轧机自动化培训.docx

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轧机自动化培训

轧机自动化

二个原理

自动控制的原理：

就是在没有人的参与下，利用外加的设备或装置，（控制装置或控制器）使机器，设备或生产过程的某个工作状态或参数自动的按照预定的规律运行。

主要是以反馈理论为基础的自动调节过程。

反馈控制的原理：

控制装置对被控装置施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现对被控量进行控制的任务，这就是反馈控制的原理。

现代的轧机设计在自动化领域的要求越来越高，稳定性，精度，人性化等各个方面的发展都到了很高的程度，轧机自动化主要包括以下几个方面：

传动方面

一：

硬件组成

1．系统组成：

高压配电室，变压器，功率补偿系统，低压配电室,低压开关柜，控制单元柜，功率单元柜，系统控制柜，继电器柜，

2．各控制柜的的作用：

高压柜：

主要作用为了启停工厂的高压电源，显示高压电压和电流数值，高压计量

3．变压器：

主要作用为将高压变电所来的高压变成工厂需要的电压值，

4．低压开关柜：

为各设备提供抵压电源

5．系统控制柜：

为传动系统总控制，系统启动停止，数据计算，各单元协调运行

6．继电器柜：

主要为PLC数字量输出实现电源转换

7．继电系统柜：

主要控制一些普通电机如泵，风机等的运行控制。

8．主电机控制柜：

为轧机的主要电机进行单元控制

9．功率单元柜：

主要电机控制的功率输出

二：

各主要低压柜的组成

1低压开关柜内主要由：

刀开关，自动开关，起停线路，显示

2系统控制柜由可编程序控制器，（电源模块，中央处理单元，数字量输入输出模块，模拟量输入输出，高速计数模块，定位模块，连接模块，通讯模块，槽板）供电空开，直流电源

3继电器柜由24伏或220伏继电器（根据要求选择开闭点数目），电源开关，直流电源

4主要电机控制单元柜，由直流电源电机控制器或矢量型变频器，（控制板，电枢电源触发板，励磁控制板，励磁功率主回路，通讯板，卷经控制板，编码器信号接收板等）直流开关电源，工作电源开关，（变频器有整流板及逆变触发板）

5功率单元柜由电抗器，冷却风机，整流调压单元（可控硅及散热片，）（变频器为快速双向可控硅IGBT）扩容的外加有过压保护线路，换向保护线路

三控制思路

先确定一个自动控制系统的重要组成部分PID控制理念

PID控制器（比例-积分-微分控制器），由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。

通过Kp，Ki和Kd三个参数的设定。

PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。

PID控制器的方块图PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。

这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差值用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。

和其他简单的控制运算不同，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。

可以通过数学的方法证明，在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反复的情况下，一个PID反馈回路却可以保持系统的稳定

赞同

1主电机在单电机的情况下为典型的速度控制系统，双电机时分二种情况，并联且在减速箱单独出轴的情况，那么要做负载平衡，即以一电机为主电机，在线速度给定相同的情况下，另一电机的电流输出和主电机相比较，如有偏差则调节速度值以使电流偏差在允许范围内。

二电机串联时从电机为电流控制，即速度反馈给到主电机，然后由主电机给从电机，由从电机的控制参数中设置一附加速度值，加到速度给定上，这样速度总达不到饱和状态，速度环输出总是满值输出，这样速度调节就失去作用，只有电流内环起作用，这时主电机的电流输出作为作为从电机的电流限幅给定，致使从电机的电流值总是和主电机的电流相等，二电机的出力相同，共同完成轧制任务，

转速电流双闭环调速系统简图

速度给定Ugn与速度反馈Ufn相减（转速为负反馈）差值Un送入速度调节器，速度和电流调节器都是PI调节器，转速调节器的输出Ugi作为电流调节器的给定信号，与电流反馈信号相比较，差值送入电流调节器，电流调节器的输出Uk作为可控硅触发装置的移相电压，

2卷曲电机控制：

卷曲电机为张力控制系统，要求轧制时张力稳定可调，张力控制有几种方式：

一种为直接测量，一种为间接计算，方法有开环控制有闭环控制，一般计算卷经来保持张力稳定的方式是作为开环控制的比较多，卷经的计算和测量的方法比较多，一种是线速度和角速度之比为卷经，一种是设定板子的厚度，由编码器的零位脉冲来确定圈数，卷经厚度乘以圈数既是实际卷经，一种是用位移传感器直接测量出的卷经，（如超声波传感器）根据力矩的公式Q=F*L

由给定张力乘以卷经就是现场的实际张力，直接测量张力是用张力棍测量，根据压力传感器的数值，进行整定，使它发出的信号（+-10V，0-24MA，4-24MA）和力的信号相对应，信号整定后进入模拟量输入模块，作为张力闭环的张力反馈信号，与张力给定信号比较后送给张力调节器，张力调节器输出送给电流环的电流限幅，调节电流大小，电流大小和电机的输出转矩成正比，在实际应用中轧机在加减速时，张力的变化很大，需要进行补偿，取主机加速度乘以可变转动变惯量的数值，可变转动变将的公式为：

四：

PLC功能简述

PLC硬件组态图

PLC

PLC的软件程序图

所有的程序执行都由PLC的CPU控制，比如现场信号的采集，由CPU控制采样周期，一般在10ms左右，对信号实时采样，后进行数据整定，运算，限幅，输出，对执行机构进行控制，PLC可进行数据移位，实数计算，浮点数计算，逻辑功能实现，数据传送，延时计数功能，进制转换，支持局域网通讯，实际上PLC只是自动化系统实现功能的一种组件，只要有一本说明书一周应该就能学会，然后积累编程经验，会看电路图的更快，它的表现形式就是从电路图发展来的，具体做法就是根据工程要求进行PLC选型，国内国外的厂家很多，比如西门子，欧姆龙，松下，AB，ABB，台达等。

例如工程要求输入输出的点数多少，扫描速度，选择小型，大型，高智能的，轧机速度在10米以下的中型的就可以了，大部分厂家都选择西门子S7-300，就满足要求，型号定下之后，选择槽板，也就是安装支架，选择数字量输入输出模块，模拟量模块，通讯模块，选好后在软件中进行组态，在组态时硬件的型号及版本号和软件中相同，以便CPU识别，此时进行网络组态，也就是PROFUBUS，或INTERNET，PROFUBUS用来和现场PLC分站及调速装置进行通讯，INTERNET用来和人机界面通讯，（WCC）然后进行编程，首先建立一个项目然后配置上CPU就可以编辑自已的用户程序了，第一步先加入一个组织块OB1，对下面的程序进行协调调用，然后是功能块，系统功能块，数据快，一步步地用程序实现现场自动功能控制，程序的表现形式有三种，一为梯形图（LAD），二为语句表（STL），三为功能表（FBD），

梯形图与原理图相似，STL与汇编语言相似，FBD编程较适用于功能块较多的情况，尤其是功能块的管脚比较多，彼此之间的联系复杂，在这个界面里可以直接拉线连起来，不需要中间变量，另外通讯程序有具体的标准快，或厂家能提供标准的程序，然后把地址键入，设定传输的控制字和状态字的数目和长度，

五：

调速装置的使用

硬件原理图

装置由主板，电源触发板及功率元件组成，在主板上有一排接线端子，

它们的功能是装置的使能和合闸，这是装置运行必备的条件，由外电路高电平激活，给到装置相应的控制字参数上，如果控制字中的合闸及使能信号由网络给出，那么端子上也需要短接到24V上，在软件设置中这二种信号是向与的关系，除此之外还有三路数字量输入信号，三路数字量输出信号，模拟量输入输出各二路，分别接受数字及模拟信号用于控制及计算，以实现工程功能，还有编码器（测速发电机）接收端子，接收速度信号用于速度反馈，速度反馈现在用编码器的多，测速发电机的很少了，关键是编码器的测量精度比测速发电机要高二个数量级，内部参数的设置就是根据自动控制理论，为了实现电机的速度可控，电流可控，简要说明一下参数的配置：

外部电路接好后，就可以进行参数设置了，（说明以下装置的选型：

主要是根据电机的功率和电流确定装置的容量，根据功能价格稳定性及熟悉程度选择装置的厂家，根据是否配置有网络选择加通讯板，根据张力的设定方法选择是否用T400等专业板），第一步首先在参数中确定电机的电流，电压，励磁的电流，电压；转速（速度反馈的方式，编码器反馈，测速发电机反馈，电枢电压反馈，是否要弱磁升速），转矩，这些确定好之后，就可以进行电机优化，优化的目的，是进行电机辨识，确定最好增益参数，即速度环和电流环的系统增益，测量出电枢系统回路总电阻，总的机电时间常数，优化完之后，设置控制参数，首先是速度给定，给定方式可以从主板上模拟量的输入口给定，+-10V对应正反向最大速度，操作台上的电位器控制电压大小，也可以用软件上自带的电动电位计给入，这样操作台上用按钮就可以实现了，还有用按钮给到PLC中然后通过网络的控制字给定，张力计算及卷经计算可以在PLC中计算也可以在利用装置中功能块计算实现，设定电流限幅，快停急停设置，最后设定通讯的控制字，状态字，装置和装置通讯，装置和PLC通讯，

AGC自动控制系统简介

一：

电气组成：

控制柜，内含智能PLC，PLC由电源模块，CPU，高速计数模块二块，模拟量输入输出模块，数字量输入输出模块，（早期由工控机外加控制分立板组成，位移信号接收板，压力及厚度信号接收板，厚度给定接收板，数字量接收板，速度信号接收板，伺服阀控制功率输出板）24V，15V电源模块，位移传感器二次仪表（信号变送器：

信号整定放大）功率放大板（给伺服阀供电），外部有伺服阀，位移传感器，压力传感器，快泻阀，线速度检测器件（编码器，激光测速器等），操作台（工控机，工作泄荷钮，显示仪表），液压站设备。

二，控制思想：

现在的厚度控制有自动厚度控制AGC，自动压力控制AFC，自动位移（位置）控制APC，自动张力控制ATC等，根据弹跳方程H=S+（P-P0）/Cp，在PLC中编辑程序，使弹跳方程在程序中演绎出来，智能PLC的扫描周期为10Ms，周期性采样位移和压力速度信号。

1，在AGC情况下，由工控机上设置厚度和辊缝给定，（当然要先预压靠，预压靠的作用是消除机架轴承等引起刚度变化的不稳定因素，因为在轧制力达到一定程度后，系统地刚度系数才是线性的，找出平直的轧制线，人工拨零之后，就确定了辊缝和位移的初始值）厚度设定通过internet传送给PLC中用于控制中的初始给定，与测厚仪来的厚度反馈信号微调给定信号汇合后送入厚度调节器，厚度调节器输出作为辊缝调节器的给定，与位移调节器反馈信号相减后送入辊缝调节器，辊缝调节器的输出给到伺服阀功率驱动器，完成控制，这其中要在程序中求出系统的刚度系数和轧件的应力系数，和压力值相比后作为辊缝补偿加入辊缝输出中

辊缝控制原理图

2，AFC控制，由工控机进行压力给定，与压力传感器反馈回来的压力信号相减后送入压力调节器，压力调节器输出信号平分后分别送入二个伺服阀功率驱动器，其中纠偏信号平分后直接加（减）入调节器输出信号上，以保持压力平衡，检测位移传感器信号作为同步环调节，

使液压缸同步下降，其信号也加入到给定中。

三：

手动压下，作为一种检测厚控系统是否正常工作的重要检测手段，它去除了位移传感器和压力传感器因素，由程序中给定一固定数值输出，给到功率放大器控制伺服阀，检测压力系统的运行。

张力厚度自动控制系统ATC，作为厚度自动控制系统的补充环节一般用在板带减薄效果不理想的情况下使用，和AGC结合使用，厚度调节器输出信号作为张力调节器的给定信号，调节张力大小，达到控制板带的效果