SIMATIC TDC在平整機自動化系統的應用

祝得治 劉朔

摘? 要：平整分卷機組用于改善薄規格帶鋼的板形和平直度，提高帶鋼力學性能有著重要作用。本文對邯鄲鋼鐵集團公司連鑄連軋廠的平整分卷機組使用的SIMATIC TDC的特點及自動化系統配置進行了介紹，對于SMATIC TDC對帶鋼速度控制及AGC控制應用進行了闡述，實際運行結果表明，系統運行穩定同時產品質量良好。

關鍵詞：平整分卷? SMATIC TDC? 帶鋼速度控制? AGC控制

1? SIMATIC TDC的主要特點

SIMATIC TDC系統由硬件模塊和軟件組成，能夠用圖形軟件工具CFC來編程，為要求高速且高智能化的交傳動提供了理想的解決辦法。

基于SIMATIC TDC的自動化系統的硬件組成如下：

1.Subrack：UR5213 21個插槽，帶背板通訊總線，電源組件。

2.CPU 551控制板：64位的RISC 浮點CPU模塊帶有266MHZ的內部時鐘。這個模塊有一個程序存儲卡MC500，卡里包含有開環和閉環結構的軟件。CPU551的典型采樣時間是 0.01ms。

3.SM500模塊：快速I/O模板。可接數字量.模似量.增量型及絕對型編碼器。

4.CP50M0 Profibusc通訊板：具有兩個Profibus DP接口。

5.CP51M0 Ethernet通訊板有一個同軸電纜接口.一個光纖接口.一個RJ45接口。

6.SU13：接口模塊

SIMATIC TDC用SIMATIC? PCS7工程師工具的CFC和D7-SYS（函數庫）構成。

CFC軟件在這個程序中允許用一個圖形軟件來完成技術功能的構成。

D7-SYS包含了一個有250個功能區的目錄（算術、三角函數、I/O轉換、斜坡功能、PID控制器、通訊、追蹤等）。

編程器可通過CP50M0上的MPI接口直接和SIMATIC TDC連接。

2? Simatic TDC的控制功能

本條生產線的TDC主站共配置三塊CPU模塊，三塊CPU模塊分別命名為“D01”、“D02”、“D03”，分別位于TDC主站的1#～3#插槽。每個CPU分別實現不同的控制功能，D01實現帶鋼速度的主令控制，D02實現AGC、彎輥控制及延伸率控制，D03實現邏輯順控功能，以下分CPU分別介紹相應的控制功能。

2.1 帶鋼速度的主令控制功能

帶鋼速度控制功能主要包括主速度爬坡，速度預設，卷徑計算，張力控制，鋼卷慣量和損耗計算，自動減速和數據通訊等功能，這些控制功能分別在“D01”中實現。

①主速度爬坡

以預設的速度基準為基礎，主速度斜坡發生器以下列的模式完成速度的設定控制。其工作模式如下：

a.當全線在慢速穿帶時采用速度一致控制;

b.卷取機在張力控制時采用速度非一致控制;

②速度給定計算

這個控制的功能是在考慮以下要求的情況下，計算出平整線所有軋線電機的基準速度。

a.來自PLC系統的目標速度給定;

b.分檔位加速率控制速度的變化;

c.靠工藝微調速度的修正值;

d.由給定電流限定值來減小斜坡斜率;

e.在鋼卷直徑變化時，最大線速度保持不變;

③鋼卷直徑測量

開卷機鋼卷直徑計算的信號來自安裝在矯直輥前的前張力加送輥上的雙輸出編碼器回饋PLC;卷取機鋼卷直徑計算的信號來自于安裝在卷曲前后張力加送輥的雙輸出編碼器回饋PLC。

④帶鋼張力控制

卷取機張力控制保證不隨卷徑變化，卷曲帶鋼張力恒定。這是通過數學公式測算完成的，張力控制系統通過測量實時卷徑值來計算轉矩基準值從而保證張力恒定（給定張力轉矩控制）。變頻傳動系統采用最大力矩控制方法控制電機的輸出轉矩，從而達到控制張力的目的。

卷取機轉矩基準值通過累加以下值來計算：

a.卷曲給定張力的轉矩;

b.慣量補償轉矩;

c.電機和齒輪箱的補償轉矩;

⑤機械慣量和損耗補償

卷取機電機、鋼卷、芯軸和減速機齒輪的慣量和損耗根據以下參數來計算：

a.軋制線給定速度;

b.軋制時分檔加減速;

c.帶鋼寬度;

d.帶鋼厚度;

e.原料直徑。

⑥自動減速控制

在以下情況下實行自動減速功能：

a.為了避免工作輥損壞，入口帶尾在軋機前全線停車，在開卷機還剩800MM卷徑時開卷提前自動減速至30M/min;

b.當分卷時，卷取機上的帶鋼已達到所需重量前，需自動減速;

為了完成這個功能，CPU不斷計算在開卷機上的剩余長度和卷曲上帶鋼的重量，當這兩個值達到預定值時，要求有一個根據實際全線降速至30/min，剩余鋼卷的速度也將重新穿帶生產。

⑦數據通訊

通過Modbus DP對傳動系統進行數據通訊。

2.2 AGC控制功能

AGC控制功能主要包括壓下閉環控制，軋線零位標定，輥縫預設，動態補償，正彎輥閉環控制，負彎輥閉環控制，自動延伸率控制等功能，這些控制功能分別在“D02”中實現。

①壓下閉環控制

恒壓力控制是平整機的常見生產模式。軋制壓力設定值為MMI的輸入加延伸率（千分之零點三）修正值。考慮到彎輥控制補償，支撐輥壓力補償，工作輥平衡補償和工作輥輥自重，通過來自AGC缸的壓力、位置傳感器的信號，用專用功能塊計算出軋制壓力的實際值。軋制壓力控制器通過執行機構調整，通過實際操作工對兩側軋制力的微調達到最佳鋼板表面質量。

②零位標定

這個功能靠操作工手動開始，通過一個自動程序來為通過壓力、位置傳感器確定工作輥及軋線的零位，以便計算工作輥之間的距離。這個程序必須在換輥完成以后執行。它能確保工作輥之間的軸向平行，并不受軋制材料的影響。主要影響的參數有工作輥的平直度，圓滑度及兩側最大軋制力強度測試。

③輥縫預設

當帶鋼厚度發生變化時，此功能根據PLC的設定值進行自動輥縫事前設定（也稱預設值），位置控制器通過來自AGC壓下缸的位置傳感器的實際位置信號控制工作輥達到軋輥間隙設定。這個PLC系統的設定值要考慮原料和工作輥的鋼度補償。

④動態補償

在加、減速階段引起的厚度缺陷可通過MMI里的數學模型根據輸入的原料密度、硬度等相關數據來進行自動補償。

⑤正彎輥閉環控制

正彎設定是MMI設定的一部分。正彎實際值根據AGC中的壓力傳感器信號計算和實際的工作輥使用情況。正彎控制器的控制補償了從AGC軋制力控制引起的干擾。

⑥負彎輥閉環控制

負彎設定是MMI設定的一部分。負彎實際值AGC的壓力傳感器信號計算和實際的工作輥使用情況。現場由于輥的情況比較糟糕，基本用不到負彎工作輥就需要下機磨削，所以此功能基本不用

3? 結語

AGC壓下是現在主流的板帶鋼產品軋制方式具有極其重要的地位。所以，TDC具有便于控制、固定式、成本低、耐污染、自調節、事故率低等優點。在邯鋼CSP平整線的應用證明，TDC系統具有極高的及時跟隨能力，但由于精度過高經常在使用中如若AGC倆側壓下缸動作不同步或者原料缺陷過大時，造成緊急停車直至飛車;應當根據實際生產情況調整參數在滿足生產要求的同時減少報警的產生，提高其魯棒性，進一步滿足各種生產的需求。

參考文獻

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