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1、基于西门子TDC的热连轧厚度控制系统控制器/PLC/液压系统1引言 可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicalController,PLC)作为计算机型的控制装置,已广泛应用于机械制造、冶金、交通等各部门。无论是单机或多机控制,生产自动控制、生产过程控制及对旧控制系统进行技术改造等方面,都大量采用了PLC[1]。某公司生产的SIEMENSTDC系列PLC,由于其响应及运算的速度快、性能好、网络化控制功能强大,所以能够满足轧钢过程的快速控制要求,并且它与分布式ET200M从站经PRUFIBUS总线连接,构成了新型的现场总线控制系用,也实现了高质量、低消耗、稳定可靠
2、的运行。结合某钢厂热连轧机控制系统,阐述了电气控制系统的设计方案,并详细介绍了应用液压压下系统进行钢板厚度的控制方式及PLC软硬件的设计。2热连轧轧机液压压下系统的组成及总体设计2.1液压压下系统的组成及其原理介绍 轧机压下系统是厚度控制的主要执行机构,随着液压技术的发展,所有新建的带钢热连轧机都采用了全液压压下,即长行程液压缸,去除了电动压下,并且在粗轧机上亦采用了这一技术。液压压下系统的自动控制,其本质是闭环控制系统的实际应用,如果在轧机出口安装有测厚计,将自动检测信号与设定值进行比较,得到与目标信号的偏差,再利用运算控制器自动完成偏差信号调节和控制信号输出,最后由电动执
3、行器完成调节任务,使偏差得到消除,就成为自动控制系统。 液压AGC辊缝系统是液压压下系统,通过电液伺服阀来控制液压缸的位移量,从而控制轧辊上下移动实现对辊缝的控制,进而实现板带材厚度自动控制的系统。液压AGC辊缝系统是提高板厚控制精度和板带材产品合格率的重要技术,具有惯性小、响应快、精度高、消耗功率小、操作方便灵活、轧机刚度可控和安全可靠的优点,已经成为厚度自动控制系统发展的新方向,其原理图如图1所示[2]。 本文所采用的是液压AGC系统的控制方法。液压AGC系统的构成:液压压下装置一般由位移传感器、液压控制器、液压油缸和电液伺服阀等元件组成。系统通过电液伺服阀
4、对液压油缸的流量和压力进行调节,来控制液压油缸上下移动的行程,进而调节轧辊辊缝值。液压AGC通过测厚仪、位移传感器和压力传感器所测得的相应参数的连续量值,连续调整下压的轧制压力和缸位移,从而控制轧机辊缝,进而控制板带材的厚度。一个完整的液压伺服厚度自动控制系统主要由计算机、检测元件为主的控制装置和以一套液压缸为主的执行机构组成。检测元件主要有测厚仪以及安装在液压缸上的四个位置传感器和两个压力传感器。液压AGC辊缝系统是一种典型的具有弹性负载的位置伺服控制系统。目前应用最广的以板材入口测厚作为预控,以出口测厚作为监控,以辊缝位置和轧制压力作为主反馈信号的控制系统。2.2系统的总体控制方案设
5、计 系统整体基于TDC网络化控制轧制厚度的方案如下图2所示: 基于TDC控制器对热连轧连轧机组中的最后一个机架的连轧机进行压下系统的控制与监视。实现工艺的规定及要求,达到预定的控制效果,并进行在线监控。构成TDC的通信网络施行集散控制,采用工业网络PROFIBUSDP网络。压下系统采用液压压下,通过钢板厚度的测量形成反馈值,使其与设定的钢板厚度为标准进行运算调整,控制压下的位置,以便将实际的钢板厚度快速跟踪上给定的厚度。3系统的硬件组成 SIMATICTDC作为西门子控制器家族最高端的产品(SIMADYND的新一代产品)在国内外有着广泛的应用。TDC
6、是工艺型控制器,主打高速的闭环回路(5ms以下周期的),而非常规慢速的PID回路(50ms以上)。典型的应用有:冶金行业的飞剪,热轧,冷轧,连铸。 在SIMATICTDC的应用中其网络化的控制是十分广泛和重要的,想要实现系统的稳定强大,因此高速的数据交换是关键。在TDC应用中其使用的网络是GDM,其全称为GlobalDataMemory——全局数据存储。GDM网络是一个光纤通讯网络,由TDC机架组成的星形网络,可以实现机架间所有CPU模板的高速数据交换,最多可以支持44个TDC机架836个CPU并行工作。如图3所示,GDM系统包含一个GDM机架(UR5213)作为GDM主机
7、架,其他的TDC机架作为GDM从机架,一个GDM从机架最多可放置19个CPU,CP52M0缓存模板必须安装在GDM主机架的插槽1中,GDM通讯接口模板可安装在其余的2~12插槽中。每个GDM从机架需要安装GDM接入模板CP52A0,通过光纤连接到GDM机架的CP52IO模板。CP52M0与CP52IO之间的通讯通过机架背板总线VME实现。CP52A0通过光纤与GDM主机架的CP52IO连接,占用CP52IO的一个光纤接口。本文根据现
