某钢厂热轧平整机组液压弯辊自动控制系统的研究解读

2013年 12月 第 41卷 第 23期

机床与液压

MACHINE TOOL ＆HYDＲAULICS

Dec. 2013Vol. 41No. 23

DOI :10．3969/j.issn. 1001－3881. 2013. 23. 018

收稿日期 :2012－12－02

作者简介 :张超逸 (1989— , 男 , 硕士研究生 , 研究方向为交流调速 、 轧钢工业自动化 。 E －mail :737429401@qq. com 。

某钢厂热轧平整机组液压弯辊自动控制系统的研究

张超逸 1, 冯贵斌 2, 刘明

2

(1. 内蒙古科技大学信息工程学院 , 内蒙古包头 014010;

2. 包头钢铁 (集团 有限责任公司自动化部 , 内蒙古包头 014010

摘要 :液压弯辊控制是确保板带板形的重要手段 。 以某钢厂热轧平整机组为例 , 详细介绍液压弯辊控制系统的原理和 控制方法 、 功能块 FM458和 PLC400在整个液压弯辊控制系统中的控制方法 。

关键词 :液压弯辊 ; 板形 ; 自动控制系统 中图分类号 :TP273

文献标识码 :B

文章编号 :1001－3881(2013 23－069－4

Ｒesearchon a Hot ＲollingTemper Mill Hydraulic Bending ＲollAutomatic Control System

ZHANG Chaoyi 1, FENG Guibin 2, LIU Ming 2

(1. Information Engineering College , Inner Mongolia University of Science and Technology ,

Baotou Inner Mongolia 014010, China ;

2. Automation Division , Baotou Iron ＆Steel (Group Co．, Ltd．, Baotou Inner Mongolia 014010, China

Abstract :Hydraulic bending roll control is an important measure to ensure strip shape．Taking a hot rolling temper mill as an example , the hydraulic bending roll control system principle and control methond , function modules FM458and PLC400control method to the hydraulic bending roll control system were detailed introduced．

Keywords :Hydraulic bending roll ; Strip shape ; Automatic control system

热轧板带经过冷却水冷却后 , 其表面光泽度 、 板 形等指标难以满足用户的要求 , 不利于直接进行机械 加工 , 特别随着近年来对板带质量要求越来越高 , 板 带一般都要进行平整 。 板带通过平整机上的液压正负 弯辊装置来减少或消除不良的板形 , 平整关键在于其 中的液压弯辊控制系统 。 在平整的过程中 , 正负液压 弯辊需要快速切换 , 这就要求整个液压控制系统和主 轧机调速系统具有很强的实时性 , 能够快速跟随板形 的的变化 。 为此某钢厂热轧平整机组液压弯辊控制系 统 和 主 轧 机 的 调 速 系 统 硬 件 选 用 CPU414-2DP 和 FM458-1DP 功能模块 。

1液压弯辊控制系统 1. 1

液压弯辊的分类

液压弯辊力的作用主要可以分为两类 :一种是弯 辊力与 AGC 轧制力方向相同 , 使轧机的边部辊缝减 小 , 即负弯 , 如图 1(a 所示 , 有利于减少或消除 板带的边浪 ; 另一种是弯辊力与 AGC 轧制力方向相 反 , 使轧机边部辊缝增大 , 即正弯 , 如图 1(b 所 示 , 有利于减少或消除板带的中浪

。

图 1

液压弯辊原理图

1. 2液压弯辊控制方法

液压弯辊控制系统利用电液伺服阀并通过压力传

感负反馈来控制液压缸的油压 , 这种操作不仅简单可 靠 , 又能提高弯辊力的控制精度 。 目前液压弯辊控制 系统主要可分为两大类 :手动调节和自动调节系统 。 该钢厂热轧平整机组液压弯辊控制系统控制框图如图 2所示 , 事先由上位机根据板形计算出最佳弯辊力 , 轧制过程中 , 弯辊力的大小再根据轧制力波动反馈计 算出的轧制调节值实时来调整 , 也可以人为手动干预 增加或减少弯辊力 , 通过压力传感器来测量实际输出 的压力 , 将测得的实际压力信号作负反馈量形成闭环 控制 。

图 2液压弯辊控制框图

图 3为该钢厂热轧平整机组弯辊液压控制系统原 理图 , 弯辊液压控制系统是典型的电液伺服控制系 统 , 具有响应快 、 功率大 、 精度高等特点 。 正负弯辊 和支承辊平衡液压缸主要由电液伺服阀 、 电液溢流阀 等来控制 。 整个系统主要由高压油泵和低压油泵来提 供液压油 。 为了安全和工作的平稳起见 , 在伺服阀前 都接有高压或低压储能罐 , 防止工作状态时出现油路

波动或突然中断 , 对整个液压伺服系统造成冲击 。 电 液溢流阀起到最大压力保护 , 防止设备过压 。 正弯由 电液伺服阀 1和 24MPa 电液溢流阀控制 , 负弯由电 液伺服阀 2和 24MPa 电液溢流阀控制 , 支承辊平衡 液压缸由电液伺服阀 4和 12MPa 电液溢流阀控制 。 电液伺服阀 3和 2. 5MPa 电液溢流阀为正负弯辊液压 缸和支承辊液压缸活塞杆腔提供 2. 5MPa 的背压

。

图 3正负弯辊液压控制系统原理图

1. 3液压弯辊伺服阀板集成电控器

电液伺服阀的控制是整个液压弯辊控制系统的核

心 , 其作用是将小功率的电信号转换成大功率的液压 输出 , 经过液压执行机构来完成弯辊的自动化控制 。 图 4为液压弯辊伺服阀板集成电控器电路控制框图 ,

液压弯辊伺服阀板集成电路由微分放大器的两个管脚 D 和 E 来控制 , 斜坡发生器根据设定值的阶跃 (0 10V 或 10 0V 使磁铁电流延时减少或增加 , 通过 电位器 Ｒ1可以调节电磁铁电流增加所需要的时间 , 通过 Ｒ2可以调节减少时间 , 通过对电位器 Ｒ1和 Ｒ2

·

07·机床与液压 第 41卷

的调节 , 可以防止液压伺服阀瞬间打开或瞬间关闭对 设备造成的冲击 。 当输入设定值为最大值时 , 斜坡发 生时间可取的最大值 5s , 若设定值减少 , 斜坡发生 时间也相随减少 。 利用特性曲线发生器来调节设定 值 , 使伺服阀电磁铁电流特性曲线达到要求值 , 这样 可以补偿液压方面的非线性因素 , 得到线性的设定值 压力特性曲线 。 电流控制器可以使伺服阀电磁铁电流 不受线圈电阻的影响 。 通过电位器 Ｒ3, 可改变伺服 阀的设定值电流特性曲线和设定值压力特性曲线的增

益 。 电位器 Ｒ4用来设定偏置电流并且不改变此设定 值 。 如有必要 , 可设定阀座的设定值压力特性曲线的 零点 。 利用开关放大器来形成控制比例电磁铁所需的 功率级 , 它用 300Hz 的脉冲频率进行脉宽调制 。 通 过测量点 MP1和 MP2可检测电磁铁电流 , 测量电阻 上 0. 352V 的电压减少量相当于电磁铁电流发生了 1. 6A 变化 。 通过对上述控制阀参数的设定 , 可以优 化伺服阀的性能 , 从而使电液伺服阀与液压弯辊控制 系统更加匹配

。

图 4液压弯辊伺服阀板集成电控器电路框图

2液压弯辊自动控制系统硬件图

图 5为该钢厂热轧平整机组液压弯辊自动控制系 统的硬件配置框图 。 要实现对液压弯辊控制系统准确 控制和液压弯辊力的准确测量 , 就要求整个液压弯辊

控制系统有很强的实时性 , 能够根据板形的变化快速 响应 , 为此该钢厂热轧平整机组液压弯辊控制系统选 用功能块 FM458-

1DP 和 CPU414-2DP

。 图 5液压弯辊自动控制系统硬件配置图

液压弯辊伺服控制系统主要包括控制部分和数据 采集处理两大部分 。 控制部分采用 CPU414-

2DP 作为

主站 , 与 监 控 软 件 HMI 通 过 MPI 连 接 , 并 利 用 FM458作为高速动态响应控制器 。 PLC414-2DP 通过 Profibus 总线与 ET200M 分布式 I /O连接 , 电液伺服 阀 、 溢流阀等现场数据通过 ET200M 来采集并送到 PLC 中 , 监控软件 HMI 实现整个液压弯辊控制系统 的监控 、 数据给定和显示功能 。

FM458集成了 P 总线 、 LE 总线和 K 总线 , 属于 D7系列 , 具有非常快速的运算能力 , 可以用于闭环 、 开环 运 算 和 位 置 、 速 度 控 制 , 可 以 和 扩 展 模 块 EXM438、 EXM448一块使用 , 并通过 LE 实现彼此间 互相通 信 。 EXM438为 I /O扩 展 模 块 , 集 成 了 X1、 X2和 X3三个外围接口 , 用来读取和输出有时间要求 的信号 , 如码盘信号 、 液压伺服系统中正负顶弯伺服 传感和压力传感器器信号 。 EXM448集成了 SLB 通信 板 , 从站 6SE70变频器 CUVC 板扩展槽上安装 SLB 和 CBP 两个通信板用于通信 , 其中变频器上 SLB 通信 板与通信扩展模块 EXM448串联形成闭环回路 , 用来 建立变频器与 PLC 间的通信 。 为了保证工作辊 (液 压弯辊 传动控制的精度 , 可以采用 Simolink 和 Pro-fibus 总线相结合的控制方式 , 使用 Profibus 来发送速 度 、 转矩控制命令 , 光纤 Simolink 用来传输 IGBT 触 发和控制信号 , 这样可以近一步提高系统对负载的响 应时间和控制精度 。

FM458与 PLC414是两个独立并行的 CPU , 两者 之间通过 P 总线进行数据通信 , 其中 FM458通过功 能块 CTＲ和 CTV 来读写 CPU414中的数据 , CPU414则通 过 SFC59和 SFC58两 个 系 统 功 能 块 来 读 取 FM458数据 。 通过 FM458和 PLC414共同作用 , 可以 实时根据板形精准快速地完成对弯辊控制系统中液压 和电气传动的控制 。

3总结

伺服阀液压弯辊控制系统具有液压和电气双重优 点 , 功率大 、 惯性小 、 稳定性好 、 信号处理方便快 速 、 精度高 、 便于远程控制 、 操作方便易于维护 , 是 该钢厂热轧平整机组最核心的部分 , 确保了板带质 量 , 为该钢厂创造了巨大的经济效益 。

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宽度 、 相同气体压力 、 不同脉冲频率下 , 切缝宽度都 随着脉冲频率增加而增加 。

(5 在功率一定 、 不同段频率条件下 , 切缝宽 度都随着脉冲宽度增加而减小 , 但减小的趋势有所不 同 。

(6 在功率一定 、 不同脉冲宽度条件下 , 切缝 宽度都随着脉冲宽度增加而减小 , 但减小的趋势有所 不同 。

(7 在功率一定及电流一定的条件下 , 脉冲宽 度增加的同时脉冲段频率减小 , 对切缝宽度的影响不 明显 。

(8 在加工工艺参数完全相同的条件下 , 被加 工材料的特性直接影响到切缝的宽度 。 材料的熔点和 沸点越高 , 切缝越小 。 材料的厚度增加 , 切缝宽度增 加 。 材料导热性增加 , 切缝宽度减小 。

(9 在加工工艺参数完全相同的条件下 , 采用 不同的气体压力 , 当气体压力增加时切缝宽度减小 。 参考文献 : 【 1】 关振中 ．激光加工工艺手册 [M ]．北京 :中国计量出版 社 , 2005．

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本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/a28d537f7275a417866fb84ae45c3b3566ecdd5f.html