T—CPU在型鋼線矯直機(jī)位置控制中的應(yīng)用

繆素云

摘 要：由于市場(chǎng)需求的不斷提高，T-CPU的出現(xiàn)成為必然，本文通過對(duì)T-CPU的設(shè)計(jì)思路和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并通過T-CPU在河鋼唐鋼型鋼線矯直機(jī)位置控制中的應(yīng)用，具體說明了其在位置控制方面的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：T-CPU；位置控制；矯直機(jī)

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

近年來，隨著鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，各鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)對(duì)冶金設(shè)備的要求越來越嚴(yán)苛，它們需要的工藝設(shè)備更靈活、更高效，性價(jià)比更高。這就使得自動(dòng)化系統(tǒng)需要延伸到更為廣泛的運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，甚至延伸到各種工藝技術(shù)領(lǐng)域。比如運(yùn)動(dòng)控制功能、高速技術(shù)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(qiáng)大功能和博采眾長(zhǎng)的自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

1 T-CPU的設(shè)計(jì)思路

西門子公司運(yùn)用面向運(yùn)動(dòng)控制的工藝功能，對(duì)現(xiàn)有自動(dòng)化和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)了將PLC功能、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)通過PROFIBUS完美結(jié)合，即T-CPU。圖1為T-CPU的硬件結(jié)構(gòu)圖。其中①為MPI/DP接口，用于實(shí)現(xiàn)程序下載，路由、系統(tǒng)遠(yuǎn)程診斷，②為PROFIBUSDP（DRIVE）接口，用于連接驅(qū)動(dòng)器組件，實(shí)現(xiàn)速度控制和位置控制；③為本地的數(shù)字輸入/輸出模塊，包括4個(gè)快速輸入和8個(gè)凸輪開關(guān)輸出。

2 T-CPU的優(yōu)點(diǎn)

T-CPU的出現(xiàn)給廣大用戶帶來了很多切身的利益，具體有以下幾點(diǎn)：

（1）T-CPU將PLC功能、運(yùn)動(dòng)控制和驅(qū)動(dòng)器完美的結(jié)合在一起，顯著降低了工程費(fèi)用。

（2）T-CPU程序的編寫、調(diào)試都是在STEP7的基礎(chǔ)上完成的，編程語(yǔ)言也是工程師們熟悉的PLC編程語(yǔ)言，節(jié)省用戶的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)時(shí)間，為系統(tǒng)開發(fā)降低了成本。

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

（4）由于T-CPU的使用，節(jié)省了控制柜內(nèi)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(jī)簡(jiǎn)介

河鋼唐鋼型鋼線年產(chǎn)型鋼80萬(wàn)噸，主要產(chǎn)品有角鋼，U型鋼，鋼板樁、槽鋼等。型鋼線的矯直機(jī)為德國(guó)進(jìn)口的9輥雙支撐變節(jié)距式矯直機(jī)，整體布局為上面4個(gè)輥，下面5個(gè)輥，為該矯直機(jī)的整體結(jié)構(gòu)。整個(gè)矯直機(jī)是由兩個(gè)基座支撐的，基座連同整個(gè)矯直機(jī)是可以整體升降的。在矯直機(jī)的基座上有兩個(gè)軌道，為了方便換輥，矯直機(jī)操作側(cè)的牌坊可以在這兩個(gè)軌道上進(jìn)行橫向移動(dòng)。在9個(gè)矯直輥中，1#輥和9#輥為液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)控制，2#輥到8#輥為變頻傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制，為了達(dá)到統(tǒng)一的負(fù)載分配，在7個(gè)主電機(jī)中采取負(fù)載補(bǔ)償控制。為了得到最佳的矯直效果，矯直機(jī)在水平方向、垂直方向和軸向方向上都可以進(jìn)行調(diào)整。9個(gè)輥都可以進(jìn)行軸向調(diào)整，軸向調(diào)整是由變頻電機(jī)完成的，下輥，即1#輥、3#輥、5#輥、7#輥和9#軸可以進(jìn)行垂直調(diào)整，垂直調(diào)整也是由變頻電機(jī)完成的。1#輥到4#輥和6#輥到9#輥之間的節(jié)距可以通過液壓調(diào)節(jié)，5#輥在水平方向上是固定不動(dòng)的。

4 T-CPU在矯直機(jī)位置控制中的應(yīng)用

矯直機(jī)位置控制包括水平調(diào)整、垂直調(diào)整和軸向調(diào)整的控制，其自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用西門子S7系統(tǒng)，傳動(dòng)采用西門子S120變頻系統(tǒng)進(jìn)行控制。矯直機(jī)有三套CPU，其中，主CPU為S7-400，主要負(fù)責(zé)位置設(shè)定、與HMI畫面通訊及與其它兩套CPU之間數(shù)據(jù)交換，包括操作臺(tái)ET200站、液壓ET200站、急停系統(tǒng)、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(jī)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(shí)現(xiàn)了對(duì)7套主傳動(dòng)、10套垂直調(diào)整、9套軸向調(diào)整、4套升降輥道變頻系統(tǒng)控制及16套水平節(jié)距調(diào)整的控制。

矯直機(jī)的水平調(diào)整、垂直調(diào)整和軸向調(diào)整的數(shù)據(jù)都保存在數(shù)據(jù)庫(kù)里，矯直輥也是依據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行定位的。為矯直機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)，里面有各種規(guī)格鋼種的參數(shù)，選定某一鋼種，將其數(shù)據(jù)寫入到PLC，點(diǎn)擊操作臺(tái)上的開始按鈕，在T-CPU在控制下，矯直機(jī)就會(huì)自動(dòng)將位置調(diào)整到設(shè)定的位置。

矯直機(jī)有兩個(gè)基本的位置，一個(gè)是換輥位，一個(gè)是矯直位，下面我們就以矯直機(jī)從矯直位調(diào)整到換輥位來具體說明矯直機(jī)是如何動(dòng)作的。

首先，按下操作臺(tái)上的“12點(diǎn)位置”按鈕，對(duì)主軸進(jìn)行定位，使9個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)角度都?xì)w到“0”位，然后點(diǎn)擊“Rollers in position for Roll change”，給所有輥設(shè)定一個(gè)動(dòng)作的目標(biāo)位置，然后按下操作臺(tái)上的“開始”按鈕，啟動(dòng)下面的順控：（1）調(diào)整矯直機(jī)的高度，使上輥軸心與輥道面的垂直距離為625mm；（2）對(duì)1#輥、3#輥、5#輥、7#輥和9#輥進(jìn)行垂直調(diào)整，包括傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)，使上輥軸心與下輥軸心的垂直距離為950mm；（3）對(duì)1#輥到9#輥進(jìn)行軸向調(diào)整，使它們都到達(dá)中心位置；（4）對(duì)1#輥到4#輥和6#輥到9#輥進(jìn)行水平調(diào)整，包括傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)，使兩個(gè)矯直輥之間的軸心水平距離為1600mm。順控結(jié)束，矯直機(jī)就完成了從矯直位到換輥位的轉(zhuǎn)換，也就是說，在T-CPU的控制下，整個(gè)過程都是自動(dòng)完成的，這就明顯地體現(xiàn)了T-CPU的優(yōu)勢(shì)。

5 小結(jié)

T-CPU在型鋼線矯直機(jī)位置控制中的應(yīng)用，不僅節(jié)省人力物力，實(shí)現(xiàn)位置控制的全自動(dòng)，而且使矯直機(jī)在各個(gè)方向上都可以進(jìn)行調(diào)整，矯直效果達(dá)到了最佳，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量。