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【摘要】SIMADYN_D控制器作為全數(shù)字系統(tǒng)、具有控制精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、通信功能強(qiáng)、使用靈活等技術(shù)特點(diǎn)。本文論述了該控制系統(tǒng)在鞍鋼1700熱軋線卷取機(jī)上的應(yīng)用,以及卷取機(jī)張力控制原理。
Abstract: As a type of full digital control system, SIMADYN-D is a characterized by high control accuracy, rapid dynamic response, strong communication function and flexible application. This paper mainly discusses how the system used in Angang 1700 hot strip mill down-coiler. And it also shows the principle of down-coiler tension control.
【關(guān)鍵詞】SIMADYN—D; 卷取機(jī); 張力控制
【key words】SIMADYN-D; down-coiler; tension control

1 卷取工藝簡介
在熱軋帶鋼生產(chǎn)中，卷取機(jī)的任務(wù)是把從精軋機(jī)軋制出的帶鋼卷成鋼卷，并再運(yùn)送到成品庫中。卷取機(jī)能否正常運(yùn)行及卷取效果的好壞直接關(guān)系到熱軋產(chǎn)品的產(chǎn)量及質(zhì)量。鞍鋼1700卷取機(jī)是從1995年改造投產(chǎn)運(yùn)行的設(shè)備。該控制系統(tǒng)采用的為德國西門子公司研制的SIMADYN—D來完成基礎(chǔ)自動(dòng)化和傳動(dòng)系統(tǒng)的控制。卷取工藝流程如圖1所示。




帶鋼經(jīng)過六架精軋機(jī)熱連軋以后進(jìn)人輸層流輥道，待層流冷卻到適當(dāng)溫度進(jìn)入卷取區(qū)域。首先由導(dǎo)尺進(jìn)行帶鋼方向定位，然后經(jīng)夾送輥進(jìn)入卷取機(jī)進(jìn)行卷取。卷成的鋼卷再由卸卷小車送到打捆機(jī)打捆，最后由翻鋼機(jī)送到1#運(yùn)輸鏈。
卷取區(qū)域涉及的自動(dòng)控制思想如下:
(1)位置控制 導(dǎo)尺的位置控制、夾送輥輥縫控制、助卷輥踏步位置控制、卷筒脹縮控制;
(2)速度控制 夾送輥、助卷輥、卷筒速度控制及帶鋼尾部定位控制;
(3)壓力控制 傳動(dòng)側(cè)導(dǎo)尺對(duì)帶鋼的側(cè)壓力控制、夾送輥壓力控制、助卷輥踏步壓力控制、卸卷小車液壓托力控制;
(4)張力控制 精軋末架軋機(jī)和夾送輥之間、夾送輥和卷筒之間帶鋼的恒張力控制;
(5)其他 卸卷小車、翻鋼機(jī)、活門、風(fēng)動(dòng)導(dǎo)板等輔助系統(tǒng)自動(dòng)控制。

2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
目前，控制系統(tǒng)包括5套 SIMADYND框架：HB0、HE1、HF1、HE2、HF2，來完成2個(gè)卷取機(jī)的控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。




HE1 控制1#卷取機(jī)的液壓系統(tǒng)；
HF1 控制1#卷取機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)及相關(guān)冷卻水控制、卸卷小車控制、卷筒脹縮控制；
HE2 控制2#卷取機(jī)的液壓系統(tǒng)；
HF2 控制2#卷取機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)及相關(guān)冷卻水控制、卸卷小車控制、卷筒脹縮控制；
HB0 卷取帶鋼跟蹤、1#鏈及步進(jìn)梁控制。且完成兩臺(tái)卷取機(jī)的通訊，建立與上位機(jī)光纖通訊，上位機(jī)采用西門子的COROS軟件，供操作室監(jiān)控；還完成與SIMOVERT變頻器的PROFIBUS通訊控制1#鏈動(dòng)作。
HE1、HF、HE2、HF2、HB0在現(xiàn)場均設(shè)有ET200，作為SIMADYN—D的遠(yuǎn)程I/O。

3 張力控制原理
張力控制是卷取控制系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，對(duì)于卷取成功與否和鋼卷質(zhì)量起著十分關(guān)鍵的作用。整個(gè)卷取過程的張力控制是由卷筒電機(jī)，張力輥電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。由于現(xiàn)有卷筒電機(jī)為直流電機(jī)，故根據(jù)直流調(diào)速系統(tǒng)控制原理圖（如圖3 所示），歸納出卷筒電機(jī)張力控制思想：







（Ⅰ）當(dāng)卷筒未帶負(fù)荷，或卷筒帶負(fù)荷但帶鋼尾部已過精軋末架F6時(shí)，卷筒電機(jī)為速度控制。根據(jù)卷取工藝，此時(shí)卷筒速度給定n＊為卷筒實(shí)際轉(zhuǎn)速n，即△n≈0，故速度調(diào)節(jié)器ASR起調(diào)節(jié)作用。且Id＊≈Id，電流環(huán)也起調(diào)節(jié)作用，Y1的數(shù)值達(dá)不到限幅值LU、LL，故Y=Y1，最終可控硅觸發(fā)角由Y1的大小控制。
（Ⅱ）當(dāng)卷筒帶負(fù)荷，且?guī)т撐膊课催^精軋末架F6時(shí)，卷筒電機(jī)為張力控制。根據(jù)卷取工藝，此時(shí)卷筒速度給定n＊為卷筒實(shí)際轉(zhuǎn)速n的120%，即△n﹥﹥0，故速度調(diào)節(jié)器ASR飽和，不起調(diào)節(jié)作用，其輸出Id＊迅速達(dá)到最大上限值。由于此時(shí)Id＊﹥﹥Id，即△Id﹥﹥0，所以電流調(diào)節(jié)器ACR飽和，Y1的值很大，故此時(shí)Y1﹥上限值LU，Y=LU，最終可控硅觸發(fā)角根據(jù)上限值LU的大小進(jìn)行控制。此時(shí)的張力控制即是電流上限值LU的控制。
下面討論卷筒張力控制的數(shù)學(xué)模型：在張力控制過程中，卷筒的力矩主要包括四項(xiàng)，張力力矩Mz、彎曲力矩Mb、加速度力矩Ma 、摩擦力矩Mf。




因此，由計(jì)算機(jī)采集的帶鋼數(shù)據(jù)，根據(jù)以上數(shù)學(xué)模型，可計(jì)算出卷筒的力矩M，根據(jù)M大小來設(shè)定上限值LU的大小，最終實(shí)現(xiàn)張力控制的目的。
由于現(xiàn)有張力輥電機(jī)也為直流電機(jī)，故張力控制思想與卷筒相似，不同之處在于：當(dāng)卷筒帶負(fù)荷時(shí)，張力輥速度給定n＊為張力輥實(shí)際速度n的80%，這樣最終可控硅觸發(fā)角由下限幅值LL的大小決定，所以此時(shí)的張力控制即由電流下限值LL進(jìn)行控制。

4 系統(tǒng)軟件
SIMADYN -D控制軟件應(yīng)用全圖形化STRU G編寫。軟件編寫充分考慮系統(tǒng)資源和控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求，合理分配各程序的掃描時(shí)間。如PID閉環(huán)回路、速度控制、張力控制均采用循環(huán)周期短的掃描方式，而邏輯控制與聯(lián)鎖保護(hù)則采用掃描周期相對(duì)較長的方式。由于系統(tǒng)采用多CPU 結(jié)構(gòu)，所以系統(tǒng)具有控制精度高和實(shí)時(shí)響應(yīng)快的同時(shí)，程序量也很大。對(duì)于日常維護(hù)的人員來說，可以使用ibs軟件進(jìn)行程序參數(shù)優(yōu)化和對(duì)已有程序塊連接的修改。

5 運(yùn)行效果評(píng)價(jià)
本系統(tǒng)從1995年投入運(yùn)行，在2000年經(jīng)歷了一次搬遷改造，至今已有12年。它已經(jīng)順利完成了設(shè)備的功能并滿足了現(xiàn)有熱軋卷取的需要，由此表明該系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠、控制精度高、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。但是隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，工藝技術(shù)也隨之日新月異，SIMADYN-D計(jì)算機(jī)已有了它的升級(jí)替代產(chǎn)品——SIMATIC TDC。而且TDC可以和廠現(xiàn)有二級(jí)模型計(jì)算機(jī)建立通訊，這無疑對(duì)進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品的市場競爭力起到明顯的推動(dòng)作用，同時(shí)也會(huì)為同行業(yè)其他卷取機(jī)控制技術(shù)的不斷改進(jìn)提供切實(shí)有效的參考方案與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。




----摘自工控網(wǎng)