某钢厂热轧平整机组液压弯辊自动控制系统的研究解读.docx
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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
MACHINETOOL＆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（201323－069－4
ＲesearchonaHotＲollingTemperMillHydraulicBendingＲollAutomaticControlSystem
ZHANGChaoyi1,FENGGuibin2,LIUMing2
（1.InformationEngineeringCollege,InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology,
BaotouInnerMongolia014010,China;
2.AutomationDivision,BaotouIron＆Steel（GroupCo．,Ltd．,BaotouInnerMongolia014010,China
Abstract:
Hydraulicbendingrollcontrolisanimportantmeasuretoensurestripshape．Takingahotrollingtempermillasanexample,thehydraulicbendingrollcontrolsystemprincipleandcontrolmethond,functionmodulesFM458andPLC400controlmethodtothehydraulicbendingrollcontrolsystemweredetailedintroduced．
Keywords:
Hydraulicbendingroll;Stripshape;Automaticcontrolsystem
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（010V或100V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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（上接第56页
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。
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