引言

熱軋鋼板經(jīng)過冷卻水冷卻后,其表面光澤度、板形等指標(biāo)難以滿足用戶的要求，不利于直接進行機械加工，特別隨著近年對鋼板質(zhì)量要求越來越高，鋼板一般都要進行平整。鋼板通過軋機上的液壓正負(fù)彎輥裝置來減少或消除不良的板形，平整關(guān)鍵在于其中的液壓彎輥控制系統(tǒng)，在平整的過程中正負(fù)液壓彎輥需要快速切換，這就要求整個液壓控制系統(tǒng)和主軋機調(diào)速系統(tǒng)具有很強的實時性，能夠快速跟隨板形的的變化，為此南鋼軋機液壓彎輥控制系統(tǒng)和主軋機的調(diào)速系統(tǒng)硬件選用CPU414-2DP和FM458-1DP功能模塊。

1 液壓彎輥控制系統(tǒng)

1.1液壓彎輥的分類

液壓彎輥力的作用主要可以分為兩類：一種是彎輥力與AGC軋制力方向相同，使軋機的邊部輥縫減小，即負(fù)彎如圖1所示，有利于減少或消除板帶的邊浪；另一種是彎輥力與AGC軋制力方向相反，使軋機邊部輥縫增大，即正彎如圖1所示，有利于減少或消除板帶的中浪。

圖1液壓彎輥原理圖

1.2液壓彎輥控制方法

液壓彎輥控制系統(tǒng)利用電液伺服閥并通過壓力傳感的負(fù)反饋來控制液壓缸的油壓，這種操作不僅簡單可靠，又能提高彎輥力的控制精度。目前液壓彎輥控制系統(tǒng)主要可分為兩大類：手動調(diào)節(jié)和自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。南鋼軋機液壓彎輥控制系統(tǒng)控制框圖如圖2所示，正負(fù)彎輥力事先有上位機根據(jù)板形計算出最佳彎輥力，平整軋制的過程中，彎輥力的大小是在根據(jù)軋制力波動反饋計算出軋制的力調(diào)節(jié)值實時來調(diào)整，也可以人為手動干預(yù)增加或減少彎輥力，通過壓力傳感器

圖2液壓彎輥控制框圖

測量實際輸出的壓力，將測得的實際壓力信號作負(fù)反饋量反饋給控制系統(tǒng)最終形成閉環(huán)控制，實現(xiàn)對軋制力的精準(zhǔn)控制。

圖3正負(fù)彎輥液壓控制系統(tǒng)原理圖

圖3為南鋼軋機彎輥液壓控制系統(tǒng)原理圖，彎輥液壓控制系統(tǒng)是典型的電液伺服控制系統(tǒng)，具有響應(yīng)快、功率大、精度高等特點。正負(fù)彎輥和支承輥平衡液壓缸主要有電液伺服閥、電液溢流閥等來控制。整個系統(tǒng)主要有高壓油泵和低壓油泵來提供液壓油，為了安全和工作的平穩(wěn)起見，在伺服閥前都接有高壓或低壓儲能罐防止工作狀態(tài)時出現(xiàn)油路波動或突然中斷對整個液壓伺服系統(tǒng)造成沖擊，電液溢流閥起到最大壓力保護，防止設(shè)備過壓。正彎由電液伺服閥1和24電液溢流閥控制，負(fù)彎由電液伺服閥2和24電液溢流閥控制，支承輥平衡液壓缸由電液伺服閥4和12電液溢流閥控制。電液伺服閥3和2.5電液溢流閥為正負(fù)彎輥液壓缸和支承輥液壓缸活塞桿腔提供2.5的背壓。

1.3液壓彎輥伺服閥板集成電控器

電液伺服閥的控制是整個液壓彎輥控制系統(tǒng)的核心，其作用是將小功率的電信號轉(zhuǎn)換成大功率的液壓輸出，經(jīng)過液壓執(zhí)行機構(gòu)來完成彎輥的自動化控制，圖4為液壓彎輥伺服閥板集成電控器電路控制框圖，液壓彎輥伺服閥板集成電路由微分放大器的兩個管腳D和E來控制，斜坡發(fā)生器根據(jù)設(shè)定值的階躍（0到10V或10到0V）使磁鐵電流延時減少或增加，通過電位器R1可以調(diào)節(jié)電磁鐵電流增加所需要的時間，通過R2可以調(diào)節(jié)減少時間，通過對電位器R1和R2的調(diào)節(jié)，可以防止液壓伺服閥瞬間打開或瞬間關(guān)閉對設(shè)備造成的沖擊。當(dāng)輸入設(shè)定值為最大值時，斜坡發(fā)生時間可取的最大值5s，若設(shè)定值減少，斜坡發(fā)生時間也相隨減少。利用特性曲線發(fā)生器來調(diào)節(jié)設(shè)定值，使伺服閥電磁鐵電流特性曲線達到要求值，這樣可以補償液壓方面的非線性因素，得到線性的設(shè)定值—壓力特性曲線。電流控制器可以使伺服閥電磁鐵電流不受線圈電阻的影響。通過電位器R3，可改變伺服閥的設(shè)定值—電流特性曲線和設(shè)定值—壓力特性曲線的增益。電位器R4用來設(shè)定偏置電流并且不改變此設(shè)定值。如有必要，可設(shè)定閥座的設(shè)定值—壓力特性曲線的零點。利用開關(guān)放大器來形成控制比例電磁鐵所需的功率級，它用300Hz的脈沖頻率進行脈寬調(diào)制。通過測量點MP1和MP2可檢測電磁鐵電流，測量電阻上0.352V的電壓減少量相當(dāng)于電磁鐵電流發(fā)生了1.6A變化。通過對上述控制閥參數(shù)的設(shè)定，可以優(yōu)化伺服閥的性能，從而使電液伺服閥與液壓彎輥控制系統(tǒng)更加匹配。

圖4液壓彎輥伺服閥板集成電控器電路框圖

2 液壓彎輥自動控制系統(tǒng)硬件圖

圖5為南鋼軋機液壓彎輥自動控制系統(tǒng)的硬件配置框圖，要實現(xiàn)對液壓彎輥控制系統(tǒng)準(zhǔn)確控制和液壓彎輥力的準(zhǔn)確測量，就要求整個液壓彎輥控制系統(tǒng)有很強的實時性，能夠根據(jù)板形的變化快速響應(yīng)，為此南鋼軋機液壓彎輥控制系統(tǒng)選用響應(yīng)速度非常快的功能塊FM458-1DP和CPU416-2DP。

液壓彎輥伺服控制系統(tǒng)主要包括控制部分和數(shù)據(jù)采集處理兩大部分?？刂撇糠植捎肅PU416-2DP作為主站，與監(jiān)控軟件HMI通過MPI連接，并利用FM458作為高速動態(tài)響應(yīng)控制器。PLC416-2DP通過profibus總線與ET200M分布式I/O連接，電液伺服閥、溢流閥等現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過ET200M來采集并送到PLC中，監(jiān)控軟件HMI實現(xiàn)整個液壓彎輥控制系統(tǒng)的監(jiān)控、數(shù)據(jù)給定和顯示功能。

圖5液壓彎輥自動控制系統(tǒng)硬件配置圖

FM458集成了P總線、LE總線和K總線屬于D7系列具有非常快速的運算能力，可以用于閉環(huán)、開環(huán)運算和位置、速度控制，可以和擴展模塊EXM438和EXM448一塊使用，并通過LE實現(xiàn)彼此間互相通訊。EXM438為I/O擴展模塊，集成了X1、X2和X3三個外圍接口，用來讀取和輸出有時間要求的的信號，如碼盤信號、液壓伺服系統(tǒng)中正負(fù)頂彎伺服傳感和壓力傳感器器信號。EXM448集成了SLB通訊板，從站6SE70變頻器CUVC板擴展槽上安裝SLB和CBP兩個通訊板用于通訊的，其中變頻器上SLB通訊板與通訊擴展模塊EXM448串聯(lián)行程閉環(huán)回路，用來建立變頻器與PLC間的通訊，為了保證工作輥（液壓彎輥）傳動控制的精度，可以采用simolink和profibus總線相結(jié)合的控制方式，使用profibus來發(fā)送速度、轉(zhuǎn)矩控制命令，光纖simolink用來傳輸IGBT觸發(fā)和控制信號，這樣可以近一步提高系統(tǒng)對負(fù)載的響應(yīng)時間和控制精度。

FM458與PLC416是兩個獨立并行的CPU,兩者之間通過P總線進行數(shù)據(jù)通訊，其中FM458通過功能塊CTR和CTV來讀寫CPU416中的數(shù)據(jù)，CPU416則通過SFC59和SFC58兩個系統(tǒng)功能塊來讀取FM458數(shù)據(jù)。通過FM458和PLC416共同作用，可以實時根據(jù)板形精準(zhǔn)快速的完成對彎輥控制系統(tǒng)中液壓和電氣傳動的控制。

3 總結(jié)

伺服閥液壓彎輥控制系統(tǒng)具有液壓和電氣雙重優(yōu)點，功率大、慣性小、穩(wěn)定性好、信號處理方便快速、精度高、便于遠程控制、操作方便易于維護，是南鋼軋機最核心的部分，確保了板帶質(zhì)量，為南鋼創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。