一、 概述 　　美亞鋁廠ф380/ф960×1750 四重不可逆冷軋機(jī)項(xiàng)目是涿神有色金屬加工專用設(shè)備有限公司的第一臺(tái)出口東南亞的鋁加工成套設(shè)備。針對(duì)用戶提出的要降低軋機(jī)操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，盡可能降低操作失誤從而提高產(chǎn)品成品率的要求，本套設(shè)備配制有部分自動(dòng)或半自動(dòng)功能設(shè)計(jì)。 二、 機(jī)組性能 1、主要技術(shù)指標(biāo) 軋制來(lái)料：純鋁及鋁合金（包含1000，3000，5000和8000系列） 來(lái)料寬度：800～1550mm 來(lái)料最大厚度：10mm 成品最小厚度：0.6mm 　　最大張力：12T 最大軋制速度：400m/min 　　最大卷徑：1650mm 最小卷徑：510mm 　　最大軋制力：1000噸 2、主要電氣設(shè)備參數(shù) 　　主機(jī)電機(jī)（兩臺(tái)機(jī)械串聯(lián)）： P=934KW，U=630V，I=1600A，n=500/1000rpm 　　開(kāi)卷機(jī)電機(jī)： P=453KW，U=400V，I=1254A，n=395/1000rpm，If=35A 　　卷取機(jī)電機(jī)（兩臺(tái)機(jī)械串聯(lián)）： P=453KW，U=400V，I=1254A，n=395/1000rpm，If=35A 三、 控制系統(tǒng)組成 　　軋制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成三級(jí)網(wǎng)絡(luò)控制，傳動(dòng)級(jí)為零級(jí)，采用ABB 的DCS500B 驅(qū)動(dòng)模塊，其速度控制精度1/20000，轉(zhuǎn)矩控制精度1/4000。裝置配有NPBA-12 Profibus-DP 通訊卡，與PLC構(gòu)成Profibus-DP通訊網(wǎng)絡(luò)。基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)為一級(jí)，采用Rockwell公司的RSLogix5000可編程控制器，配有第三方（SST公司）的Profibus適配器模塊SST-PFB-CLX 模板接入網(wǎng)絡(luò)。上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)為二級(jí)，帶有RsView32監(jiān)控軟件。為減少維護(hù)量和電纜敷設(shè)量，各操作臺(tái)箱和泵閥站接線箱均設(shè)有遠(yuǎn)程站。PLC 與遠(yuǎn)程站點(diǎn)之間通過(guò)ControlNet 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，接受遠(yuǎn)程I/O站的控制信號(hào)，并發(fā)出控制指令；PLC與傳動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)Profibus-DP通訊方式實(shí)現(xiàn)軋機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩控制；PLC與上位機(jī)之間以ControlNet網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，包括軋制速度、張力的設(shè)定等，并可以顯示軋機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，如軋制線速度、電機(jī)的電樞電流、卷徑等。 四、 控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn) 1、速度控制 　　軋機(jī)控制的核心是板形和厚度控制。要達(dá)到良好的板形和保證可接受的厚度公差，軋機(jī)就必須保證良好的速度、張力的穩(wěn)定性。在控制方式上，主機(jī)為速度控制，給整個(gè)軋機(jī)提供穩(wěn)定的線速度基準(zhǔn)。開(kāi)卷機(jī)和卷取機(jī)為恒張力控制。 　　速度設(shè)定由主操作手在操作臺(tái)控制，數(shù)據(jù)發(fā)送到PLC處理后傳送各個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)。速度設(shè)定是以主機(jī)為線速度基準(zhǔn)速度，通過(guò)設(shè)定工作輥的直徑與減速箱的減速比，從而給出電機(jī)的轉(zhuǎn)速給定值。根據(jù)控制功能，速度設(shè)定有正反向點(diǎn)動(dòng)功能，用于故障處理；穿帶速度設(shè)定，用于生產(chǎn)前軋機(jī)穿帶；軋機(jī)線速度設(shè)定，用于正常軋制。按照線速度相等的原則以轉(zhuǎn)速的形式分配給各傳動(dòng)系統(tǒng)，其中要考慮前后滑系數(shù)的成分。 2、張力控制 　　張力控制在整個(gè)軋機(jī)控制中至關(guān)重要。因系統(tǒng)中未配備張力計(jì)，所以采用了間接張力控制方式。 　　就卷取機(jī)系統(tǒng)而言，若忽略電動(dòng)機(jī)的空載損耗，則有如下關(guān)系： 　　MD=CM∮I=FD/2i 　　式中：MD為電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩；∮為電動(dòng)機(jī)磁通；I為電動(dòng)機(jī)額定電流；CM為機(jī)電時(shí)間常數(shù)；F為卷取機(jī)張力；D為卷徑；i為機(jī)械減速比。由此可知，卷取機(jī)的張力控制可以近似看成轉(zhuǎn)矩控制。而要保證張力控制的精度和穩(wěn)定性，在就要獲得兩個(gè)重要的變量：線速度和卷徑。 　　線速度的測(cè)量，是通過(guò)PLC系統(tǒng)讀取卷取機(jī)前的偏導(dǎo)輥上的脈沖編碼器進(jìn)行計(jì)算而獲得的。是卷徑計(jì)算需要的一個(gè)重要變量。轉(zhuǎn)速測(cè)量的精度與脈沖編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)及采樣時(shí)間有關(guān)，在轉(zhuǎn)速恒定的情況下，脈沖編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)越多，采樣時(shí)間越長(zhǎng)，測(cè)量精度越高。 卷徑計(jì)算有線速度法和直接測(cè)量法兩種，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)直接測(cè)量法比較穩(wěn)定和精確。一般采用超聲波測(cè)距儀或激光測(cè)距儀，其中激光測(cè)距儀可以達(dá)到很高的測(cè)量精度和穩(wěn)定性，完全可以滿足卷徑測(cè)量的需要。 　　在間接張力控制中，為保證張力控制的準(zhǔn)確性，要充分考慮卷取機(jī)在加減速過(guò)程中轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及機(jī)械本身固有的摩擦力對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響。因此，在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了加減速和摩擦轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償量即為轉(zhuǎn)矩預(yù)控值與轉(zhuǎn)矩設(shè)定值疊加，作為卷取機(jī)系統(tǒng)的合力矩，對(duì)卷取機(jī)進(jìn)行控制。 3、入口上卷自動(dòng) 　　上卷自動(dòng)的關(guān)鍵是卷材卷徑和寬度的測(cè)量精度。在小車輥道上安裝了一套對(duì)射式的光電開(kāi)關(guān)，配合小車升降機(jī)上的脈沖編碼器實(shí)現(xiàn)卷材卷徑的測(cè)量，在小車行走輥道的側(cè)面基礎(chǔ)上安裝了另一套對(duì)射式的光電開(kāi)關(guān)，配合小車行走方向的脈沖編碼器完成卷材寬度的測(cè)量。 上卷自動(dòng)的起點(diǎn)是卷材儲(chǔ)運(yùn)軌道，小車搭載著卷材離開(kāi)儲(chǔ)運(yùn)輥道后向前行進(jìn)，到升降位置時(shí)小車停止同時(shí)小車升降機(jī)開(kāi)始下降，在下降的過(guò)程中利用第一套光電開(kāi)關(guān)和脈沖編碼器的配合測(cè)量了卷材的卷徑。小車下降到下極限后，繼續(xù)向前行進(jìn)，行進(jìn)過(guò)程中利用第二套光電開(kāi)關(guān)和脈沖編碼器測(cè)量出了卷材寬度。當(dāng)小車行進(jìn)到等待位置時(shí)停止，根據(jù)測(cè)量的卷材卷徑小車通過(guò)升降動(dòng)作對(duì)中卷材中心，完成后根據(jù)測(cè)量的卷材寬度向前繼續(xù)行進(jìn)對(duì)正卷材寬度中心點(diǎn)。這樣卷材就被自動(dòng)放置在開(kāi)卷卷軸上了。 　　另外還有上卸套筒自動(dòng)，卸卷自動(dòng)等。 五、 厚度控制系統(tǒng) 根據(jù)軋機(jī)對(duì)AGC系統(tǒng)的要求，選用了ROCKWELL RELIANCE 公司的AutoMax系統(tǒng)。RELIANCE公司的AUTOMAX系統(tǒng)是一種實(shí)時(shí)、多任務(wù)、多處理器控制系統(tǒng)。每個(gè)機(jī)架內(nèi)可最多插入4個(gè)處理器，每個(gè)處理器可以執(zhí)行各自的任務(wù)，處理器之間互相獨(dú)立運(yùn)行，也可以通過(guò)MULTIBUS總線（稱為多總線）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，由于上述總線為并行總線，因此通訊速度非?？臁utoMax系統(tǒng)支持多種編程語(yǔ)言：控制流程圖、梯形圖、增強(qiáng)BASIC。 　　本系統(tǒng)包括位置閉環(huán)、軋制力閉環(huán)、速度閉環(huán)、壓下同步控制，輥縫差設(shè)定控制以及軋輥壓靠，輥縫清零操作，軋制力和/差越限保護(hù)等環(huán)節(jié)。以下分別介紹各部分的工作原理。 　　系統(tǒng)組成及其工作原理說(shuō)明：本厚控裝置為雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)位置控制環(huán)（APC）是厚控系統(tǒng)的核心控制環(huán)節(jié)，其輸出為軋輥的實(shí)際位置或稱實(shí)際輥縫。該環(huán)節(jié)可以獨(dú)立工作，即可實(shí)現(xiàn)恒輥縫軋制。外環(huán)為厚度控制環(huán)，其輸出信號(hào)用來(lái)修正位置環(huán)的輥縫設(shè)定值，通過(guò)液壓伺服控制，使軋輥快速動(dòng)作，以達(dá)到迅速消除厚差的目的。 1、位置閉環(huán)控制（APC）的工作原理 　　位置閉環(huán)控制系統(tǒng)由伺服閥放大器、電液伺服閥、油缸以及位移傳感器等環(huán)節(jié)組成，其工作原理為：當(dāng)軋輥的實(shí)際位置（或輥縫）與設(shè)定值之間產(chǎn)生偏差，此偏差信號(hào)經(jīng)AutoMax計(jì)算并經(jīng)伺服閥放大器加到伺服閥的電流線圈上，使伺服閥動(dòng)作驅(qū)動(dòng)油缸，從而使軋輥的位置向設(shè)定值快速移動(dòng)，直到軋輥的實(shí)際位置與設(shè)定值相等，此時(shí)偏差信號(hào)為零，油缸停止移動(dòng)，輥縫保持不變。 2、軋制力閉環(huán)（AFC）的基本工作原理 　　AFC只有在軋輥壓靠進(jìn)行輥縫清零操作或做為平整時(shí)才使用，正常軋制時(shí)，AFC將被切除。 　　軋制力閉環(huán)控制系統(tǒng)由AutoMax系統(tǒng)、伺服閥放大器、伺服閥、油缸及壓力傳感器等環(huán)節(jié)組成，其工作原理為：當(dāng)軋制力設(shè)定信號(hào)加入該系統(tǒng)的輸入端時(shí)，由于此時(shí)工作輥并未接觸，故軋制力反饋信號(hào)為零，系統(tǒng)偏差既等于輸入信號(hào)，在此偏差信號(hào)作用下，油缸迅速動(dòng)作，起動(dòng)軋輥向上移動(dòng)，直到工作輥互相接觸，靠實(shí)產(chǎn)生軋制力。當(dāng)實(shí)際軋制力隨著軋輥的繼續(xù)上壓而增加到等于設(shè)定值時(shí)，油缸停止移動(dòng)，使實(shí)際軋制力等于設(shè)定值保持不變。 3、壓上同步控制的基本工作原理 　　壓上同步控制的目的在于使軋輥上下移動(dòng)的過(guò)程中，始終保持軋輥的傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)的位移量相等，其基本控制原理為：所謂同步控制，實(shí)際為輥縫差設(shè)定閉環(huán)控制的一種特例，即在輥縫差設(shè)定為零的情況下，當(dāng)實(shí)測(cè)輥縫差不為零時(shí)，該輥縫差信號(hào)通過(guò)AutoMax程序計(jì)算出兩路大小相等而極性相反的信號(hào)，疊加到伺服閥的輸出信號(hào)，通過(guò)伺服閥放大器使其輸出信號(hào)分別控制傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)的電液伺服閥，使兩側(cè)油缸分別向減小輥縫差的不同方向移動(dòng)，最終使實(shí)測(cè)輥縫差與輥縫差設(shè)定值相等為止。 4、輥縫差設(shè)定控制的基本工作原理 　　輥縫差設(shè)定控制的目的在于糾正或消除軋制過(guò)程中因鋁帶兩側(cè)出現(xiàn)厚差，從而造成兩側(cè)延伸不等而產(chǎn)生單側(cè)邊浪，嚴(yán)重時(shí)可能出現(xiàn)鋁帶跑偏甚至斷帶，因此輥縫差設(shè)定控制是保證順利軋制的重要手段之一。 　　輥縫差設(shè)定控制與同步控制均由同一控制回路完成，其區(qū)別是前者的輥縫差設(shè)定值不為零。而且需要根據(jù)軋制過(guò)程中的實(shí)際情況隨時(shí)予以調(diào)整。 4.1監(jiān)控AGC（M-AGC） 　　這種方式的原理為：利用安裝在軋機(jī)出口側(cè)的測(cè)厚儀測(cè)定鋁板的出口厚度，并將此厚度信號(hào)與給定的目標(biāo)厚度信號(hào)進(jìn)行比較，得到的厚差信號(hào)，以此偏差信號(hào)修正內(nèi)環(huán)APC按一定的規(guī)律控制伺服閥，帶動(dòng)油缸驅(qū)動(dòng)軋輥，來(lái)達(dá)到消除厚差的目的。 4.2張力AGC控制原理（T-AGC） 　　當(dāng)出口厚度小于0.5毫米并接近0.1毫米時(shí)，由于軋輥壓扁影響的增加及帶材寬度以外的工作輥之間開(kāi)始接觸，導(dǎo)致軋制力對(duì)厚度的作用減小，而軋機(jī)速度及入口張力對(duì)厚度的影響逐漸增大，最終在鋁板軋制過(guò)程中起主導(dǎo)作用。張力AGC是通過(guò)調(diào)節(jié)張力來(lái)改變板帶的塑性系數(shù)的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)厚度調(diào)節(jié)的。 4.3速度AGC控制原理（S-AGC） 　　速度AGC是通過(guò)速度調(diào)節(jié)來(lái)改變板帶摩擦系數(shù)的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)厚度控制的。 六、 結(jié)束語(yǔ) 　　本套控制裝置自調(diào)試運(yùn)行后，已生產(chǎn)出了多種規(guī)格的鋁材，各種指標(biāo)均到達(dá)設(shè)計(jì)要求。良好的人機(jī)界面和全網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的設(shè)計(jì)，便于維護(hù)和操作，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。 參考文獻(xiàn) 1． ABB DCS500B 系統(tǒng)描述 2． ProfiBus 通訊手冊(cè) 3． AutoMax 系統(tǒng)手冊(cè) 　 作者單位：北京紅山偉業(yè)科技發(fā)展有限公司 　 地址：北京海淀區(qū)學(xué)院路29號(hào)盛地寫(xiě)字樓A座309室　100083　 Email：gl1338@sina.com.cn