冷轧带钢CPC 电液伺服控制系统

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1、冷 轧 带 钢 CPC 电 液 伺 服 控 制 系 统安 利 娟西 安 重 型 机 械 研 究 所摘 要 :为 了 解 决 冷 轧 带 钢 生 产 中 的 带 材 跑 偏 问 题 ,简 述 了 带 材 自 动 纠 偏 系 统 控 制 基 本 原 理 ,详 细 介 绍 了 由西 安 重 型 机 械 研 究 所 设 计 成 套 的 带 材 CPC 电 液 伺 服 控 制 系 统 的 硬 件 和 软 件 设 计 ,通 过 该 系 统 在 由 西 安 重 型机 械 研 究 所 设 计 成 套 的 冷 轧 机 组 中 的 应 用 ,证 明 了 该 设 计 的 可 行 性 。 自 调 试 成 功 投 入

2、生 产 以 来 ,系 统 性 能 可靠 ,控 制 精 度 高 ,极 大 地 提 高 了 劳 动 生 产 率 。关 键 词 :自 动 纠 偏 中 心 位 置 控 制 电 液 伺 服Cold Rolling Mill CPC Electric and Hydraulic Pressure Servo Control SystemAn LijuanAbstract :In order to solve the question of departuring in the cold roling mill production , the principle ofautoOrectifying con

3、trol system and the hardware and software of cold rolling mill CPC electric and hydraulicpressure servo control system which designed by Xi an Heavy Machinery Research Institue were introduced. Itsapplication and perfect effect in cold rolling mill prove the feasibility of the design. It runs well s

4、ince it hasbeen installed and it greatly improves the productivity.Keywords :autoOrectifying center position control (CPC) electric and hydraulic pressure servo1 引 言在 轧 钢 生 产 中 由 于 来 料 、 机 械 等 各 种 因 素 的影 响 ,带 材 开 卷 送 入 轧 机 、 平 整 机 时 总 会 造 成 跑偏 ,为 了 保 证 产 品 质 量 及 满 足 正 常 生 产 加 工 的 需要 ,就 要 使 用 开 卷 机 带

5、 材 对 中 CPC (center posi2tion control)纠 偏 系 统 。 CPC 纠 偏 系 统 用 于 控 制带 材 位 置 ,以 避 免 因 来 料 卷 层 不 齐 而 造 成 的 开 卷机 轧 制 、 平 整 时 板 形 变 化 和 不 易 升 速 的 弊 端 ,通 过自 动 调 节 来 消 除 偏 差 ,使 带 材 中 心 位 置 始 终 保 持在 轧 制 中 心 线 位 置 ,并 使 卷 取 带 卷 整 齐 。由 西 安 重 型 机 械 研 究 所 (以 下 简 称 西 重 所 )设计 成 套 的 4 ,6 辊 可 逆 冷 轧 机 组 和 4 辊 平 整 机 组中

6、 ,为 了 使 带 材 开 卷 后 准 确 地 送 入 轧 机 ,通 常 在 开卷 侧 都 安 装 有 对 中 纠 偏 装 置 ,对 带 材 位 置 的 偏 差进 行 纠 正 ,实 现 开 卷 CPC 控 制 。 有 效 地 解 决 了 带材 跑 偏 的 问 题 ,减 少 了 断 带 次 数 ,对 于 提 高 机 组 速度 、 增 加 产 量 、 提 高 劳 动 生 产 率 取 得 了 显 著 的 效 果 。西 重 所 在 轧 机 、 平 整 机 机 组 中 实 现 开 卷 机CPC 控 制 大 多 选 用 国 外 成 套 对 中 纠 偏 装 置 产 品 ,这 些 产 品 相 对 主 轧 机

7、为 一 套 独 立 的 控 制 设 备 且 性能 可 靠 、 控 制 精 度 高 ,能 很 好 地 实 现 控 制 要 求 。 但在 给 某 企 业 设 计 成 套 的 4 辊 粗 中 轧 机 组 中 采 用 了基 于 主 机 PL C 控 制 器 的 CPC 控 制 系 统 ,这 套 系统 不 但 节 约 了 成 本 而 且 响 应 快 、 精 度 高 、 系 统 稳 定性 好 ,可 完 全 替 代 进 口 设 备 。2 设 备 组 成 及 控 制 原 理由 西 重 所 自 主 设 计 制 造 的 4 辊 粗 中 轧 机 组 开卷 CPC 系 统 主 要 由 液 压 缸 ,伺 服 比 例 阀

8、 、 高 频 光电 检 测 系 统 、 PL C 控 制 器 、 磁 致 伸 缩 位 置 传 感 器 、液 压 设 备 等 组 成 。 是 一 种 全 闭 环 电 液 伺 服 控 制 系统 。 CPC 控 制 功 能 由 PL C 完 成 。 其 主 要 控 制 原理 是 将 带 材 位 置 的 检 测 信 号 和 开 卷 机 的 油 缸 位 置反 馈 信 号 送 至 PL C ,进 行 PID 运 算 后 ,输 出 信 号控 制 开 卷 机 机 座 油 缸 比 例 伺 服 阀 ,使 双 柱 头 开 卷机 移 动 以 控 制 带 材 中 心 位 置 。 图 1 为 4 辊 粗 中 轧机 组 开

9、 卷 机 及 CPC 系 统 设 备 结 构 简 图 。开 卷 CPC 控 制 系 统 中 ,开 卷 位 移 传 感 器 选 用的 是 KYCM 系 列 磁 致 伸 缩 线 型 位 移 传 感 器 。 其主 要 是 由 测 杆 、 电 子 舱 和 套 在 测 杆 上 的 非 接 触 的磁 环 组 成 。 测 杆 内 装 有 磁 致 伸 缩 线 (波 导 丝 ) ,测85电 气 传 动 2007 年 第 37 卷 第 11 期 冷 轧 带 钢 CPC 电 液 伺 服 控 制 系 统 图 1 设 备 结 构 简 图杆 由 不 导 磁 的 不 锈 钢 管 组 成 ,可 靠 地 保 护 了 波 导丝

10、。 工 作 时 ,由 电 子 舱 的 电 子 电 路 产 生 一 起 始 脉冲 ,此 起 始 脉 冲 在 波 导 丝 中 传 输 时 ,同 时 产 生 一 沿波 导 丝 方 向 前 进 的 旋 转 磁 场 ,当 这 个 磁 场 与 磁 环中 的 永 久 磁 场 相 遇 时 ,产 生 磁 致 伸 缩 效 应 ,使 波 导丝 发 生 扭 动 ,这 一 扭 动 被 安 装 在 电 子 舱 内 的 测 能机 构 所 感 应 并 转 换 成 相 应 的 电 流 脉 冲 ,通 过 电 子电 路 计 算 出 两 个 脉 冲 之 间 的 时 间 差 ,即 可 精 确 测出 被 测 体 的 位 移 。CPC 比

11、 例 伺 服 阀 选 用 的 是 atos 的 DL KZOTE 型 高 性 能 伺 服 比 例 阀 。 该 阀 内 配 有 集 成 的 电子 放 大 器 ,比 例 阀 与 电 子 放 大 器 配 合 工 作 。 电 子放 大 器 输 出 电 流 信 号 控 制 比 例 阀 输 出 使 之 与 供 给电 子 放 大 器 的 输 入 信 号 相 对 应 ,以 此 来 控 制 阀 芯位 置 ,同 时 由 阀 内 装 输 出 检 测 装 置 的 作 用 ,实 现 对阀 的 闭 环 调 节 控 制 。选 用 了 HFGY 60 型 高 频 光 电 检 测 系 统 作 为带 材 运 动 中 的 位 置

12、跑 偏 检 测 ,检 测 到 的 信 号 供 对 中位 置 控 制 (CPC) 纠 偏 用 。 该 系 统 包 括 荧 光 灯 高 频专 用 电 源 ,荧 光 灯 光 源 箱 和 检 测 器 箱 3 个 装 置 。 在开 卷 时 荧 光 灯 管 光 源 发 出 高 频 闪 烁 灯 光 ,当 带 材 置于 光 路 中 时 ,检 测 器 箱 内 透 镜 组 将 带 材 遮 掩 后 的 光会 聚 到 光 敏 元 件 ,光 敏 元 件 的 信 号 电 压 经 色 度 补 偿选 频 放 大 ,带 通 滤 波 器 滤 波 及 信 号 电 压 整 形 ,最 后输 出 稳 定 的 ,抗 干 扰 性 能 强 的

13、 电 压 (电 流 )控 制 信 号作 为 带 材 实 际 位 置 信 号 输 入 到 PLC。3 控 制 系 统 软 硬 件 组 成 及 设 计3. 1 硬 件 组 成4 辊 粗 中 轧 机 组 的 电 气 自 动 化 控 制 系 统 硬 件主 要 采 用 了 西 门 子 S7 300 系 列 PL C 控 制 器 ,CPU 选 用 了 318 2DP 型 ,开 卷 CPC 控 制 系 统 的逻 辑 顺 序 控 制 及 数 据 处 理 输 出 均 由 主 CPU 控 制完 成 。 选 用 了 SM321 开 关 量 输 入 模 块 , SM322开 关 量 输 出 模 块 , SM331 模

14、 拟 量 输 入 模 块 ,SM332 模 拟 量 输 出 模 块 。 开 关 量 输 入 输 出 模 块用 于 控 制 电 磁 换 向 阀 的 通 断 ,模 拟 量 输 入 输 出 模块 用 于 对 位 移 量 数 据 的 采 集 及 对 比 例 阀 的 控 制 输出 。 图 2 为 PL C 硬 件 控 制 简 图 。图 2 PLC 硬 件 控 制 简 图3. 2 软 件 组 成开 卷 CPC 控 制 PL C 控 制 软 件 中 编 程 语 言 为STEP7。 STEP7 是 用 于 SIMA TIC S7 300/ 400站 创 建 可 编 程 逻 辑 控 制 程 序 的 标 准 软

15、件 ,是 西 门子 公 司 开 发 用 于 S7 300/ 400PL C 的 编 程 语 言 ,可 使 用 梯 形 逻 辑 、 功 能 块 图 或 语 句 表 。 可 以 在Windows 环 境 下 实 现 硬 件 配 置 、 参 数 设 置 、 编 程 、测 试 、 启 动 、 故 障 诊 断 等 功 能 。在 程 序 控 制 设 计 中 采 用 了 西 门 子 用 于 S7300/ 400 的 标 准 软 件 PID 控 制 包 的 连 续 控 制 的 控制 块 FB41 CON T_ C。 FB41 为 连 续 控 制 的 PID功 能 块 ,用 于 控 制 连 续 变 化 的 模

16、拟 量 1 ,在 系 统中 完 成 对 比 例 阀 的 调 节 控 制 ,每 次 调 用 需 分 配 一个 背 景 数 据 块 。 本 文 对 FB41 功 能 块 中 主 要 输 入输 出 接 口 功 能 作 如 下 简 介 。COM_RST : 调 节 器 输 入 BOOL 型 ,当 该 位TU RE 时 , PID 执 行 重 新 启 动 功 能 ,复 位 PID 内部 参 数 到 默 认 值 。 通 常 在 系 统 重 启 动 时 执 行 一 个扫 描 周 期 ,或 在 PID 进 入 饱 和 状 态 需 要 退 出 时 用这 个 位 。SP_INT :调 节 器 输 入 REAL 型 ,PID 的 给 定 值 。PV_IN :调 节 器 输 入 REAL 型 , PID 的 反 馈 值 。MAN :调 节 器 输 入 REAL 型 ,手 动 值 ,由MAN_ON 选 择 有 效 。GAIN :调 节 器 输 入 REAL 型 ,比 例 增 益 设 置 。TI :输 入 TIM E ,调 节 器 积 分