PLC在平整拉矫机控制系统上的应用

魏向新，闫 菲

(天津电气科学研究院有限公司 天津 300180)

1 平整拉矫机概述

由于钢板沿纹理方向上应力不均而产生板型缺陷，为得到平整的板材，需要对板材沿长度方向施加超过材料屈服极限的应力。平整拉矫机的作用就是修正板型平整度的缺陷，通过一定的张力使钢板产生延伸，改变应力分布，提高产品的平整度。拉矫机的工作特点是在张力辊拉伸和弯曲辊连续交替反复弯曲的联合作用下使带材产生塑性延伸而实现板带矫直，它能消除带材的瓢曲、边缘浪形和镰刀弯等三元形状缺陷，明显提高了板形质量。

通过平整提高带钢机械性能、改善带钢板形、调整带钢表面粗糙度，获得符合要求的钢卷。生产线上平整机和拉矫机布置如图1所示。

图1 生产线上平整机和拉矫机安排Fig.1 Arrangement of temper mill and tension leveller

2 控制系统配置

机组主要电机：开卷机；1#张力辊组；平整机；2#张力辊组；3#张力辊组；卷取机。所有电机均为交流电机。

2.1 传动系统配置

全线交流电机采用公共直流母线方式控制，选用西门子公司的S120整流单元和S120系列逆变器。

2.2 自动化控制系统

自动化控制系统用于全线的自动控制，配置1套S7-400PLC可编程序控制器，并在 S7400上配置FM458用于平整机 AGC控制。在开卷操作台、主操作台、卷取操作台分别配 ET200M 远程站完成现场信号采集，实现分布式远程控制。通过 PROFIBUSDP网，可以和传动系统及各个远程 I/O站进行数据通信(图2)。

在操作台配置触摸屏，在触摸屏上进行初始卷径、张力等工艺参数设置，控制装置及设备的状态在触摸屏上显示。触摸屏和自动化控制系统之间通过以太网进行数据通信。

在工艺操作台配置计算机，通过计算机进行设备的合分闸操作，线速度设定、张力设定，全线设备的实时状态显示、故障报警等。

图2 控制系统配置图Fig.2 Configuration diagram of control system

3 控制系统功能

3.1 PLC的功能

PLC主要用于生产线的基础自动化控制，基础自动化部分包括生产线主传动设备、液压站及辅助传动的控制。

3.2 FM458控制功能

平均位置控制；倾斜控制；总轧制力控制；轧制力差控制；延伸率控制。

3.3 HMI功能

工程师站采用高性能工业控制微机，安装西门子Wincc组态软件进行画面组态，和自动化控制系统之间通过工业以太网进行数据通信。

上位机系统用于平整生产线设备的实时状态显示、故障报警存档、故障查询等。操作人员完成轧线设备的速度设定和张力设定，轧线各设备的运行监控，各设备的合/分闸控制，实际值显示，包括张力实际值、电流实际值、速度实际值、卷径实际值等。可以进行设备的合分闸操作，轧线设备的实时状态显示，故障报警等。

4 功能实现方法

4.1 延伸率控制

①调节轧制力来保证延伸率的恒定。通过测量从进入口和中间张力辊的速度，计算出带钢的延伸率；②通过调节中间辊，来保证出口带钢张力恒定；③如果由于轧制力达到饱和值需要带伸长率不能达成，则需修改带钢张力设定值。

4.2 张力计辊控制

张力辊位于平整机的入口和出口，每个张力计辊有 2个测张单元，以测量生产线上带钢张力。张力计测量结果用于张力闭环控制。

4.3 平整机驱动

平整机的驱动根据轧辊抬起与压靠状态，以速度或张力方式进行控制。

4.4 矫直单元

矫直辊上辊固定，下辊可调，辊缝调节 AC马达驱动，绝对值编码器位置反馈，进行位置闭环控制。

4.5 焊缝跟踪

在 1#张力辊组后设置焊缝检测装置，在钢卷焊接时，在焊缝处冲孔，当焊缝通过焊缝检测装置时，检测出焊缝并对焊缝进行跟踪，根据焊缝位置，平整机自动减少轧制力或抬辊，拉矫机自动减少张力。

4.6 平整机压下系统

下位控制采用西门子 S7-400系列 PLC中的FM458功能模板实现全数字AFC控制。为用户设计了功能强大的控制应用软件系统，能与机组工艺操作系统及传动系统相配合，构成先进的整体自动化系统。平整机压下控制系统功能是通过 FM458功能模板完成的。

4.6.1 轧制力控制功能

轧制力控制功能用来控制平整机的 2个液压缸输出压力值；轧制力控制采用PI控制方式；通过压力传感器反馈，消除辊重和有杆侧的压力变化；通过压力反馈实现压差控制。

4.6.2 位置控制功能

位置控制功能保证平整机在压下和轧制及退出轧制时，轧辊始终与轧制水平线平衡。

在液压缸无杆腔侧安装位置传感器，通过位置传感器反馈信号，进行控制；通过位置控制实现轧辊倾斜控制。

4.6.3 位置/压力调偏控制功能

通过分别调整操作侧、传动侧油缸位置，使轧辊倾斜，可解决带材单边波浪问题。同时，系统还监控操作侧、传动侧的油缸位置和平整力，当两侧位置或平整力出现偏差时，系统会自动控制平整机两侧的油缸同步，保证正常工作；当偏差太大时，系统将使油缸卸荷，保护平整机机械设备。