T—CPU在型鋼線矯直機位置控制中的應用

繆素云

摘 要：由于市場需求的不斷提高，T-CPU的出現成為必然，本文通過對T-CPU的設計思路和優點進行了簡單介紹，并通過T-CPU在河鋼唐鋼型鋼線矯直機位置控制中的應用，具體說明了其在位置控制方面的優勢。

關鍵詞：T-CPU；位置控制；矯直機

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.050

近年來，隨著鋼鐵行業的發展，各鋼鐵生產企業對冶金設備的要求越來越嚴苛，它們需要的工藝設備更靈活、更高效，性價比更高。這就使得自動化系統需要延伸到更為廣泛的運動控制領域，甚至延伸到各種工藝技術領域。比如運動控制功能、高速技術功能、PID控制器功能、凸輪控制器功能等等。因此，T-CPU作為一種擁有強大功能和博采眾長的自動化系統應運而生。

1 T-CPU的設計思路

西門子公司運用面向運動控制的工藝功能，對現有自動化和驅動系統進行擴展和改進，最終實現了將PLC功能、運動控制系統通過PROFIBUS完美結合，即T-CPU。圖1為T-CPU的硬件結構圖。其中①為MPI/DP接口，用于實現程序下載，路由、系統遠程診斷，②為PROFIBUSDP（DRIVE）接口，用于連接驅動器組件，實現速度控制和位置控制；③為本地的數字輸入/輸出模塊，包括4個快速輸入和8個凸輪開關輸出。

2 T-CPU的優點

T-CPU的出現給廣大用戶帶來了很多切身的利益，具體有以下幾點：

（1）T-CPU將PLC功能、運動控制和驅動器完美的結合在一起，顯著降低了工程費用。

（2）T-CPU程序的編寫、調試都是在STEP7的基礎上完成的，編程語言也是工程師們熟悉的PLC編程語言，節省用戶的學習和培訓時間，為系統開發降低了成本。

（3）可以和T-CPU連接的驅動器種類非常多：例如西門子的驅動器，非西門子的驅動器；脈沖步進驅動器，伺服驅動器，變頻器，液壓伺服比例閥；閉環位置控制，開環位置控制；閉環速度控制，開環速度控制，等等。這樣就方便了用戶根據自己的實際工藝狀況，選擇合適的控制方式。

（4）由于T-CPU的使用，節省了控制柜內的安裝空間，從而降低了控制柜的制作成本。

3 河鋼唐鋼型鋼線矯直機簡介

河鋼唐鋼型鋼線年產型鋼80萬噸，主要產品有角鋼，U型鋼，鋼板樁、槽鋼等。型鋼線的矯直機為德國進口的9輥雙支撐變節距式矯直機，整體布局為上面4個輥，下面5個輥，為該矯直機的整體結構。整個矯直機是由兩個基座支撐的，基座連同整個矯直機是可以整體升降的。在矯直機的基座上有兩個軌道，為了方便換輥，矯直機操作側的牌坊可以在這兩個軌道上進行橫向移動。在9個矯直輥中，1#輥和9#輥為液壓馬達驅動控制，2#輥到8#輥為變頻傳動驅動控制，為了達到統一的負載分配，在7個主電機中采取負載補償控制。為了得到最佳的矯直效果，矯直機在水平方向、垂直方向和軸向方向上都可以進行調整。9個輥都可以進行軸向調整，軸向調整是由變頻電機完成的，下輥，即1#輥、3#輥、5#輥、7#輥和9#軸可以進行垂直調整，垂直調整也是由變頻電機完成的。1#輥到4#輥和6#輥到9#輥之間的節距可以通過液壓調節，5#輥在水平方向上是固定不動的。

4 T-CPU在矯直機位置控制中的應用

矯直機位置控制包括水平調整、垂直調整和軸向調整的控制，其自動化控制系統采用西門子S7系統，傳動采用西門子S120變頻系統進行控制。矯直機有三套CPU，其中，主CPU為S7-400，主要負責位置設定、與HMI畫面通訊及與其它兩套CPU之間數據交換，包括操作臺ET200站、液壓ET200站、急停系統、入出口輥道控制等等，而各種位置控制都是由兩套T-CPU完成的，型鋼線矯直機使用的為CPU317T-2D模塊，它通過PROFIBUS直接連接西門子伺服S120和IM174模塊，實現了對7套主傳動、10套垂直調整、9套軸向調整、4套升降輥道變頻系統控制及16套水平節距調整的控制。

矯直機的水平調整、垂直調整和軸向調整的數據都保存在數據庫里，矯直輥也是依據這些數據進行定位的。為矯直機的數據庫，里面有各種規格鋼種的參數，選定某一鋼種，將其數據寫入到PLC，點擊操作臺上的開始按鈕，在T-CPU在控制下，矯直機就會自動將位置調整到設定的位置。

矯直機有兩個基本的位置，一個是換輥位，一個是矯直位，下面我們就以矯直機從矯直位調整到換輥位來具體說明矯直機是如何動作的。

首先，按下操作臺上的“12點位置”按鈕，對主軸進行定位，使9個軸的旋轉角度都歸到“0”位，然后點擊“Rollers in position for Roll change”，給所有輥設定一個動作的目標位置，然后按下操作臺上的“開始”按鈕，啟動下面的順控：（1）調整矯直機的高度，使上輥軸心與輥道面的垂直距離為625mm；（2）對1#輥、3#輥、5#輥、7#輥和9#輥進行垂直調整，包括傳動側和操作側，使上輥軸心與下輥軸心的垂直距離為950mm；（3）對1#輥到9#輥進行軸向調整，使它們都到達中心位置；（4）對1#輥到4#輥和6#輥到9#輥進行水平調整，包括傳動側和操作側，使兩個矯直輥之間的軸心水平距離為1600mm。順控結束，矯直機就完成了從矯直位到換輥位的轉換，也就是說，在T-CPU的控制下，整個過程都是自動完成的，這就明顯地體現了T-CPU的優勢。

5 小結

T-CPU在型鋼線矯直機位置控制中的應用，不僅節省人力物力，實現位置控制的全自動，而且使矯直機在各個方向上都可以進行調整，矯直效果達到了最佳，大大提高了產品質量。