APC位置自动控制实用教案

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1、2.根据采用的控制装置不同(btn)，APC设定可分为：DDC-APC当自动控制系统实施数字控制时的位置控制。SPC-APC当采用存储程序控制装置(SPC)进行的位置控制。PLC-APC用可编程序控制器(PLC)进行的位置控制。第1页/共57页第一页，共58页。3.应用场合加热段：如炉前钢坯定位、推钢机行程控制、出钢机行程控制。轧制段：如立辊开口度设定、侧导板开口度设定、压下位置设定、轧辊(zhgn)速度设定、宽度计开口度设定等。其他：如夹送辊辊缝设定、助卷辊辊缝设定等第2页/共57页第二页，共58页。3.1位置自动控制系统的基本组成(zchn)和结构一、APC系统的基本(jbn)组成（以压下

2、位置自动控制系统为例）第3页/共57页第三页，共58页。二、APC系统(xtng)的的结构由于(yuy)采用了数字计算机，所以此系统是一个采样调节系统，系统的方块结构简图下图所示。第4页/共57页第四页，共58页。3.2位置控制的基本要求(yoqi)和控制的基本原理一、位置控制的基本要求1.电机速度图的常用类型：等加（减）速度和指数(zhsh)加（减）速度，电动机的速度控制一般是按梯形速度图进行的。第5页/共57页第五页，共58页。2.位置自动控制的基本要求为了准确地对轧制设备进行位置控制，一般对位置自动控制有以下几点要求：电动机转矩不得超过电动机和机械系统的最大允许转矩；(2)能在最短时间里

3、完成定位动作，并且定位符合规定的精度要求；(3)在控制过程中不应产生超调现象，并且系统应稳定；(4)由于计算机是通过软件进行控制的，所以(suy)还要求控制算法简单。为了满足上述要求，必须按最佳控制曲线来进行控制。第6页/共57页第六页，共58页。二、位置(wizhi)控制的基本原理1.理想定位过程的理论分析和控制算法2.（1）理想定位过程3.设：位置偏差(pinch)为S；4.位置的初始偏差(pinch)为So；5.被控对象的最大线速6.度为vm；最大允许加7.速度和减速度都为am。8.电机以am启动，使被控对象能迅速移动到9.所要求的位置上，消除位置偏差(pinch)使S=0。第7页/共5

4、7页第七页，共58页。（2）理想定位的控制算法加速阶段：位置偏差量电机达到vm的时间在t1时间内所消除(xioch)的位置偏差为则此时的位置偏差量第8页/共57页第八页，共58页。减速阶段：要使S=0，且尽快达到，必须综合考虑，即电机以vm继续移动到什么时候(shhou)进行减速，是一个很关键的问题。通常解决的方法是采用最大允许加速度和最大允许减速度相等的原则。在减速阶段移动的距离=加速阶段移动的距离，即：S2=SO-S1，那么速度减到零时，必定到达所要求的设定位置，即S=0。第9页/共57页第九页，共58页。操作过程分3个阶段1）首先以最大加速度am，加速到v=vm；2）维持v=vm运行(y

5、nxng)直到S2=;3）从处开始，以最大减速度am减速，直到v=0，S=0。第10页/共57页第十页，共58页。2.系统实际情况分析及其控制（1）系统实际情况：受采样控制和传动装置响应滞后的影响，使得切换时间不可能正好是理想减速曲线的减速点，产生减速切换过迟的情况，而减低位置控制的精度。（2）问题的解决采用双保险措施：即在S=0附近的“抱闸”有效范围内，依照的规律，综合考虑相关因素，通过经验+试验的方法，查找出一个小且合适的常数，使dv/dS=k，于是(ysh)在位置设定值附近v的变化较小，而易于减速切换。第11页/共57页第十一页，共58页。当k确定后，则按v=ks判断开始减速，此时其减速

6、度设为：相应的最大的减速度：；而系统的最大加速度是，故应分别进行( jnxng)讨论。也即分：和讨论。第12页/共57页第十二页，共58页。（3）速度整定曲线：将理想减速过程的关系中的各切换点以折线连接所表示的速度与位置偏差之间的关系曲线，他是位置控制量实际计算的依据。实际位置控制时，减速时的位置偏差量控制信号的计算就是( jish)按该条件下的速度整定曲线进行的。第13页/共57页第十三页，共58页。3.3提高位置(wizhi)控制精度和可靠性的措施一、间隙的消除由电机驱动的被控对象，存在有齿隙，如减速齿轮传动中、位置检测环节（如自整角机发信机）中的被控对象是通过齿轮箱与电动机相连。为了消除

7、间隙对位置设定精度的影响，位置自动控制系统(knzhxtn)在对某些控制回路（如带钢热连轧机的出钢机的控制、压下位置设定、立辊开口度设定、侧导板开口度设定等）设定时必须保证设备按单方向进行。第14页/共57页第十四页，共58页。方法是：不论位置设定值是在当时实际位置的前方还是后方，计算机总是使电动机最后停止前的转向为某一规定方向。例如规定某方向为正向，那么如果位置设定值在当时实际位置的后方，然后再正转，调到所要求(yoqi)的位置上。这样就保证了设备在任何情况下，都能在固定的运动方向上停车，从而消除了间隙对位置设定精度的影响。第15页/共57页第十五页，共58页。二、重复(chngf)设定由于

8、惯性的作用，虽然偏差值S已达到精度要求，但设备位置仍在继续移动，结果会引起设定产生误差。解决方法是：在位置自动控制过程(guchng)中，通常要连续进行三次设定，只有当连续三次检测的偏差值均达目标要求，才判为设定完成。第16页/共57页第十六页，共58页。三、启动联锁(linsu)条件的检查当DDC计算机得到目标值之后，首先要检查该目标值是否合理，即检查它是否处于设备位置所能达到的最大值允许范围之内，若超出此有值范围，APC设定就不应进行，以防引起(ynq)事故。解决方法：在位置自动控制系统参与工作之前，必须检查该回路的联锁条件是否满足。第17页/共57页第十七页，共58页。3.4位置(wiz

9、hi)控制系统程序的公用性和程序的组成一、程序的公用性1.程序公用性的含义：对控制思想基本相同，完成控制过程的各个步骤相同，而控制的特点和控制参数各不相同（如减速度(sd)切换点、控制电压u、u=f（S）曲线对称或不对称、精度要求、间隙大小、运行的联锁条件等）时，在计算机中由一组APC程序（或称为APC程序包）来统一处理。第18页/共57页第十八页，共58页。2.程序公用性的目的：减少程序个数、节约存贮器、节约时间、提高计算机效率。3.对程序公用性的要求：既能解决它们(tmen)共同的问题，而又能兼顾每个回路的特点。第19页/共57页第十九页，共58页。4.解决方法在存贮器中设立一种表格(bi

10、og)，称为APC表，表中存放该回路的目标值、允许误差、控制曲线的参数、采样周期、间隙值、联锁条件、过程输入输出信号的组号以及其他有关参数。每个回路对应于一个APC表。第20页/共57页第二十页，共58页。若干个APC回路由一台数字计算机通过APC程序实现位置自动控制。在执行APC程序的过程中，对于不同控制对象的回路，只要以回路为索引去查相应的APC表，就可以根据该表注明的各项参数和标志(biozh)位去进行相应的控制。第21页/共57页第二十一页，共58页。二、程序(chngx)的组成1.程序的组成（以DDC-APC为例）基本(jbn)软件：主控程序、系统时间管理子程序及输出子程序。它们都是

11、计算机操作系统的一部分。APC驱动器：它的功能是按一定的采样周期（如50s），周期性地检测被控量，计算出偏差值，然后向传动装置发出相应的控制信号，最后将被控量（如位置偏差）控制在规定的定位精度范围之内。第22页/共57页第二十二页，共58页。功能程序：它是一些(yxi)人-机对话、与过程计算机联系的程序，受主控程序管理，按一定的优先级别投入运行。其主要功能程序有5项：设定值读入程序：SCCDDC启动检查程序：检查各回路是否符合启动条件启动准备程序：检查APC驱动器启动条件是否满足第23页/共57页第二十三页，共58页。设定完成程序：在APC驱动程序之后的一个程序监视报警程序：对位置DDC进行监

12、视DDC表格：表中存有每个回路的APC表，APC表中有该回路的各种设定值和实测值、判断(pndun)程序的标志以及与DDC的有关参数等。APC驱动器和功能程序都要频繁地与DDC表格交换数据。第24页/共57页第二十四页，共58页。2.系统工作过程：采样中断之后，计算机操作系统的有关程序、APC驱动器投入工作，各功能程序则受主控程序的管理，按优先(yuxin)级别顺序地投入运行，进行DDC各个回路的计算（如辊缝设定值、轧制速度设定值和侧导板设定值等），从而得到所需的输出信号，由操作系统子程序输出，去控制相应设备的控制装置进行工作。第25页/共57页第二十五页，共58页。APC驱动器由外部时钟每隔

13、50ms启动一次，它不受主控程序的管理，各个(gg)功能程序则受主控程序的管理，它们被规定为不同的程序优先级别和不同的处理周期。第26页/共57页第二十六页，共58页。第27页/共57页第二十七页，共58页。3.5存储程序控制(chngxkngzh)的位置自动控制（SPC-APC)一、SPC-APC的基本含义及其控制原理1.基本含义及应用场合基本含义：是一种采用存储程序和人工干预相结合的控制方式，即控制是人为地事先按照一定的条件编制好的轧制规程进行的，而当自动控制不能进行时，系统是按以人工介入优先(yuxin)原则采用人工干预进行处理。第28页/共57页第二十八页，共58页。特点：其数据的运算

14、量不大与DDC-APC的最大差异主要是大量(dling)的逻辑判断在可逆轧制、翻钢频繁的初轧中，弥补计算机对图形识别能力较差而不能及时识别的特性应用场合：初轧、型钢、钢管和中厚板等生产中，尤其普遍应用于初轧的压下、推床、轧辊和前后辊道的控制。第29页/共57页第二十九页，共58页。2.控制原理：计算机根据事先编制好的代码查找相应(xingyng)的轧制规程号，随后由SPC装置适时地给出每道次设定数据的指令，由APC装置完成全部的控制。以初轧的压下控制为例，控制框图如下：第30页/共57页第三十页，共58页。在初轧的压下位置控制时，APC装置从自整角机（ST）以回转角为函数的位置实际值，经模-数

15、变换（A/D）后，作为反馈信号构成闭环的APC系统。SPC用的计算机按照道次自动地更新，给出每道次的设定值（S。），APC装置根据设定值和机械位置的实际值偏差（S=S-So），然后给出对应的速度(sd)指令，按照S的极性，来决定设备的开闭控制。第31页/共57页第三十一页，共58页。二、APC装置的调零1.调零目的：设备开机前，由于电气和机械的原因，会使设备的实际位置与自整角机检测的信号之间产生偏差，计算机给出的初始值就不准确，使精度下降，故须调零。2.调零方法：在设备检修之后，人到现场实测机械位置，将它作为调零的设定值，通过设定操作盘将它输给计算机，再按一下(yxi)调零发信按钮(PBL），

16、APC装置便能自动进行调零的运算，自动调整CPU的零位起始值。第32页/共57页第三十二页，共58页。（1）压下APC装置的调零采用“绝对值调零”方式，即上下轧辊压靠，压靠时的压力可视情况而定，将此时的位置作为压下装置的零位，调零结束时应使轧辊的实际位置与显示值一致(yzh)或使二者之间的偏差在允许偏差范围之内。第33页/共57页第三十三页，共58页。（2）推床APC装置的调零，有两种方式：绝对值调零：是在大修(dxi)之后进行。左、右推床分别以轧辊的端面(DS侧）为零位，测量其实际位置而进行。简易调零：是在SPC、APC电源断电又恢复后进行，使推床实际开口度与盘上推床开口度显示值一致，必须在

17、“绝对调零”之后进行。调零的结束条件是SPC和APC电源正常后，推床实际开口度与盘上开口度显示值之间偏差值在允许范围之内。第34页/共57页第三十四页，共58页。3.6具有可编程序控制器的位置(wizhi)自动控制PLC-APC一、基本含义及其应用1.基本含义：以微处理机为基础的可编程序控制器，以分散功能控制系统的形式对其每一功能进行程序编制，通过软件进行编程而控制位置的一种(yzhn)方式。第35页/共57页第三十五页，共58页。2.特点计算机的存储容量较小，使其结构简单化使用灵活性大，可以进行程序编制、修改程序和检查故障编程简单，各控制环节的相互影响(yngxing)小，可靠性高，不致于一

18、个小故障而影响(yngxing)全局造价低，性价比高第36页/共57页第三十六页，共58页。功能齐全，可进行逻辑运算、数字运算，适应性强，能迅速适应工艺过程控制改变的各种要求易根据需要在不改动或较少改动硬件(ynjin)的情况下，改变或增删系统功能，达到功能分散控制的目的维护简便、能耗小、噪音低、占地省第37页/共57页第三十七页，共58页。3.应用(yngyng)：因上述特点而被广泛地应用(yngyng)于各种生产工艺流程线上。我国引进的一些轧制设备，如某初轧厂、钢管厂和高速线材厂都大量应用(yngyng)了这种可编程序控制器，尤其在飞剪机的定尺、头尾剪切时得到广泛应用(yngyng)。根据

19、内存容量的大小和用途不同，可编程序控制器有各种不同的型式。第38页/共57页第三十八页，共58页。二、PLC的基本(jbn)组成及其功能1.基本组成电源单元中央演算处理装置（CPU）：磁性存储器、逻辑运算(ynsun)部分、数字运算(ynsun)部分、连接PI/O单元用的驱动单元、连接程序编制器用的插件过程输入输出单元（PI/O）程序编制器第39页/共57页第三十九页，共58页。二、主要功能对所控制范围的设备(shbi)进行顺序控制对所控制设备(shbi)的模拟控制级进行主干控制对一般设备(shbi)进行决定位置的控制顺序控制的自动控制等。第40页/共57页第四十页，共58页。三、飞剪机的PL

20、C-APC的控制(kngzh)原理以设置在初轧厂钢坯连轧机组后面的飞剪机为例。钢坯连轧机组可生产不同规格的方坯和圆坯，而该飞剪机的功能有：切头、尾，定尺。1.飞剪机前后的设备及工艺对电气的要求(yoqi)（1）飞剪机前后的设备状况，如下图所示。第41页/共57页第四十一页，共58页。T1、T2、T3是连轧机前输入辊道；一台45翻钢机；E1、E3、E5为立辊机架；R2、R4、R6为水平辊机架；T4为飞剪机后的辊道。立辊与水平辊机架交替布置(bzh)对轧件进行连轧。第42页/共57页第四十二页，共58页。（2）工艺对设备(shbi)的要求工艺对T1T4辊道的要求工艺对翻钢机的要求工艺对连轧机的要求

21、工艺对测量辊和夹送辊的要求剪切工艺对电气方面的要求第43页/共57页第四十三页，共58页。2.飞剪剪切过程分析（1）假设(jish)：飞剪的剪刃在最高点A处上死点此点作为0停车位置；飞剪的剪刃在最低点D处下死点此点作为180剪切位置；第44页/共57页第四十四页，共58页。（2）剪切过程：剪刃在A时为飞剪停车位置，即开始启动(qdng)；当剪刃运动到B点时，与钢坯相碰开始剪切；当达C点时，剪切完了；从D点开始对飞剪进行APC控制，为使飞剪速度稍大于钢坯速度1.021.03倍，飞剪由此稍加速到E点；从E点开始一直减速到A点，即回到停车位置。第45页/共57页第四十五页，共58页。3.连轧时飞剪数

22、字(shz)控制的基本原理飞剪一般有两种控制方式：一是由操纵工通过操作台上的数字(shz)开关进行预设定控制：控制简单，只要操纵工凭借生产经验可直接进行控制。二是由计算机按照生产指令进行自动设定控制：控制较复杂，但精确。故在此分析和研究PLC在切头、定尺和切尾过程中所需的控制数学模型及其控制系统。第46页/共57页第四十六页，共58页。（1）切头时数学模型的建立及其控制(kngzh)原理切头时数学模型的建立右图为飞剪切头时的运动关系图，经推导后可得切头时送入PLC中的数学模型为：第47页/共57页第四十七页，共58页。切头时PLC-APC的控制原理(yunl)数学模型分析：x=f（L0、Ltc

23、、r、s、k、S、v、A）而其中，当设备及工艺条件一定时，L0、r、k、S、v、A不变，且s=f（vs、k、S、v）x=f（Ltc）Ltc=f（x）即控制x值则可保证切头长度Ltc第48页/共57页第四十八页，共58页。飞剪切头控制(kngzh)原理第49页/共57页第四十九页，共58页。根据产品质量要求及损耗要求，人工设定Ltc，当钢坯头部从HMDI到发出飞剪启动指令时，PLC控制器的CPU按x=f（Ltc）的数学模型计算出的x值与测定值作比较，若比较值为零（或在允许(ynx)误差范围内），则CPU便向电气发出进行切头的启动指令，飞剪开始启动直至完成切头。第50页/共57页第五十页，共58页

24、。（2）定尺剪切时的数学模型及其控制系统定尺剪切时的数学模型Lp定尺设定值，可有多个值x值由测量辊脉冲测速发生器送到计数器计算而得，Lp由人工设定，当X=Lp时，便发出飞剪机启动指令(zhlng)，在L处进行剪断，则剪切长度为：第51页/共57页第五十一页，共58页。定尺剪切时的控制系统(knzhxtn)第52页/共57页第五十二页，共58页。在进行定尺剪切之前，首先应由“剪切方式逻辑”切换到定尺剪切方式，把每一根钢坯(gngp)的第一个飞剪启动指令脉冲当作剪切方式逻辑的切换信号。飞剪动作一次，飞剪机的根数计数器便加1，当其值等于M根或N根时，“定尺剪切方式切换逻辑”动作，使定尺自动转到下一个

25、定尺值。定尺剪切实际是从上次剪断指令开始计数，当计数值等于定尺设定值时，由x值启动飞剪，进行记数定尺剪切，然后由定尺自动转到下一个定尺值。第53页/共57页第五十三页，共58页。（3）切尾时的数学模型及控制程序结构切尾时的数学模型：而尾部残长为：尾部位置由HMD2测得，为保证(bozhng)切尾料能从运输辊道上顺利运送，则LRESA（辊道最小运输长度）切尾的控制包括两部分：一是如何判断尾部长度；二是如何执行剪切。第54页/共57页第五十四页，共58页。控制程序结构(jigu)第55页/共57页第五十五页，共58页。思考题：1.什么是位置自动控制？有何类型？其系统的基本组成包含哪些？提高位置控制

26、精度和可靠性的措施是什么？2.位置自动控制应用在哪里？实际定位与理想定位有何差异？实际生产中如何正确定位消除位置偏差？3.SPC-APC及PLC-APC的位置自动控制的含义及具体应用于哪些场合(chngh)？试分析初轧连轧机机后飞剪剪刃运动规律。第56页/共57页第五十六页，共58页。感谢您的观赏(gunshng)！第57页/共57页第五十七页，共58页。内容(nirng)总结2. 根据采用的控制装置不同，APC设定。电动机转矩不得超过电动机和机械系统的最大允许转矩。 在减速阶段移动的距离=加速阶段。好是理想减速曲线的减速点，产生减速切。基本软件：主控程序、系统时间管理子程序及输出子程序。3. 应用：因上述特点而被广泛地应用于。从E点开始一直减速到A点，即回到停车位置。方式逻辑”切换到定尺剪切方式，把每一根。实际定位与理想定位有何差异(chy)。感谢您的观赏第五十八页，共58页。