中厚板矫直机控制系统的开发与研究

摘 要：文章概括介绍了包钢薄板厂宽厚板矫直机控制系统的开发和应用，是对原有矫直机控制系统功能的完善和发展。系统采用了GE公司的VME控制技术，通过64位总线结构和多CPU并行处理数据方式，可以很好地实现控制功能和完成控制任务。主要介绍了矫直机的控制结构和控制特性，并对其中的辊缝控制进行重点详述。

关键词：矫直机；辊缝控制；PID

1 概述

1.1 设备概况

包钢薄板厂宽厚板生产线采用德国西马克公司设计的九辊矫直机，上面四辊可以进行垂直方向调整，下面五辊中只有入出口辊可以垂直调整。矫直机（如图1）主要由4个HGC液压缸、8个弯辊液压缸、2个可调节的入出口液压缸进行辊缝控制，使钢板在矫直机中，经过交错排列矫直辊的反复弯曲，使钢板不均匀度逐渐减小，进而矫直。

1.2 工艺描述

矫直机是布置在加速冷却系统之后，主要用于消除轧制后和加速冷却后钢板的不平直度（如：翘头、翘尾、边浪、中浪等）。通常矫直机工作在自动模式，在自动模式下，系统会自动接收轧机二级下发的钢板PDI数据，请求模型计算，模型根据钢板的厚度、温度、钢种等数据，计算出辊缝的位置、钢板的最大矫直力、传带速度、矫直速度等参数下发给一级控制系统。控制系统按照这些参数对钢板进行矫直。矫直后的钢板由操作工来确认是否达到要求，如果没有符合标准，操作工可以选择反矫模式，再次请求模型计算，对钢板进行第二次矫直。如果操作工认为钢板已经符合标准，可以选择传输模式，将钢板送到冷床。

2 系统配置

包钢宽厚板生产线矫直机由于矫直辊压下量以及弯辊和入出口辊的调整要求很精确，运算和扫描周期也很高，所以系统采用了GE公司的VME控制技术，通过64位总线结构和多CPU并行处理数据方式来处理模拟量输入输出、SSI输入信号，并利用西门子ET200站处理现场数字量信号的PLC控制系统；通过以太网将PDA过程控制采集系统、二级模型计算机、工程师站进行连接；通过DP/DP网与其它PLC控制系统进行连接。结构如图2所示。

3 矫直机控制功能

VME控制器共有14个插槽，可以共用多个CPU，此矫直机共使用了4个CPU对功能进行分开控制，第一插槽为主CPU，第二插槽为硬盘和光盘，后面分别是3个从CPU和信号处理模块、PDA模块和通讯模块等。

为了便于程序的编译和控制，系统把主要的控制功能分为下面几个部分：通用功能控制（GFC）；顺序功能控制（GSF）；矫直辊缝控制（LGC）；矫直入口辊控制（LRY）； 矫直出口辊控制（LRX）；弯曲控制（B4×2）； 矫直模型调节控制（LAM）； 矫直机外部控制（LEC）等。

辊缝控制：矫直机辊缝调节是一套伺服液压调节系统，共有九辊，上四下五，分别安装在上辊盒里和下辊盒里。上辊盒通过液压缸可以进行垂直调整，下辊盒里入出口辊可以进行轴向调整。上辊盒通过布置在辊盒上方的平衡缸、HGC缸和弯辊缸来驱动，每个液压缸的杆腔装有压力传感器，活塞侧装有线性位移传感器，用来检测系统工况，参与系统控制与调整。用于测量位置和压力的检测元件通过硬线直接连接进入GE的VMIVME-7807CPU的扩展模板MA-VMIVME-3122和VIPC616模板上。

HGC缸、弯辊缸和入出口缸调整的控制都是在GE的VME框架系统中完成，每一套调整液压缸均由一个伺服阀和一个电磁阀控制。矫直辊采用位置调节模式，伺服阀的输出根据现场实际检测位置和设定参考位置采用PID参数控制，大大提高了辊缝调节的精度。

矫直机的辊缝调节是通过控制伺服阀的开度，而伺服阀的开度输出是由PID，主要是P（比例）和I（积分）控制的（如图3）。现场线性位移传感器的检测值传输到程序中，与设定值进行比较，在通过PID参数的调节计算出伺服阀的开口度。VME框架的模拟量输出模板输出电压信号转换为现场需要的电流信号来控制伺服阀的开口度，调节矫直机辊缝的位置。

伺服阀的输出是通过位置循环闭环控制，在矫直机HGC缸、弯辊缸和入出口缸内安装有线性位移传感器和压力传感器，在位置循环闭环控制中矫直机辊缝位置是由线性位移传感器来测量的。

矫直机的辊缝调节是通过伺服阀的开度来控制，开度的大小是由P参数和I参数之和来决定。

4结束语

由于采用了GE公司的64位高速VME控制技术，所以包钢宽厚板矫直机的控制能力大大提高，比传统矫直机的控制更加精确，而且响应更快。矫直机除了辊缝控制外，还可以传动侧和操作侧方向摆动，入口侧和出口侧倾动，可以很好地消除边浪；由于弯辊缸的使用，可以补偿矫直过程中矫直辊的偏差，从而能达到理想的矫直效果。

参考文献

[1]房廉玲.过程控制与集散系统[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2]陈瑛.中厚板矫直技术的发展[J].宽厚板，2002（6）：10～14.

作者简介：郭军（1980，9-），男， 汉族，内蒙古包头市人，本科学历，信息系统项目管理师（高级），内蒙古包钢集团薄板厂主办、工业自动化。