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摘 要 本文阐述了宝钢集团特殊钢事业部高合金生产线可逆式轧机缝调节装置的系统结构和功能,从电气传动和PLC控制两方面入手,对可逆式轧机辊缝调节装置的电气控制系统进行了分析,并且对生产过程中出现的实际问题和完善方法给予介绍。
关键词 辊缝调节装置 控制系统 控制原理
一、可逆式轧机辊缝调节装置的组成和功能
可逆式轧机辊缝调节装置由两个压下螺杆进行顶部轧辊调节。两个压下螺杆分别安装在轧机的传动侧和操作侧,通过螺杆的推拉动作来调节辊缝的大小,螺杆的动作则是由传动侧的齿轮电机通过蜗轮来驱动的,可逆式轧机架使用液压平衡。底部轧辊使用安装在底部轴承座上的垫片调节。在两蜗轮的连接轴上安装了一电磁离合器用来是两侧的辊缝同步,当辊缝不一致时可以打开电磁离合器进行单侧辊缝调整,在生产过程中电磁离合器是啮合的。在调节装置中有一制动器,当调节辊缝时制动器打开;辊缝调节好之后,制动器把与电机连接的轴抱住,此时可以进行轧制。
二、可逆式轧机辊缝调节装置控制系统
可逆式轧辊缝调节装置由西门子PLC和安萨尔多电气传动(其中控制板为基础型)以及安装在传动侧的编码器来控制的。另外在操作侧还有一个编码器,它不参与控制只是用来显示操作侧的辊缝值,如果两个编码起显示的值差值大于2mm就说明传动侧和操作侧辊缝差值大于2mm,此时就要出现报警,需打开电磁离合器进行单边辊逢调整。另外,该装置上还有四个接近开关用来检测传动侧和操作侧最大辊缝值和最小辊缝值,如果超过限制,程序中所设定的联锁条件会终止辊缝调节电机运行,并产生相应报警,为了增加可靠性,避免超过最小辊缝造成碰辊,传动侧编码器也参与了相应控制,即使接近开关没有被检测到,如果传动侧辊缝低于3.5mm,连锁条件同样有效。
三、控制原理及控制模式
(一)控制原理。
辊缝调节装置的驱动电机是由安萨尔多变频器控制的。三相交流电通过整流器将直流电输送到直流母排,此时直流电压约550V,在经过变频器逆变后将电压供给电动机使用。变频器输出电压波形是一系列的PWM波,由于采用了恰当的PWM控制技术,正弦基波的比重较大,影响电动机运行的低次谐波受到很大抑制。变频器中包含了电源板、控制板、通讯板以及功率开关IGBT。它的控制电路是以微处理器为核心的数字电路,其功能主要是接受各种设定信息和指令,在根据它们的要求形成驱动逆变器工作的PWM波信号。控制板包含了一系列的接口和一个微型处理单元,它接收和处理由电动机过来的电流信号,IGBT的开通和关断的触发信号也由控制板来控制。由于IGBT开关速度高,开关损耗小,PWM波脉宽调制,使得变频器的效率相当高。可逆式轧辊缝调节电机变频器采用磁场矢量控制方式(FOC)。它将交流电机定子电流根据矢量分解原则分成相互垂直的两个矢量:一个是Id ,另一个是Iq。Id为励磁电流,Iq为转矩电流。根据交流电机的基本模型,通过速度的反馈和给定进行比较,进行速度调节控制,然后与转矩反馈进行比较进行转矩调节控制,再与转矩电流比较进行转矩电流的控制;另外根据速度的反馈得出磁场电流参考值,与定子磁场电流比较得出励磁电流参考值,其与励磁电流反馈值相比较进行励磁电流控制。通过反馈和调节,使的变频器输出适合需要的电压。
(二)PLC控制过程分析。
轧机可用的道次共有8个,机前的四个道次为奇道次,机后的四个道次为偶道次。根据轧制要求在HMI画面上可以设置不同道次的辊缝值。轧机辊缝的目标值为HMI画面上设置的每个辊缝值与该道次辊缝磨损值(即画面上的ID号)之差。轧机辊缝的实际值为编码器测出来的值。在控制可逆式轧机PLC程序中专门有一个功能FC来计算辊缝值的。首先在程序中的计算出压下螺杆每动作1mm编码器发出多少个脉冲:螺杆每动作1mm的脉冲数N=4096*28.5/22=5306。22为压下螺杆的螺距,28.5为减速比。在间隔一次扫描周期内设编码器两次的脉冲数差值为M,则M/N为一次扫描周期内编码器测出的值,在X个扫描周期后如果辊缝值到了预先设定值,则此时的实际值为:M1/N1+M2/N2+……+Mx/Nx。在辊缝调节程序中做了一个辊缝位置调节程序块,当#SRPos中S脚被触发后,开始进行位置调节,R脚被触发后,停止位置调节。PLC和变频器通过PRIFIBUS互相读写数据,从而完成辊缝的调节。
四、结束语
辊缝调节装置采用西门子控制系统,SIMATIC S7作为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工控设备。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能,具有可靠性高,抗干扰能力强,配套齐全,功能完善,适用性强等优点,在重型工业企业中被广泛应用。
参考文献:
[1]杨海波,李朋义,杨成,王邦文,孙志辉.薄板坯连铸连轧中的板带厚度控制及仿真分析[J].北京科技大学学报,2009,(02).
[2]彭熙伟,谭日飞,李占宏.感应位移传感器在轧机压下系统中的应用[J].冶金自动化,2009,(04).
[3]曾良才,吴海峰,陈奎生,孙国正.轧机液压厚度自动控制系统试验技术及设备研究[J].液压与气动,2007,(04).
关键词 辊缝调节装置 控制系统 控制原理
一、可逆式轧机辊缝调节装置的组成和功能
可逆式轧机辊缝调节装置由两个压下螺杆进行顶部轧辊调节。两个压下螺杆分别安装在轧机的传动侧和操作侧,通过螺杆的推拉动作来调节辊缝的大小,螺杆的动作则是由传动侧的齿轮电机通过蜗轮来驱动的,可逆式轧机架使用液压平衡。底部轧辊使用安装在底部轴承座上的垫片调节。在两蜗轮的连接轴上安装了一电磁离合器用来是两侧的辊缝同步,当辊缝不一致时可以打开电磁离合器进行单侧辊缝调整,在生产过程中电磁离合器是啮合的。在调节装置中有一制动器,当调节辊缝时制动器打开;辊缝调节好之后,制动器把与电机连接的轴抱住,此时可以进行轧制。
二、可逆式轧机辊缝调节装置控制系统
可逆式轧辊缝调节装置由西门子PLC和安萨尔多电气传动(其中控制板为基础型)以及安装在传动侧的编码器来控制的。另外在操作侧还有一个编码器,它不参与控制只是用来显示操作侧的辊缝值,如果两个编码起显示的值差值大于2mm就说明传动侧和操作侧辊缝差值大于2mm,此时就要出现报警,需打开电磁离合器进行单边辊逢调整。另外,该装置上还有四个接近开关用来检测传动侧和操作侧最大辊缝值和最小辊缝值,如果超过限制,程序中所设定的联锁条件会终止辊缝调节电机运行,并产生相应报警,为了增加可靠性,避免超过最小辊缝造成碰辊,传动侧编码器也参与了相应控制,即使接近开关没有被检测到,如果传动侧辊缝低于3.5mm,连锁条件同样有效。
三、控制原理及控制模式
(一)控制原理。
辊缝调节装置的驱动电机是由安萨尔多变频器控制的。三相交流电通过整流器将直流电输送到直流母排,此时直流电压约550V,在经过变频器逆变后将电压供给电动机使用。变频器输出电压波形是一系列的PWM波,由于采用了恰当的PWM控制技术,正弦基波的比重较大,影响电动机运行的低次谐波受到很大抑制。变频器中包含了电源板、控制板、通讯板以及功率开关IGBT。它的控制电路是以微处理器为核心的数字电路,其功能主要是接受各种设定信息和指令,在根据它们的要求形成驱动逆变器工作的PWM波信号。控制板包含了一系列的接口和一个微型处理单元,它接收和处理由电动机过来的电流信号,IGBT的开通和关断的触发信号也由控制板来控制。由于IGBT开关速度高,开关损耗小,PWM波脉宽调制,使得变频器的效率相当高。可逆式轧辊缝调节电机变频器采用磁场矢量控制方式(FOC)。它将交流电机定子电流根据矢量分解原则分成相互垂直的两个矢量:一个是Id ,另一个是Iq。Id为励磁电流,Iq为转矩电流。根据交流电机的基本模型,通过速度的反馈和给定进行比较,进行速度调节控制,然后与转矩反馈进行比较进行转矩调节控制,再与转矩电流比较进行转矩电流的控制;另外根据速度的反馈得出磁场电流参考值,与定子磁场电流比较得出励磁电流参考值,其与励磁电流反馈值相比较进行励磁电流控制。通过反馈和调节,使的变频器输出适合需要的电压。
(二)PLC控制过程分析。
轧机可用的道次共有8个,机前的四个道次为奇道次,机后的四个道次为偶道次。根据轧制要求在HMI画面上可以设置不同道次的辊缝值。轧机辊缝的目标值为HMI画面上设置的每个辊缝值与该道次辊缝磨损值(即画面上的ID号)之差。轧机辊缝的实际值为编码器测出来的值。在控制可逆式轧机PLC程序中专门有一个功能FC来计算辊缝值的。首先在程序中的计算出压下螺杆每动作1mm编码器发出多少个脉冲:螺杆每动作1mm的脉冲数N=4096*28.5/22=5306。22为压下螺杆的螺距,28.5为减速比。在间隔一次扫描周期内设编码器两次的脉冲数差值为M,则M/N为一次扫描周期内编码器测出的值,在X个扫描周期后如果辊缝值到了预先设定值,则此时的实际值为:M1/N1+M2/N2+……+Mx/Nx。在辊缝调节程序中做了一个辊缝位置调节程序块,当#SRPos中S脚被触发后,开始进行位置调节,R脚被触发后,停止位置调节。PLC和变频器通过PRIFIBUS互相读写数据,从而完成辊缝的调节。
四、结束语
辊缝调节装置采用西门子控制系统,SIMATIC S7作为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工控设备。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能,具有可靠性高,抗干扰能力强,配套齐全,功能完善,适用性强等优点,在重型工业企业中被广泛应用。
参考文献:
[1]杨海波,李朋义,杨成,王邦文,孙志辉.薄板坯连铸连轧中的板带厚度控制及仿真分析[J].北京科技大学学报,2009,(02).
[2]彭熙伟,谭日飞,李占宏.感应位移传感器在轧机压下系统中的应用[J].冶金自动化,2009,(04).
[3]曾良才,吴海峰,陈奎生,孙国正.轧机液压厚度自动控制系统试验技术及设备研究[J].液压与气动,2007,(04).