軋鋼自動(dòng)化論文

1、位置自動(dòng)控制（APC）摘要 在自動(dòng)控制技術(shù)中，預(yù)設(shè)定位置自動(dòng)控制是主要的控制方式之一。在軋制過程中APC設(shè)定有極為重要的地位，如爐前鋼坯定位、推鋼機(jī)行程控制、出鋼機(jī)行程控制、立棍開口度設(shè)定、側(cè)導(dǎo)板開口度設(shè)定、壓下位置設(shè)定、軋輥速度設(shè)定、寬度記開口設(shè)定、夾送輥輥縫設(shè)定和助卷輥輥縫設(shè)定等都由APC系統(tǒng)來完成。本文介紹了APC軋制自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)原理、發(fā)展?fàn)顩r和APC在鋼板剪切、四輥平整機(jī)、中板軋機(jī)壓下裝置中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞: 位置自動(dòng)控制、軋制、APC、應(yīng)用 Automatic Place Control（APC）AbstractIn automatic control technology, aut

2、omatic control of pre-set position control mode is the main one. APC set in the rolling process has a very important position, such as blast furnace steel billet positioning, pusher stroke control, schedule control tapping machine, vertical stick mouth opening set, the side guide plate opening degre

3、e setting, pressure setting position set, roller speed setting, the width of the opening set in mind, pinch roll roll roll roll gap setting and help set the roll gap by the APC system to complete such. This article describes the key technical principles APC rolling automation, development, and APC i

4、n the steel plate, four-roll mill, plate mill reduction in the application of the device. Keywords: automatic place control、Rolling、APC、Applications目 錄摘要1Abstract2第一章 引言41.1 軋制過程自動(dòng)化的發(fā)展4第二章 APC概念及原理52.1 位置控制的定義52.2 位置控制的基本要求52.3 位置控制量的實(shí)際計(jì)算和控制方式6第三章 APC控制技術(shù)在鋼板剪切中的應(yīng)用93.1 工藝概述93.2 系統(tǒng)配置103.3 APC控制措施113.3

5、.1 設(shè)計(jì)方面113.3.2 控制軟件方面113.4 APC控制123.5 主剪APC控制123.6 步長(zhǎng)APC控制13第四章 APC自動(dòng)控制系統(tǒng)在四輥平整機(jī)上的應(yīng)用144.1 機(jī)組設(shè)備及主要工藝參數(shù)154.1.1 設(shè)備布置154.1.2 機(jī)組工藝參數(shù)154.2 電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成164.3 APC自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要功能17第五章 電動(dòng)APC系統(tǒng)在中板軋機(jī)壓下裝置中的應(yīng)用185.1 對(duì)電動(dòng)APC系統(tǒng)的要求185.2電動(dòng)APC控制系統(tǒng)組成19結(jié)束語21參考文獻(xiàn)22第一章 引言1.1 軋制過程自動(dòng)化的發(fā)展由于連軋機(jī)生產(chǎn)效率高，質(zhì)量易于控制，軋制過程連續(xù)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和機(jī)械化，而且這種軋機(jī)產(chǎn)量

6、大，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。所以各種先進(jìn)的科學(xué)成果都競(jìng)相應(yīng)用于連軋過程，大大促進(jìn)了連軋過程的自動(dòng)化的發(fā)展，其中以熱連軋軋機(jī)自動(dòng)化的發(fā)展最為迅速和成熟。軋制過程自動(dòng)化的發(fā)展大致可以分為三個(gè)階段:第一階段大約在20世紀(jì)4050年代，為單機(jī)模擬系統(tǒng)白動(dòng)化階段;第二階段在60年代，為數(shù)字電子計(jì)算機(jī)和單機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)共存階段;第三階段為1970年至今，為多層次計(jì)算機(jī)管理階段，目前基礎(chǔ)自動(dòng)化也全部采用計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制。但軋鋼自動(dòng)化的原本還在于對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的特性分析。為了適應(yīng)軋制過程自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展要求，應(yīng)重視以下幾方面問題:(1）軋制過程的數(shù)學(xué)模型。直到現(xiàn)在對(duì)寬展、摩擦力分布、張力、軋制力的計(jì)算不很準(zhǔn)確，對(duì)軋

7、機(jī)動(dòng)態(tài)特性、液壓系統(tǒng)老化特性、活套支撐器響應(yīng)特性描述也不完善。新廠連軋實(shí)際過程參數(shù)與設(shè)定偏差較大，軋制主要依靠“張力自調(diào)整”，控制模型需要大量現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)修正，每當(dāng)軋制新規(guī)格、新鋼種，頭幾塊坯尺寸就超差。完善理論模型可以更接近實(shí)際地設(shè)定軋機(jī)參數(shù)，減少試軋次數(shù)。(2)進(jìn)一步提高和完善檢測(cè)儀表和變換系統(tǒng)的性能和功能。在軋制速度越來越高，產(chǎn)品范圍越來越大，質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格的情況下，檢測(cè)儀表的性能以及功能，必須進(jìn)一步增加和完善。例如有些軋機(jī)要求其速度精度為0.02，有些軋機(jī)要求在線檢測(cè)殘余應(yīng)力和組織，由此可見對(duì)檢測(cè)儀表的精度和功能要求是很高的。(3)改進(jìn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的配置形式。為進(jìn)一步提

8、高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性、拖動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)的快速性、維護(hù)檢測(cè)的便利性，充分及時(shí)利用計(jì)算機(jī)的最新發(fā)展，改進(jìn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。如普遍應(yīng)用對(duì)局部設(shè)備直接數(shù)字控制的DDC裝置。而且在廣泛發(fā)展過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的同時(shí)，大力發(fā)展管理機(jī)的系統(tǒng)，使管理機(jī)和控制機(jī)有機(jī)地結(jié)合起來，組成了分級(jí)集成控制系統(tǒng)。(4)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。最優(yōu)控制的基本思想是全面考慮機(jī)電設(shè)備、工藝和控制系統(tǒng)的工作條件，實(shí)現(xiàn)最穩(wěn)定、最優(yōu)質(zhì)、低功耗的生產(chǎn)。但全面考慮過程問題不很容易，客觀情況和主觀要求也在變化。尤其軋制過程，牽連因素較多，許多影響因素甚至未能量化。已有的控制算法也還需要逐步改進(jìn)，才可能向最佳結(jié)果接近?？傊堉粕a(chǎn)正沿著連續(xù)化、高速化

9、、大型化和自動(dòng)化方向迅速發(fā)展，軋制生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制要求越來越高。為了適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展，需要培養(yǎng)眾多具有自動(dòng)化知識(shí)的軋鋼專業(yè)人才。第二章 APC概念及原理2.1 位置控制的定義在指定時(shí)刻將被控對(duì)象的位置自動(dòng)的控制到預(yù)先給定的目標(biāo)值上，使控制后的位置與目標(biāo)位置之差保持在允許的偏差范圍之內(nèi)，此種控制過程稱為位置自動(dòng)控制（Automation Position Contro），通常簡(jiǎn)稱為APC。由于所要求的位置量是預(yù)先給定的，所以又稱它為預(yù)設(shè)定位置自動(dòng)控制,或叫做APC設(shè)定。當(dāng)將計(jì)算機(jī)應(yīng)用到位置自動(dòng)控制系統(tǒng)并實(shí)施數(shù)字控制時(shí)稱為DDC-APC；當(dāng)采用存儲(chǔ)程序控制裝置（SPC）進(jìn)行位置控制稱為SPC-APC

10、；當(dāng)使用可編程序控制器（PLC）進(jìn)行控制時(shí)則稱為PLC-APC。2.2 位置控制的基本要求被控對(duì)象位置的改變，是通過電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。電動(dòng)機(jī)有啟動(dòng)也有停止，一般是按梯形速度圖進(jìn)行控制。在不同的使用情況下，最優(yōu)的或最合理的速度圖是不同的。圖2一1和圖2一2是兩種最常用的速度圖，圖中的最高角速度是電動(dòng)機(jī)所允許的最大角加速度和最大角減速度，所以能保證時(shí)間最省。圖2一2中加減速階段的角速度近似于指數(shù)函數(shù);開始時(shí)角加速度逐漸增大，可以避免沖擊;減速階段到最后的角減速度越來越小，有利于準(zhǔn)確停在目標(biāo)位置上。兩種速度曲線下的面積都應(yīng)該等于所要求的角位移量。圖21用等加減速時(shí)的速度圖 圖2一2按指數(shù)曲線加減速時(shí)的

11、速度圖 為了準(zhǔn)確地對(duì)軋制設(shè)備進(jìn)行位置控制，一般對(duì)位置白動(dòng)控制有以下幾點(diǎn)要求: (1)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩不得超過電動(dòng)機(jī)和機(jī)械系統(tǒng)的最大允許轉(zhuǎn)矩; (2)能在最短時(shí)間甩完成定位動(dòng)作，并且定位符合規(guī)定的精度要求; (3)在控制過程中不應(yīng)產(chǎn)生超調(diào)現(xiàn)象，并且系統(tǒng)應(yīng)穩(wěn)定; (4)由于計(jì)算機(jī)是通過軟件進(jìn)行控制的，所以還要求控制算法要簡(jiǎn)單。電機(jī)功率大小、傳動(dòng)裝置狀況、負(fù)載大小決定加速度大小，它們需要現(xiàn)場(chǎng)提取數(shù)據(jù)。2.3 位置控制量的實(shí)際計(jì)算和控制方式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中實(shí)際應(yīng)用的速度整定曲線v=f(S)，與上述的理想減速過程v=f(S)的關(guān)系曲線不完全一樣，而是用折線代替曲線，把電壓控制信號(hào)(即速度給定信號(hào))與位置偏差之

12、間的關(guān)系曲線稱為速度整定曲線。在實(shí)際應(yīng)用中，控制信號(hào)的計(jì)算機(jī)控制裝置的不同，可以分為以下三類:(1)控制裝置采用速度自動(dòng)調(diào)節(jié)器(SAR)的情況對(duì)控制精度高的場(chǎng)合，控制裝置是采用速度自動(dòng)調(diào)節(jié)器，如圖2一3所示。設(shè)備的位置由電動(dòng)機(jī)M來控制，而電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由計(jì)算機(jī)通過過程輸出裝置輸士的電壓模擬量來控制。在軋鋼車間中，此種控制裝置用于爐前板坯定位、推鋼機(jī)和出鋼機(jī)行程控制、立輥和部分側(cè)導(dǎo)板開口度控制以及壓下位置設(shè)定等。當(dāng)負(fù)荷不變時(shí)，其控制曲線如24所示。設(shè)S為位置偏差，S3為第一減速點(diǎn)的位置偏差，S2為第二減速點(diǎn)的位置偏差，S1為規(guī)定的精度范圍，u3為對(duì)應(yīng)于S3的最大電壓控制信號(hào)。 圖23采用速度自動(dòng)調(diào)

13、節(jié)器(SAR) 圖24負(fù)荷不變時(shí)速度控制曲線從圖24可以看出，速度整定曲線可分為三段，因此實(shí)際使用的公式也有三種，如下:1）當(dāng)SS3時(shí) u=u3（即um） (2.1)2）當(dāng)S2SS3時(shí) u=（u3-u2）(S3-S2) +u2 (2.2)3) 當(dāng)SS2時(shí) u=（u2-u1）(S2-S1) +u1 (2.3)當(dāng)位置偏差小于St時(shí)，表明已進(jìn)人規(guī)定的精度范圍，即進(jìn)人死區(qū)。電壓控制信號(hào)u為零。按照?qǐng)D24所示曲線求出的輸出值，還需要根據(jù)運(yùn)行方向不同，將偏差信號(hào)加上正負(fù)符號(hào)。當(dāng)負(fù)荷改變，而運(yùn)行方向也不同時(shí)，控制裝置也采用速度自動(dòng)調(diào)節(jié)器，但控制曲線是不對(duì)稱的。如圖25所示。因負(fù)荷不同，減速度也變了，隨之兩個(gè)

14、減速點(diǎn)的位置也改變其計(jì)算方法與上相同。 圖2一5負(fù)荷改變時(shí)的速度整定曲線(2)控制裝置采用直流恒壓速度調(diào)節(jié)器(以DCCP)的情況。對(duì)控制精度要求不高和動(dòng)作不太頻繁的場(chǎng)合，控制裝置采用直流恒壓速度調(diào)節(jié)器，如圖25所示。設(shè)備的位置由電動(dòng)機(jī)M來調(diào)整，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速只有三級(jí)，F(xiàn)為正轉(zhuǎn)，R為反轉(zhuǎn)，K3為爬行，K2是中速，K2和K3不投人上作是最高速度。因此，三級(jí)速度加上正反轉(zhuǎn)，共有六種情況。計(jì)算機(jī)通過過程輸出裝置的常閉觸點(diǎn)輸出方式來選擇其速度等級(jí)和方向。軋鋼車間中的一部分側(cè)導(dǎo)板開口度設(shè)定，夾送輥輥縫設(shè)定和助卷輥輥縫設(shè)定等采用此種方式。寬度計(jì)設(shè)定用的是交流電動(dòng)機(jī)，交流電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)方向與上述方法相似，但觸

15、點(diǎn)K2和K3是在電樞回路中引人電阻以實(shí)現(xiàn)不同偏差量情況下的電動(dòng)機(jī)速度的改變。在此種情況下的控制曲線，如圖26所示，a點(diǎn)為第一減速點(diǎn)，b點(diǎn)為第二減速點(diǎn)，c點(diǎn)為第三減速點(diǎn)口其具體的計(jì)算方法是按開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行。圖中的OD3對(duì)應(yīng)于F或P為高速;OD2對(duì)應(yīng)于K2十F(或R)為中速;OD1對(duì)應(yīng)于K3十F或R為爬行速度。如果還要更均勻地調(diào)速，還可以將擋分得更細(xì)。由于這種方式是按開關(guān)量輸出，所以往APC代表中要注明輸出的組一號(hào)及其位置號(hào)。 圖2一6采用DCCP的情況(3)采用脈沖電機(jī)調(diào)節(jié)主變阻器的速度調(diào)節(jié)器作為控制裝置的情況脈沖電機(jī)又稱為步進(jìn)馬達(dá)，它是靠脈沖信一號(hào)驅(qū)動(dòng)的，有脈沖信號(hào)輸人它就轉(zhuǎn)動(dòng)，否則就不轉(zhuǎn)動(dòng)。它

16、的特點(diǎn)是調(diào)速精度高，在速度偏差較小時(shí)用它，板帶鋼熱軋坯的精軋速度設(shè)定時(shí)用這種方式，如圖27所示。SSRH為速度設(shè)定變阻器，其上的電壓降作為脈沖信號(hào)電壓;MRH為主變阻器，為SSRH提供電源電壓;R0為防止短路用的電阻;R為電位器，用來檢測(cè)SSRH的實(shí)際位置，并反饋給計(jì)算機(jī);PM為脈沖馬達(dá);M為電動(dòng)機(jī);TG為測(cè)速發(fā)電機(jī)。它的作用原理是:主變阻器SSRH的實(shí)際位置由與它同軸的電位器R檢測(cè)，并反饋給計(jì)算機(jī)，它與SSRH的給定值進(jìn)行比較，確定控制信號(hào)的偏差量，據(jù)此來確定輸出脈沖的個(gè)數(shù)。由于有脈沖作用到可控硅裝置上，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)整，這是速度的粗調(diào)。為了保證主電機(jī)速度調(diào)節(jié)的精度，當(dāng)經(jīng)SSRH位置

17、反饋閉環(huán)調(diào)節(jié)使主電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定速度的偏差已達(dá)2%之后，它才投人速度閉環(huán)進(jìn)行速度精調(diào)。 圖27采用脈沖電機(jī)調(diào)節(jié)主變阻器控制裝置的情況第三章 APC控制技術(shù)在鋼板剪切中的應(yīng)用3.1 工藝概述雙邊剪(簡(jiǎn)稱DSS)是一個(gè)具有精密機(jī)械、液壓、電氣傳動(dòng)、復(fù)雜自動(dòng)化控制的設(shè)備,而且具有聯(lián)鎖多、控制精度高、速度快等特點(diǎn)。從控制角度上,整個(gè)系統(tǒng)分為主剪、夾送輥和輥道控制、橫移、間隙調(diào)整、激光定位、鋼板對(duì)正等6個(gè)子系統(tǒng)。剪切工藝流程:軋后鋼板送至剪前輥道,通過激光劃線裝置對(duì)鋼板剪切位置進(jìn)行光學(xué)定位,利用鋼板對(duì)正裝置將鋼板對(duì)正;然后由夾送輥將鋼板夾緊按設(shè)定步長(zhǎng)送板,自動(dòng)啟動(dòng)主剪進(jìn)行剪切;與此同時(shí),碎邊剪將板邊

18、切斷后,由碎邊運(yùn)輸機(jī)將板邊運(yùn)走;鋼板在剪切過程中用8個(gè)夾送輥防止鋼板跑偏,自動(dòng)完成鋼板的連續(xù)剪切,剪切后的鋼板由剪后輥道送入下一個(gè)工作區(qū),而雙邊剪開始剪切下一塊鋼板。 3.2 系統(tǒng)配置整個(gè)控制系統(tǒng)主要由2套SIEMENS S7-400PLC組成,即工藝PLC與傳統(tǒng)PLC。工藝PLC在主控室設(shè)有2個(gè)擴(kuò)展機(jī)架,在操作室配備4個(gè)ET200M分站,負(fù)責(zé)對(duì)工藝流程的控制;傳動(dòng)PLC在主控室設(shè)置12個(gè)ET200M分站和6RA70直流調(diào)速傳動(dòng)裝置,通過傳動(dòng)技術(shù)負(fù)責(zé)對(duì)鋼板和剪刃進(jìn)行位置控制。系統(tǒng)配置如圖1所示。系統(tǒng)根據(jù)配置采用3層通信方式,來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)和信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的互聯(lián)與集成。每個(gè)ET200M通過Pro

19、fibus-DP與各自的CPU交換數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制;2套PLC之間利用CP443-5通訊模塊,采用FMS協(xié)議進(jìn)行通訊,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞與共享;基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)有Ethernet網(wǎng)用于系統(tǒng)的管理層,通過TCP/IP協(xié)議,提供現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到企業(yè)管理級(jí)的數(shù)據(jù)通道,從而實(shí)現(xiàn)管理與控制一體化。31 系統(tǒng)配置圖3.3 APC控制措施為了使鋼板和剪刃準(zhǔn)確定位,提高剪切精度,系統(tǒng)采取了以下措施。3.3.1 設(shè)計(jì)方面(1)為了保證機(jī)械特性一致,夾送輥直流電機(jī)采用了德國(guó)著名的倫次電機(jī);(2)傳動(dòng)控制裝置采用了SIEMENS公司最新的數(shù)字式馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器,以確?？刂铺匦云胶?(3)利用脈沖編碼器

20、進(jìn)行距離計(jì)算,以準(zhǔn)確和快速定位。(4)為了提高控制速度,減少控制死區(qū),PLC選擇了最新的控制模板;(5)主傳動(dòng)設(shè)計(jì)采用1個(gè)速度環(huán)、3個(gè)電流環(huán)的形式,以保證主剪兩側(cè)剪切力的平衡。3.3.2 控制軟件方面(1)對(duì)數(shù)字裝置的控制參數(shù)進(jìn)行整定,以平穩(wěn)過渡過程,減少傳動(dòng)超調(diào)量;(2)為了防止加、減速力矩過大導(dǎo)致鋼板打滑進(jìn)而引起跑偏,主控軟件對(duì)速度給定信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化,控制模型通過DA模板給出一個(gè)與剪切次數(shù)相關(guān)的三角波;(3)采用了一主多從的傳動(dòng)控制方法,通過模型計(jì)算,保證前后工作輥道與夾送輥速度匹配;(4)采用了旋轉(zhuǎn)編碼器的速度反饋,提高控制精度;(5)系統(tǒng)在軟件方面設(shè)有APC跟蹤功能,以對(duì)控制過程實(shí)時(shí)分析

21、。整個(gè)主控程序利用APC控制技術(shù),結(jié)合優(yōu)化的模型算法軟件,對(duì)主剪、步長(zhǎng)、剪刃間隙、剪板寬度等APC位置環(huán)節(jié)進(jìn)行準(zhǔn)確控制。為使軟件結(jié)構(gòu)清晰,主控程序以模塊化方式設(shè)計(jì)。對(duì)每一個(gè)功能,有一個(gè)專門程序塊與之對(duì)應(yīng),一旦系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求,程序調(diào)度馬上調(diào)用該程序塊進(jìn)行應(yīng)答處理。處理完畢后再發(fā)送相應(yīng)的反饋信息至主控程序。軟件結(jié)構(gòu)如圖32所示。 32軟件結(jié)構(gòu)圖3.4 APC控制雙邊剪APC主要由主剪APC和步長(zhǎng)APC組成。3.5 主剪APC控制主剪系統(tǒng)由固定剪和移動(dòng)剪組成,由4臺(tái)300kW直流電機(jī)驅(qū)動(dòng),其中固定側(cè)和移動(dòng)側(cè)各2臺(tái)。為了保證兩側(cè)力矩分配、動(dòng)態(tài)特性平衡,每一側(cè)的電機(jī)采用電樞串聯(lián),串聯(lián)后由1臺(tái)6RA70裝置

22、供電控制。固定側(cè)和移動(dòng)側(cè)之間采用機(jī)械軸連接來實(shí)現(xiàn)速度同步。兩側(cè)的電機(jī)采用主從控制方式,而主剪的滾動(dòng)剪切主要通過編碼器對(duì)偏心軸進(jìn)行相位控制來完成。偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)0360,主剪相應(yīng)地滾動(dòng)1圈,剪切1次。 33APC控制曲線圖a) 主剪APC;b)步長(zhǎng)APC主剪控制分為自動(dòng)、半自動(dòng)與手動(dòng)模式。(1)在自動(dòng)模式下,由安裝于入口端移動(dòng)側(cè)上夾送輥的編碼器完成對(duì)鋼板的自動(dòng)測(cè)厚,然后根據(jù)板厚,主剪自動(dòng)選擇剪切速度進(jìn)行剪切。當(dāng)送鋼長(zhǎng)度達(dá)到第1個(gè)設(shè)定步長(zhǎng)后,主剪調(diào)用APC,從零位啟動(dòng),開始不停地滾動(dòng)剪切。當(dāng)光電檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)到最后一個(gè)步長(zhǎng)后,主剪剪切最后一刀;當(dāng)偏心軸角為249時(shí),主剪減速回到零位,至此,自動(dòng)剪切過程完

23、畢。(2)在半自動(dòng)模式下,人工選擇剪切速度,其他與自動(dòng)模式相同。(3)手動(dòng)模式僅在檢修和系統(tǒng)故障時(shí)使用。主剪APC動(dòng)作時(shí)與其他裝置有以下聯(lián)鎖:液壓和潤(rùn)滑系統(tǒng)正常、剪刃間隙調(diào)整結(jié)束、橫移機(jī)架夾緊等。上述條件滿足后,APC啟動(dòng)有效。3.6 步長(zhǎng)APC控制送板步長(zhǎng)由夾送輥和輥道系統(tǒng)控制。夾送輥采用8臺(tái)45kW的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng);入口、出口端兩個(gè)下夾送輥之間分別采用機(jī)械軸連接,各有2臺(tái)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng),而相應(yīng)的上夾送輥各由2臺(tái)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng),在運(yùn)送鋼板時(shí)由鋼板作為媒介同步。為了協(xié)調(diào)好各個(gè)夾送輥之間的速度與力矩的關(guān)系,系統(tǒng)的傳動(dòng)裝置設(shè)置了“主從”方式以進(jìn)行APC控制。(1)當(dāng)鋼板進(jìn)入雙邊剪入口端時(shí),入口端設(shè)置切換

24、為“1主3從”方式。入口端移動(dòng)側(cè)下夾送輥的速度值作為主令速度值,入口端其余3個(gè)夾送輥?zhàn)鳛閺膭?dòng)速度跟隨。出口端仍設(shè)置為“1主1從”方式。(2)當(dāng)鋼板到達(dá)出口端時(shí),系統(tǒng)設(shè)置為“1主7從”方式。出口端移動(dòng)側(cè)下夾送輥的速度值作為主令速度值,其余夾送輥?zhàn)鳛閺膭?dòng)速度跟隨。(3)當(dāng)板尾離開入口端時(shí),出口端切換為“1主3從”方式,出口端移動(dòng)側(cè)下夾送輥的速度值作為主令速度值;而入口端為“1主1從”方式。(4)當(dāng)板尾離開出口端時(shí),系統(tǒng)均切換回“1主1從”方式。同樣,夾送輥和輥道系統(tǒng)的控制也有自動(dòng)與手動(dòng)2種模式。自動(dòng)模式時(shí),首先選定送板步長(zhǎng),然后利用光電檢測(cè)開關(guān)與偏心軸角度來控制送板動(dòng)作。每當(dāng)偏心軸角度大于249時(shí)

25、,夾送輥和輥道即調(diào)用APC開始轉(zhuǎn)動(dòng),自動(dòng)夾緊鋼板按設(shè)定步長(zhǎng)送板;當(dāng)剪切完成后,夾送輥和輥道按50%速度將鋼板送出雙邊剪,以便進(jìn)入下一個(gè)工作區(qū)。APC控制技術(shù)在濟(jì)鋼中厚板廠雙邊剪系統(tǒng)投用以來,APC控制可靠,主剪動(dòng)作速度平穩(wěn),步長(zhǎng)控制精度高,鋼板定位準(zhǔn)確。尤其是從控制軟件和傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)方面,保證了鋼板的平直度小于1mm/12m,單邊錯(cuò)位差不大于0.3mm,這兩個(gè)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,從而使?jié)撝泻癜宓募羟匈|(zhì)量大幅改善,且生產(chǎn)率提高40%以上。第四章 APC自動(dòng)控制系統(tǒng)在四輥平整機(jī)上的應(yīng)用冷軋帶鋼退火后進(jìn)行平整軋制,不僅可改變帶鋼的力學(xué)性能,而且可改變帶鋼的加工性能,并且在一定程度上減輕和消除鋼

26、帶的板形缺陷,改善鋼帶的平直度,使鋼帶表面具有一定的粗糙度。目前,冷軋鋼帶的平整軋制,多在單機(jī)架四輥平整機(jī)上進(jìn)行。由西安重型機(jī)械研究所(西重所)自主研制開發(fā)設(shè)計(jì)成套的、具有較高自動(dòng)控制水平的1700mm四輥高精度冷軋帶鋼平整機(jī)已于2007年10月成功在山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司冷軋廠投產(chǎn)。4.1 機(jī)組設(shè)備及主要工藝參數(shù)4.1.1 設(shè)備布置四輥平整機(jī)機(jī)組設(shè)備布置如圖41所示。4.1.2 機(jī)組工藝參數(shù)四輥平整機(jī)組的主要工藝參數(shù)見表1。41 四輥平整機(jī)機(jī)組設(shè)備布置1- 開卷機(jī);2-入口S輥;3-入口測(cè)張輥;4-入口測(cè)速儀;5-四輥平整機(jī);6-出口測(cè)速儀;7-出口測(cè)張輥;8-出口S輥;9-卷取機(jī);10-

27、壓上油缸表11700mm四輥平整機(jī)組的主要工藝參數(shù) 4.2 電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成1700mm四輥平整機(jī)組電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由APC自動(dòng)控制系統(tǒng)、全數(shù)字式直流調(diào)速控制系統(tǒng)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與PLC組成的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)組成。其具體控制方案是,PLC控制系統(tǒng)用于完成整個(gè)機(jī)組的基礎(chǔ)自動(dòng)化控制、工作輥彎輥、平整機(jī)軋線的自動(dòng)調(diào)整、換輥、開卷機(jī)CPC浮動(dòng)對(duì)中以及整個(gè)機(jī)組所有液壓和潤(rùn)滑系統(tǒng)等的順序控制;APC自動(dòng)控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)組的平整力控制和帶鋼的恒延伸率控制。APC自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成：電氣APC自動(dòng)控制系統(tǒng)采用了兩級(jí)式計(jì)算機(jī)控制結(jié)構(gòu),如圖2所示。APC自動(dòng)控制系統(tǒng)由APC控制站和APC操作站

28、組成。APC控制站完成延伸率控制所需的實(shí)時(shí)控制和邏輯控制功能,APC操作站完成延伸率控制系統(tǒng)所需的操作、顯示、管理和維護(hù)功能,兩者互為依存,缺一不可。APC控制站硬件包括1臺(tái)工控計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備,在工控機(jī)內(nèi)裝有高精度的模擬量輸入輸出板、開關(guān)量輸入輸出板、數(shù)字量及脈沖量的輸入輸出板等硬件?？刂普拒浖饕哂杏透孜恢每刂?、油缸壓力控制、壓力補(bǔ)償厚度控制、自動(dòng)壓靠控制、輔助調(diào)試支持等功能。APC操作站硬件包括1臺(tái)工控計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備,操作站是管理人員和操作人員與APC控制系統(tǒng)之間的交互界面。操作軟件是用MS-VB、MS-VC、MS-API編制的基于圖示的應(yīng)用系統(tǒng),主要功能有:控制目標(biāo)值設(shè)定、實(shí)時(shí)

29、數(shù)據(jù)數(shù)值顯示、歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)顯示、控制狀態(tài)設(shè)定、軋制工藝文件輸入輸出、入/出口速度采樣記錄及統(tǒng)計(jì)、控制參數(shù)顯示/修改及輸入輸出、回路參數(shù)整定、APC故障顯示等。42四輥平整機(jī)APC自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.3 APC自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要功能在平整工藝中,延伸率的大小與平整后帶鋼的力學(xué)性能、加工性能以及板形密切相關(guān)。由于延伸率是平整工藝中控制帶鋼力學(xué)性能的唯一變形指標(biāo),因此對(duì)延伸率的控制是對(duì)帶鋼工藝質(zhì)量控制的重要內(nèi)容。而APC自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要控制功能就是通過調(diào)整平整力的大小和帶鋼張力的大小來實(shí)現(xiàn)對(duì)帶鋼延伸率的控制。平整機(jī)延伸率的定義為: L1L0L0式中,L0為入口帶鋼長(zhǎng)度;L1為出口帶鋼長(zhǎng)度。L1L

30、0L01001t0t0t100100100式中,v0為入口帶鋼速度;v1為出口帶鋼速度。1700mm平整機(jī)APC自動(dòng)控制系統(tǒng)借助于安裝在入口和出口的2臺(tái)激光測(cè)速儀測(cè)出的帶鋼入口和出口的速度值,經(jīng)過延伸率運(yùn)算器計(jì)算出延伸率的實(shí)際值;通過延伸率實(shí)際值與延伸率設(shè)定值的邏輯連接,可得出一個(gè)差分值,系統(tǒng)程序?qū)⒃摬罘种邓腿胙由炻士刂破髦?通過計(jì)算可得出平整力或張力的修正值。再將平整力修正值或張力修正值疊加到前一周期測(cè)得的平整力或張力值上,其結(jié)果為一積分響應(yīng)。APC自動(dòng)控制系統(tǒng)將其作為補(bǔ)充設(shè)定值與平整力或張力控制設(shè)定值相加,對(duì)設(shè)定值進(jìn)行修正,最終使延伸率恢復(fù)到設(shè)定值大小。本APC自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制原理見圖4

31、3。 43APC自動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖本系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用得出,平整力對(duì)帶鋼延伸率的影響最為明顯。但在平整厚度小于0.5mm的帶鋼時(shí),帶鋼張力的大小對(duì)延伸率的影響較為明顯。因此在平整薄規(guī)格帶鋼時(shí),本系統(tǒng)主要通過調(diào)整張力的大小來控制帶鋼的延伸率。1700mm冷軋單機(jī)架四輥平整機(jī)組自投入生產(chǎn)以來,設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到合同要求,尤其是APC自動(dòng)控制系統(tǒng)的投入,使帶鋼的力學(xué)性能、對(duì)延伸率的控制、帶材板形的改善以及帶材表面質(zhì)量都有大幅度提高。隨著國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)冷軋板材質(zhì)量要求的提高,平整機(jī)組在冷軋板材生產(chǎn)中更顯現(xiàn)出其重要作用。第五章 電動(dòng)APC系統(tǒng)在中板軋機(jī)壓下裝置中的應(yīng)用安陽鋼鐵公司中板機(jī)組于19

32、96年5月投產(chǎn),其壓下控制系統(tǒng)采用電動(dòng)APC和液壓AGC聯(lián)合控制,由電動(dòng)APC實(shí)現(xiàn)軋機(jī)自動(dòng)壓下預(yù)擺輥縫,液壓AGC實(shí)現(xiàn)厚度微調(diào)。5.1 對(duì)電動(dòng)APC系統(tǒng)的要求中板軋制具有來料短、道次變化頻繁、產(chǎn)品規(guī)格多等特點(diǎn)。每塊鋼坯需經(jīng)10余道次的往復(fù)軋制,軋機(jī)的輥縫逐次減小,因而要求進(jìn)行頻繁壓下操作。為了實(shí)現(xiàn)快速高效軋制,操作時(shí)必須既快又定位準(zhǔn)確,因而操作難度大。若定位不準(zhǔn),會(huì)造成每塊鋼板之間相同道次的輥縫設(shè)定值差別大至1mm左右,成品鋼板的異板差也常在08mm左右,進(jìn)而導(dǎo)致軋出的成品鋼板厚度波動(dòng)大,且經(jīng)常出現(xiàn)正偏差,不僅增加了成本,也影響了成材率。為此,安鋼中板2800mm四輥機(jī)組采用電動(dòng)程序壓下系統(tǒng),

33、即電動(dòng)APC系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了軋機(jī)壓下一次停準(zhǔn),做到了軋機(jī)自動(dòng)預(yù)擺輥縫,加快了生產(chǎn)節(jié)奏。5.2電動(dòng)APC控制系統(tǒng)組成為了適應(yīng)壓下工藝及工況的要求,安鋼2800mm中板機(jī)組電動(dòng)APC系統(tǒng)選用了一臺(tái)既實(shí)用又有較快運(yùn)算能力的S5-135U PLC作為自動(dòng)壓下控制單元。首先將不同規(guī)格的軋制程序表存入到計(jì)算機(jī)內(nèi)不同的數(shù)據(jù)塊,操作工在操作臺(tái)上可選出相應(yīng)的軋制程序表,計(jì)算機(jī)自動(dòng)從對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)塊中取出各個(gè)道次的輥縫設(shè)定值,按上述控制原理控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖51所示。 51電動(dòng)APC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從圖51可以看出,位置自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng),其實(shí)質(zhì)是在壓下電機(jī)的轉(zhuǎn)速電流雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)外增加一位置閉環(huán)的隨

34、動(dòng)系統(tǒng)。本系統(tǒng)中位置檢測(cè)采用冶金自動(dòng)化院歐自動(dòng)化中心生產(chǎn)的G型輥縫儀,輥縫儀檢測(cè)出的實(shí)際輥縫值與輥縫設(shè)定值相比,計(jì)算出差值,根據(jù)差值大小輸出對(duì)應(yīng)的速度給定到壓下電機(jī)數(shù)控系統(tǒng),直到實(shí)際輥縫達(dá)到設(shè)定輥縫值,速度給定也變?yōu)榱?壓下電機(jī)停止,達(dá)到預(yù)擺好輥縫的目的。位置檢測(cè)元件G型高精度輥縫檢測(cè)儀采用獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式,具有抗強(qiáng)振動(dòng)、沖擊及抗干擾性能,能在各種惡劣的環(huán)境下正常工作,而且取消了傳統(tǒng)繁瑣的齒輪機(jī)構(gòu)和自整角機(jī)二次傳送所造成的系統(tǒng)誤差,高精度的光電傳感器可直接裝在壓下螺絲頂部,因此該儀表檢測(cè)精度高,運(yùn)行可靠。輥縫值由二次儀表顯示,該表具有輥縫設(shè)定、清零、自校功能,并另備有2路外顯示及計(jì)算機(jī)接口。為能自動(dòng)更換道次,需有較可靠耐用的壓力檢測(cè)元件,本系統(tǒng)引進(jìn)了ABB公司的壓磁式測(cè)壓儀,利用壓力消失信號(hào)作為上個(gè)道次的結(jié)束,計(jì)算機(jī)自動(dòng)取出下個(gè)道次的輥縫設(shè)定值,然后自動(dòng)預(yù)擺輥縫。為了準(zhǔn)確地對(duì)軋制設(shè)備進(jìn)行位置控制,一般對(duì)位置自動(dòng)控制系統(tǒng)有以下要求:(1)電機(jī)轉(zhuǎn)矩不得超過電機(jī)和機(jī)械系統(tǒng)的最大允許轉(zhuǎn)矩;(2)能在最短時(shí)間里完成定位動(dòng)作,并且定位符合規(guī)定的精度要求