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1、引言
冷軋窄帶鋼有著非常好的市場，但很多生產廠的軋機設備比較陳舊，特別是電氣的裝機水平和控製性能較差，直接影響到產品的質量、chengcailvhechanliang，dangranyeyingxiangleqiyedejingjixiaoyi。zongjieqianrendezhaidaiganglengzhajidiankongzhuangzhideshejishengchanjingyan，jieheyonghudejutiyaoqiu，benzhegaoxingneng，dichengbendeyuanze，xuanzedeguoVIPA 300S係列PLC和英國CT不可逆全數字直流調速裝置MENTOR-Ⅱweikongzhihexin，shejizhizaoleyitaowujijialenglianzhajidedianqikongzhixitong，erqieshixianlesududejiliankongzhihezhanglidebihuankongzhi，dadatigaoleshebeihechanpindegexiangxingnengzhibiao，qudelejiaomingxiandejingjixiaoyi。
2、係統介紹
2.1 機組情況
五機架冷連軋機是由開卷機、螺旋儲料裝置、1-5#四輥冷軋機和卷取機等主要機械設備組成，全線沒有活套機構，在1-2#、2-3#、3-4#和4-5#機架間設有張力計，1#機架入口和5#機架出口各有一台測厚儀，以測量來料厚度和成品厚度；每個機架為獨立的直流傳動係統，1-5#sigunlengzhajijunweigongzuogunchuandong，gunfengangongyirengongbaifang，yaxiakongzhicaiyongsixiangxianquanshuzizhiliutiaosuzhuangzhidiandongyaxiatidaijiaoliudiandongyaxia，juanqujiyecaiyonglesixiangxianzhiliuchuandongxitong。tu1是機組的組成圖。
圖1 窄帶鋼五機架冷連軋機布置圖
2.2 電氣係統
針對窄帶鋼五機架冷連軋機的工藝特點，選擇高性能的控製元器件是滿足控製要求的關鍵。作為控製核心的PLC，選擇了VIPA公司300S係列的CPU作為PROFIBUS係統的主站，在主操作台設置了IM253DP從站和一塊TP270觸摸屏，在兩個壓下控製櫃和卷取控製櫃分別設置了S7-200從站，同時控製1-5#機架的直流控製裝置都安裝了PROFIBUS擴展板MD24，在1-5#機架的機旁操作箱以及卷取操作台都分別設置了VIPA公司的IM253DP作為從站。
該套PLC係統，以VIPA公司的Speed7係列的CPU 315-2AG12作為主站，從站數量達到了16個。作為主站的CPU 315-2AG12，本機自帶1M內存（50%程序，50%數據），運算速度高達每毫秒100,000指令，主要采集各個從站的數據，同時向各個從站傳遞指令，控製整個軋機；1-5#機架從站主要功能是接受主站傳輸的指令和數據（例如合閘、運行、速度給定等）以控製每個機架電機，同時向主站傳遞信息和數據（例如故障、速度反饋、電流反饋等）以反映每個機架電機的狀態；1-5#架旁操作箱從站分別采集各個機架控製的開關量信號；卷取機從站主要功能是傳遞卷取電機的各種信息和接受主站的各種指令，同時還進行卷取卷徑的計算以實現張力恒定；兩個壓下從站的功能是控製1-5#壓下十台電機，同時還計算2#和5#壓下驅動側和操作側的位置；係統200V從站主要采集主操作台對整個機列的操作信號；TP270觸摸屏，通過MPI與CPU 315-2AG12通訊，主要用於顯示各種機列數據（例如機列速度、卷取卷徑和設備的故障情況等）。
在本控製係統中，大量選用VIPA公司的IM253DP作為從站，是節省投資的另一個主要方麵。IM253DP具有很高的性價比，使用上可以和ET200M相媲美；同時VIPA公司的IM253DP的尺寸較小，采用35mm標準導軌安裝，可以減小機旁操作箱的尺寸，接線采用彈簧卡接的型式，快速，可靠。圖2是PLC的配置圖
圖2 五機架冷連軋機PLC係統配置圖
直流電機的直流驅動單元采用的是C.T公司的MENTOR--Ⅱ係(xi)列(lie)全(quan)數(shu)字(zi)直(zhi)流(liu)控(kong)製(zhi)裝(zhuang)置(zhi)。該(gai)係(xi)列(lie)全(quan)數(shu)字(zi)直(zhi)流(liu)控(kong)製(zhi)裝(zhuang)置(zhi)具(ju)有(you)典(dian)型(xing)的(de)雙(shuang)閉(bi)環(huan)控(kong)製(zhi)特(te)性(xing)，全(quan)數(shu)字(zi)菜(cai)單(dan)式(shi)參(can)數(shu)設(she)定(ding)，並(bing)可(ke)在(zai)線(xian)調(tiao)整(zheng)，可(ke)編(bian)程(cheng)的(de)模(mo)擬(ni)量(liang)和(he)開(kai)關(guan)量(liang)輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)，速(su)度(du)反(fan)饋(kui)可(ke)選(xuan)擇(ze)電(dian)樞(shu)電(dian)壓(ya)、測速發電機和碼盤，電流環參數自整定功能，裝置自檢功能，自帶小功率磁場驅動及可配套的磁場控製模塊FXM5。為了節省投資，1-5#機架直流驅動單元都選用單象限工作的不可逆全數字直流控製裝置及磁場控製模塊FXM5，采用磁場換向的控製方式，滿足點動時對反向的工作要求。
3、係統的控製功能
窄帶鋼五機架冷連軋機的電氣控製係統需要實現：機列的邏輯控製、直流傳動控製、速度級聯控製、機架間張力閉環控製和卷取張力控製。
3.1 機列的邏輯控製和直流傳動控製
zheliangbufendekongzhishuyujibenkongzhi，luojikongzhishangzhuyaoshizairongcuofangmianzuolejiaoduogongzuo，yinweizhiliuzhuangzhicaiyongdeshibukenizhuangzhi，ergongzuozhong，gedanjiyouxuyaofanxiangdiandong，zuohaodianjicichangdehuanxiangjibimiangezhongwucaozuoduishebeizaochengsunhuaiyouweizhongyao。zhiliuchuandongkongzhiyouyucaiyonglequanshuzizhiliukongzhizhuangzhi，baozhengleduigeidingxinhaodekuaisujingquehewendingkekaodixiangying，bingnengzhunquedifankuigezhongxinhao。
3.2 速度級聯控製
在冷連軋機的軋製過程中，各機架的速度匹配關係應始終遵循金屬秒流量相等的原則，針對五機架連軋機，確定3#機架為機列速度基準機架，1#和2#機架按逆向級聯方式進行，4#和5#機架按順向級聯方式進行。
按照金屬秒流量相等的原則，第i機架的速度計算公式是：
Vi=Vi+1/Ki+1
公式中，Vi是本機架的出口線速度，Vi+1是相鄰下遊機架的出口線速度，Ki+1是相鄰下遊機架的延伸率。
有三個信號對各機架的速度產生影響：一是機列的主速度給定，根據主操作手給定的機列速度，按相應的級聯關係分配給各機架；二是各機架的速度微調，3#機架是基準機架，不需要速度微調，1#、2#和4#、5#機架在操作台上各有一個微調電位器，1#和5#機架是級聯終端，它們的微調Vw1、 Vw5分別隻對本機架產生影響，而2#和4#機架的微調除了影響本機架，還應級聯調節1#和5#機架；三是張力閉環調節信號，1-2#機架間的張力調節信號Vz12，附加給1#機架的速度給定，2-3#機架間的張力調節信號Vz23，除了附加給2#機架，還要級聯到1#機架，3-4#機架間的張力調節信號Vz34，附加給4#機架，4-5#機架間的張力調節信號Vz45，除了附加給4#機架，還要級聯到5#機架，各機架的最終速度給定如下：
5#機架：V5=V4*K5 +Vz45+Vw5,
4#機架：V4=V3*K4 +Vz34+Vw4
2#機架：V2=V3/K3 +Vz23+Vw2
1#機架：V1=V2/K2 +Vz12+Vw1
作為1#和5#機架的速度微調，因為它們隻影響本機架的速度給定，其實是可以直接進直流控製器的，但是為了充分利用PLC資源，利用PROFIBUS的優點，減少現場布線，所以將各微調信號都送到了PLC。
3.3 張力閉環控製
連(lian)軋(zha)機(ji)機(ji)架(jia)間(jian)張(zhang)力(li)的(de)變(bian)化(hua)主(zhu)要(yao)是(shi)由(you)金(jin)屬(shu)秒(miao)流(liu)量(liang)的(de)變(bian)化(hua)引(yin)起(qi)的(de)，由(you)於(yu)在(zai)軋(zha)製(zhi)過(guo)程(cheng)中(zhong)，輥(gun)縫(feng)基(ji)本(ben)上(shang)是(shi)不(bu)做(zuo)調(tiao)節(jie)的(de)，所(suo)以(yi)改(gai)變(bian)軋(zha)機(ji)的(de)速(su)度(du)就(jiu)能(neng)改(gai)變(bian)金(jin)屬(shu)秒(miao)流(liu)量(liang)，從(cong)而(er)達(da)到(dao)控(kong)製(zhi)張(zhang)力(li)的(de)目(mu)的(de)。
軋製過程中，PLC定時對機架間的張力反饋值進行采樣，根據相應的張力給定計算出張力偏差值，調用PID控製指令，計算出張力調節信號，變換為速度信號形式，分配給相應的機架，達到通過速度實現對張力控製的目的。圖3 是張力控製框圖
圖3 張力控製框圖
需要說明的是，1-2#和2-3#機架間的張力控製信號對應1#和2#機架的速度給定是正極性，也就是1-2#機架間的張力偏大的時候，PID計算的張力調節信號VZ12是使1#機架的速度增加，反之減小；而3-4#和4-5#機架間的張力控製信號對應4#和5#機架的速度給定則是負極性的，也就是3-4#機架間的張力偏大的時候，PID計算的張力調節信號VZ34是使4#機架的速度減小，反之增大。
3.1 卷取機張力控製
卷取機的張力控製由卷取機的從站S7-200來完成，為了使卷取機以恒張力的卷取特性工作，就必須實時計算卷取機的帶材卷徑；本係統將測速輥的編碼器接入S7-200的高速計數通道中，以計算帶材長度，同時將卷取機的測速編碼器的零脈衝接入高速計數通道，在S7-200的程序中做了事件中斷，本係統設置了卷取機的測速編碼器每轉10轉，調用一次中斷程序，算出兩次的長度差，即可算出卷徑。
帶dai材cai卷juan徑jing計ji算suan出chu來lai後hou，即ji可ke通tong過guo程cheng序xu計ji算suan出chu所suo需xu的de卷juan取qu張zhang力li值zhi，當dang卷juan徑jing較jiao小xiao速su度du又you較jiao快kuai時shi，卷juan取qu電dian機ji的de速su度du有you可ke能neng超chao過guo基ji速su，電dian機ji則ze需xu要yao弱ruo磁ci，此ci時shi電dian機ji的de力li矩ju會hui減jian小xiao，為wei了le獲huo得de恒heng定ding的de力li矩ju，需xu要yao從cong卷juan取qu機ji直zhi流liu裝zhuang置zhi中zhong讀du取qu電dian機ji的de實shi時shi轉zhuan速su，計ji算suan出chu弱ruo磁ci的de倍bei數shu，按an倍bei數shu加jia大da卷juan取qu電dian機ji的de電dian流liu給gei定ding，以yi補bu償chang弱ruo磁ci後hou的de力li矩ju減jian小xiao。
4、係統特點和應用效果
4.1係統特點
A、 將原來人工分別調各機架速度來保持機架間張力，改造為張力自動閉環工作方式，係統響應的快速性、穩定性得到了保證，消除了人為因素的影響；
B、 在300S PLC的編程中，應用OB35係統塊的定時中斷功能，對張力閉環采取內外環的控製方式，也就是說以3#機架為速度基準，先調用2#和3#PID環，以調節2#和4#機架的速度，在下一個循環周期再調用1#和4#PID環，以調節1#和5#機架的速度，這樣就避免了同時調用1-4#PID環所容易引起的速度震蕩，效果非常良好。
C、張力的投入是在穿帶過程中自動進行，從而在整個軋製過程中實現了張力控製，保證了產品的質量和成品率；
D、 因為整個係統都應用了PROFIBUS通tong訊xun，省sheng去qu了le櫃gui子zi之zhi間jian以yi及ji和he操cao作zuo台tai之zhi間jian的de布bu線xian，大da大da降jiang低di了le係xi統tong故gu障zhang率lv，同tong時shi在zai主zhu操cao作zuo台tai設she置zhi了le良liang好hao的de人ren機ji畫hua麵mian，為wei客ke戶hu檢jian修xiu故gu障zhang提ti供gong了le方fang便bian。
4.2 應用效果
采用上述控製技術，窄帶鋼五機架冷連軋機的機列速度從90m/min，提高到240m/min，張力控製實現了自動閉環，帶負荷試車一次成功，運行一年半時間，PLC和直流控製裝置未出現任何故障，設備可靠性高，經濟效益十分顯著。
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