入 辊道停止运行。 3 ． 2 ． 6 如果在矫直过程中板型不平需要进行反矫 ， 操 作工启动可逆按钮，矫直机将执行反方向矫直逻辑 。 这样即可以对板坯进行 3次矫直 ， 更好地提高板型平 整度。 3 ． 3 辊缝位置调 节控制 3 ． 3 ． 1 矫直机的辊缝位置调整 上轧辊高度的调节 ， 它是通过控制 4 个主液压缸 的位置来实现辊缝调节的；弯辊架位置调节， 通过控 制弯辊缸使得各个上矫直辊弯曲受控， 用于两边或中 间由较大浪型的钢板矫直； 人口和出口导位辊位置高 度调节， 可控制矫直后钢板头部板型。这里主要介绍 由4个主液压缸控制来实现辊缝位置的调节。 3 ． 3 ． 2 矫直机的辊缝调节 通过对 4个主压下液压缸的位置调整来控制上 辊系到下辊系 下辊系不可调视为水平位 的距离 ， 实 现辊缝大小的调整。压下液压缸由伺服阀控制 ， 可对 辊缝进行设定 ， 压下液压缸可同步动作 ， 也可单独动 作 ， 单独动作时可实现上辊系沿钢板长度及宽度方向 的倾动。4个主压下缸内安装有线性位移传感器 ， 来 控制上辊系的前后、 左右倾动位置的反馈 ， 并提供一 个同步串行接 口 S s I ， 位置信号由S S I 板采集 ， 分辨 率为 5 lx m， 用来精确计算液压缸的行程 ， 所得数值与 位置设定参数比较 ， 通过位置调节器， 调整伺服阀开 口度来控制液压缸， 实现位置闭环控制。辊缝由位置 传感器检测并在操作台人机界面上显示团 。主液压缸 本体装有压力传感器， 可根据采集的压力纠正位置参 数。 这样使得辊缝的控制十分精确 ， 可以精确到 0． 0 1 m m左右， 并且当外部条件出现故障或压力非常大过 载时辊缝可以自动打开 ， 这样保证了设备及产品的安 全。如图 3 、 图4 。 3 ． 3 ． 3 伺服阀增益的调整 辊缝的快速动作有助于提高矫直节奏 ，因此 ， 为 了辊缝响应时间不取决于负载压力和位置变换的因 素， 有必要调整 P I D增益。 实际上， 由于伺服阀是用做 三通装置。 油的流量将取决于供压和液压缸压力之间 与 自 动 化 天钢中厚板 1 1 辊全液压矫直机控制系统的应用 参 考 位 置 报警管理 图3 位子闭环控制功能图 图4 位子调节器示意图 伺 服 阀 参 数 的差值。液压缸压力包括装载和卸载时的压力。用于 伺服阀流量的这个纠正增益嘲 ， 采用公式如下 ， _ i 一 G a in sv V r s 式中A p P s R 在有负载时 A P 在卸载时 P s 压力源压力 来 自液压 P L C R 活塞侧压力 3 ． 4 主液压缸 的油路控 制 通过对液压油路的控制可以实现辊缝的快速打 开、 紧急事故打开、 高低压矫直模式等。通过对电磁 阀、 高频响应比例阀、 先导阀的不同逻辑控制， 来实现 不同的给油路径 ， 得以实现上述功能。每个主液压缸 由一个增压缸加压． 可以增加主缸本身的压力 ， 实现 更大范围的矫直力。操作模式有高低压两种。 3 ． 4 ． 1 低压模式 增压缸不包括来 自伺服阀控制油的流量． 液压油 通过增压缸有杆腔直接送到主液压缸中 增压缸有杆 腔与主缸无杆腔联通 。 3 ．4 ． 2 高压模式 来 自伺服阀油的流量． 送到增压液压缸无杆儿 腔。 这个模式在矫直操作阶段使用。 经过这个操作， 使 主缸的活塞侧产生的压力值远大于油路 ， 通过增压缸 有杆腔使主缸产生的压力，提升了矫直机的矫直力， 降低了钢板的残余内应力 ， 确保了对高硬度钢板的矫 直。 液压油路 口 图 5 ， 矫直时辊缝液压系统高压模式。 3 ． 5 矫 直机速度控制 操作矫直机 区的速度需要所有包括在该过程中 图 5 高压模式的油路示意图 微 机 应 用 与 自 动 化 ． 4 9 ． 鍪黧 翁 天 聿 舌 分 的所有机械元件线速度的配合 ， 包括矫直机机架辊和 入口及出口辊道的同步运行， 并且 2台主传动电机必 须速度同步工作 。 这样矫直机区域的速度控制就分为 运输钢板和矫直钢板两种方式。当钢板从上一工序 层流冷却 运输到矫直机前时， 矫直机人口辊道的速 度取决层流辊道的速度给定。矫直过程时， 速度分为 咬钢速度， 矫直速度和抛钢速度 ， 这时区域速度取决 于2台主电机的速度给定。 速度的给定可由操作工在 H MI 画面上设定或由 2 级给出。 速度给定通过逻辑运 算再转换成角速度， 通过 P r o fi b u s 把数据发送给变频 器驱动电机。控制如图 6 所示。 3 ． 6 矫直机驱动的负载平衡 当钢板进入矫直机矫直时， 出口传动以超前速度 无载运行 5 ／ o 可调 ， 使入 口和出口段之间可建立低 的张力 ， 超速量取决于平直度等。根据钢板在矫直机 工作辊组中的位置，控制穿带期间电机负荷的增加。 在钢板穿带期间， 电机负荷逐级增加 ， 每一级与各个 辊子的矫直力成比例。 钢板进入每一组的最初 4 根辊 子时， 电机电流限幅值应由 1 ／ 4电机额定电流逐级递 增。 钢板穿带并升速后， 实时检测并比较人口， 出口主 传动的负荷值 ， 人、 出 负荷值之比， R L 人E l 传 动负荷／ 出口传动负荷 如果在矫直期间“ R L ” 的绝对 值超过 1 ～ 1 ．1 可调 ， 则证魄两个安全联轴节中的一 个“ 已打开” ， 这时给出相应的报警。如图 7 所示。 0 2 5 0 4 0 0 7 0 0 1 O o o l 3 0 o 1 7 0 0 图7 咬钢过程电机力矩示意图 电机力 矩 ／ N m 2 Tn 2 8 6 5 0 图 6 直径 齿轮齿数比 4 结论 4 ． 1 由于天钢 3 5 0 0 m m中厚板厂采用了 A M S控制 系统 ， 很好地实现了对矫直机功能的控制 ， 并且矫直 机矫过的钢板达到了市场和用户对钢板质量的要求。 4 ． 2 天钢 3 5 0 0 m m中厚板矫直机 比传统矫直机的 控制功能更齐全，辊缝控制更精确更高， 上辊系可以 左右摆动和前后倾动，可以较好地消除边部边浪， 从 入 口到出口得到理想的钢板矫直曲率 ， 并且对薄规格 和高强度的钢板均可以得到理想的矫直效果。 4 ． 3 响应更及时， 平均矫一块钢板在 2 0 s 左右 ， 保证 了轧制节奏， 增加了机时产量。 4 _ 4 矫直力更大并且合理， 以前原本需要矫 3 道次的 高强度钢板现在矫一道次就可以实现很好的平直度 ， 并且使钢板弹复后的残余曲率变化范围缩小， 减少了 钢板在冷却后再次产生形变的可能性。 4 ． 4 经过几年运行 ， 该系统性能稳定 ， 能够满足生产 工艺的要求 ； 自动化程度高， 减少 了维护人员和操作 人员的劳动强度； 故障率低 ， 由于矫直机控制系统造 成的非计划停车时间为零， 保证了机时产量。 收稿2 0 l 1 0 7 1 3 责编赵实鸣 参考文献 【 1 】 MV ME - 5 1 0 0 C P U U S E R MAN U A L ． MO T O RO L A．2 0 0 4 1 3 ． 【 2 】 徐燕． 新开发的 l 1 辊中厚板矫直机[ J 】 ．一重技术， 1 9 9 6 2 3 4 ． 【 3 】 AS I R o b i c o n i n d u s t ri a l p o w e r c o n t r o l s y s t e m s p e c i fi c a t i o n d o c u me n t ． 2 0 0 2 0 8 ． 【 4 】苗建新． 厚板厂冷矫直机的控制及优化[ J 】 ． 钢铁研究学报， 2 0 0 7 ．1 9 2 5 1 ． 作者简 介 白雪峰， 男 ， 2 0 0 4年毕业于鞍山科技大学自动化专业， 现在天 钢 3 5 0 0 m m中厚板电修作业区工作。 一5 O 一 微 机 应 用 与 自 动 化