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【摘要】SIMADYN_D控制器作為全數字系統、具有控制精度高、動態響應快、通信功能強、使用靈活等技術特點。本文論述了該控制系統在鞍鋼1700熱軋線卷取機上的應用,以及卷取機張力控制原理。
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.
【關鍵詞】SIMADYN—D; 卷取機; 張力控制
【key words】SIMADYN-D; down-coiler; tension control

1 卷取工藝簡介
在熱軋帶鋼生產中，卷取機的任務是把從精軋機軋制出的帶鋼卷成鋼卷，并再運送到成品庫中。卷取機能否正常運行及卷取效果的好壞直接關系到熱軋產品的產量及質量。鞍鋼1700卷取機是從1995年改造投產運行的設備。該控制系統采用的為德國西門子公司研制的SIMADYN—D來完成基礎自動化和傳動系統的控制。卷取工藝流程如圖1所示。




帶鋼經過六架精軋機熱連軋以后進人輸層流輥道，待層流冷卻到適當溫度進入卷取區域。首先由導尺進行帶鋼方向定位，然后經夾送輥進入卷取機進行卷取。卷成的鋼卷再由卸卷小車送到打捆機打捆，最后由翻鋼機送到1#運輸鏈。
卷取區域涉及的自動控制思想如下:
(1)位置控制 導尺的位置控制、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 傳動側導尺對帶鋼的側壓力控制、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、活門、風動導板等輔助系統自動控制。

2 控制系統結構
目前，控制系統包括5套 SIMADYND框架：HB0、HE1、HF1、HE2、HF2，來完成2個卷取機的控制，系統結構如圖2所示。




HE1 控制1#卷取機的液壓系統；
HF1 控制1#卷取機的傳動系統及相關冷卻水控制、卸卷小車控制、卷筒脹縮控制；
HE2 控制2#卷取機的液壓系統；
HF2 控制2#卷取機的傳動系統及相關冷卻水控制、卸卷小車控制、卷筒脹縮控制；
HB0 卷取帶鋼跟蹤、1#鏈及步進梁控制。且完成兩臺卷取機的通訊，建立與上位機光纖通訊，上位機采用西門子的COROS軟件，供操作室監控；還完成與SIMOVERT變頻器的PROFIBUS通訊控制1#鏈動作。
HE1、HF、HE2、HF2、HB0在現場均設有ET200，作為SIMADYN—D的遠程I/O。

3 張力控制原理
張力控制是卷取控制系統的核心技術之一，對于卷取成功與否和鋼卷質量起著十分關鍵的作用。整個卷取過程的張力控制是由卷筒電機，張力輥電機來實現。由于現有卷筒電機為直流電機，故根據直流調速系統控制原理圖（如圖3 所示），歸納出卷筒電機張力控制思想：







（Ⅰ）當卷筒未帶負荷，或卷筒帶負荷但帶鋼尾部已過精軋末架F6時，卷筒電機為速度控制。根據卷取工藝，此時卷筒速度給定n＊為卷筒實際轉速n，即△n≈0，故速度調節器ASR起調節作用。且Id＊≈Id，電流環也起調節作用，Y1的數值達不到限幅值LU、LL，故Y=Y1，最終可控硅觸發角由Y1的大小控制。
（Ⅱ）當卷筒帶負荷，且帶鋼尾部未過精軋末架F6時，卷筒電機為張力控制。根據卷取工藝，此時卷筒速度給定n＊為卷筒實際轉速n的120%，即△n﹥﹥0，故速度調節器ASR飽和，不起調節作用，其輸出Id＊迅速達到最大上限值。由于此時Id＊﹥﹥Id，即△Id﹥﹥0，所以電流調節器ACR飽和，Y1的值很大，故此時Y1﹥上限值LU，Y=LU，最終可控硅觸發角根據上限值LU的大小進行控制。此時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學模型：在張力控制過程中，卷筒的力矩主要包括四項，張力力矩Mz、彎曲力矩Mb、加速度力矩Ma 、摩擦力矩Mf。




因此，由計算機采集的帶鋼數據，根據以上數學模型，可計算出卷筒的力矩M，根據M大小來設定上限值LU的大小，最終實現張力控制的目的。
由于現有張力輥電機也為直流電機，故張力控制思想與卷筒相似，不同之處在于：當卷筒帶負荷時，張力輥速度給定n＊為張力輥實際速度n的80%，這樣最終可控硅觸發角由下限幅值LL的大小決定，所以此時的張力控制即由電流下限值LL進行控制。

4 系統軟件
SIMADYN -D控制軟件應用全圖形化STRU G編寫。軟件編寫充分考慮系統資源和控制系統實時性要求，合理分配各程序的掃描時間。如PID閉環回路、速度控制、張力控制均采用循環周期短的掃描方式，而邏輯控制與聯鎖保護則采用掃描周期相對較長的方式。由于系統采用多CPU 結構，所以系統具有控制精度高和實時響應快的同時，程序量也很大。對于日常維護的人員來說，可以使用ibs軟件進行程序參數優化和對已有程序塊連接的修改。

5 運行效果評價
本系統從1995年投入運行，在2000年經歷了一次搬遷改造，至今已有12年。它已經順利完成了設備的功能并滿足了現有熱軋卷取的需要，由此表明該系統具有運行可靠、控制精度高、響應快等優點。但是隨著計算機硬件技術的不斷發展，工藝技術也隨之日新月異，SIMADYN-D計算機已有了它的升級替代產品——SIMATIC TDC。而且TDC可以和廠現有二級模型計算機建立通訊，這無疑對進一步提高產品質量，提高產品的市場競爭力起到明顯的推動作用，同時也會為同行業其他卷取機控制技術的不斷改進提供切實有效的參考方案與實踐經驗。




----摘自工控網