中厚板矯直機控制系統的開發與研究

郭軍 潘軼菊

摘 要：文章概括介紹了包鋼薄板廠寬厚板矯直機控制系統的開發和應用，是對原有矯直機控制系統功能的完善和發展。系統采用了GE公司的VME控制技術，通過64位總線結構和多CPU并行處理數據方式，可以很好地實現控制功能和完成控制任務。主要介紹了矯直機的控制結構和控制特性，并對其中的輥縫控制進行重點詳述。

關鍵詞：矯直機；輥縫控制；PID

1 概述

1.1 設備概況

包鋼薄板廠寬厚板生產線采用德國西馬克公司設計的九輥矯直機，上面四輥可以進行垂直方向調整，下面五輥中只有入出口輥可以垂直調整。矯直機（如圖1）主要由4個HGC液壓缸、8個彎輥液壓缸、2個可調節的入出口液壓缸進行輥縫控制，使鋼板在矯直機中，經過交錯排列矯直輥的反復彎曲，使鋼板不均勻度逐漸減小，進而矯直。

1.2 工藝描述

矯直機是布置在加速冷卻系統之后，主要用于消除軋制后和加速冷卻后鋼板的不平直度（如：翹頭、翹尾、邊浪、中浪等）。通常矯直機工作在自動模式，在自動模式下，系統會自動接收軋機二級下發的鋼板PDI數據，請求模型計算，模型根據鋼板的厚度、溫度、鋼種等數據，計算出輥縫的位置、鋼板的最大矯直力、傳帶速度、矯直速度等參數下發給一級控制系統?？刂葡到y按照這些參數對鋼板進行矯直。矯直后的鋼板由操作工來確認是否達到要求，如果沒有符合標準，操作工可以選擇反矯模式，再次請求模型計算，對鋼板進行第二次矯直。如果操作工認為鋼板已經符合標準，可以選擇傳輸模式，將鋼板送到冷床。

2 系統配置

包鋼寬厚板生產線矯直機由于矯直輥壓下量以及彎輥和入出口輥的調整要求很精確，運算和掃描周期也很高，所以系統采用了GE公司的VME控制技術，通過64位總線結構和多CPU并行處理數據方式來處理模擬量輸入輸出、SSI輸入信號，并利用西門子ET200站處理現場數字量信號的PLC控制系統；通過以太網將PDA過程控制采集系統、二級模型計算機、工程師站進行連接；通過DP/DP網與其它PLC控制系統進行連接。結構如圖2所示。

3 矯直機控制功能

VME控制器共有14個插槽，可以共用多個CPU，此矯直機共使用了4個CPU對功能進行分開控制，第一插槽為主CPU，第二插槽為硬盤和光盤，后面分別是3個從CPU和信號處理模塊、PDA模塊和通訊模塊等。

為了便于程序的編譯和控制，系統把主要的控制功能分為下面幾個部分：通用功能控制（GFC）；順序功能控制（GSF）；矯直輥縫控制（LGC）；矯直入口輥控制（LRY）； 矯直出口輥控制（LRX）；彎曲控制（B4×2）； 矯直模型調節控制（LAM）； 矯直機外部控制（LEC）等。

輥縫控制：矯直機輥縫調節是一套伺服液壓調節系統，共有九輥，上四下五，分別安裝在上輥盒里和下輥盒里。上輥盒通過液壓缸可以進行垂直調整，下輥盒里入出口輥可以進行軸向調整。上輥盒通過布置在輥盒上方的平衡缸、HGC缸和彎輥缸來驅動，每個液壓缸的桿腔裝有壓力傳感器，活塞側裝有線性位移傳感器，用來檢測系統工況，參與系統控制與調整。用于測量位置和壓力的檢測元件通過硬線直接連接進入GE的VMIVME-7807CPU的擴展模板MA-VMIVME-3122和VIPC616模板上。

HGC缸、彎輥缸和入出口缸調整的控制都是在GE的VME框架系統中完成，每一套調整液壓缸均由一個伺服閥和一個電磁閥控制。矯直輥采用位置調節模式，伺服閥的輸出根據現場實際檢測位置和設定參考位置采用PID參數控制，大大提高了輥縫調節的精度。

矯直機的輥縫調節是通過控制伺服閥的開度，而伺服閥的開度輸出是由PID，主要是P（比例）和I（積分）控制的（如圖3）?，F場線性位移傳感器的檢測值傳輸到程序中，與設定值進行比較，在通過PID參數的調節計算出伺服閥的開口度。VME框架的模擬量輸出模板輸出電壓信號轉換為現場需要的電流信號來控制伺服閥的開口度，調節矯直機輥縫的位置。

伺服閥的輸出是通過位置循環閉環控制，在矯直機HGC缸、彎輥缸和入出口缸內安裝有線性位移傳感器和壓力傳感器，在位置循環閉環控制中矯直機輥縫位置是由線性位移傳感器來測量的。

矯直機的輥縫調節是通過伺服閥的開度來控制，開度的大小是由P參數和I參數之和來決定。

4結束語

由于采用了GE公司的64位高速VME控制技術，所以包鋼寬厚板矯直機的控制能力大大提高，比傳統矯直機的控制更加精確，而且響應更快。矯直機除了輥縫控制外，還可以傳動側和操作側方向擺動，入口側和出口側傾動，可以很好地消除邊浪；由于彎輥缸的使用，可以補償矯直過程中矯直輥的偏差，從而能達到理想的矯直效果。

參考文獻

[1]房廉玲.過程控制與集散系統[M].北京：電子工業出版社，2009.

[2]陳瑛.中厚板矯直技術的發展[J].寬厚板，2002（6）：10～14.

作者簡介：郭軍（1980，9-），男， 漢族，內蒙古包頭市人，本科學歷，信息系統項目管理師（高級），內蒙古包鋼集團薄板廠主辦、工業自動化。