宽厚板热矫直区域的板材追踪与速度控制

赵 岽 吴庆君

(1.太原重工股份有限公司矫直机研究所，山西030024;2.淮南市石油化工机械设备公司技术部，安徽 232033)

宽厚板热矫直区域的板材追踪与速度控制

赵 岽1吴庆君2

(1.太原重工股份有限公司矫直机研究所，山西030024;2.淮南市石油化工机械设备公司技术部，安徽 232033)

根据生产工艺对宽厚板热矫直机区域的自动化控制要求，介绍了区域中的设备组成以及板材追踪、速度控制、功能模式、板材矫直等技术方案。

宽厚板;热矫直机;板材追踪;速度控制

宽厚板热矫直区域的自动化过程是紧密围绕对板材的追踪与速度控制来实现的，制定科学完善的控制要求是提高生产效率，保证产品质量，强化生产管理的重要前提。

1 热矫直区域的设备组成

宽厚板热矫直区域是指从ACC冷却设备后到冷床前的区域(见图1)。

主要设备包括:ACC冷却设备出口侧热金属检测仪、进料侧辊道区、矫直机入口侧高温计、矫直机入口侧热金属检测仪、热矫直机、矫直机出口侧高温计、矫直机出口侧热金属检测仪、出料侧辊道区。

2 热矫直区域的板材追踪

矫直过程中的板材追踪是通过计算测量板头、板尾的位置来实现的。

热矫直区域内的板材追踪分三个区域，从板头到达ACC冷却设备出口侧热金属检测仪开始，到板尾离开出料侧辊道结束。期间即使是矫直机与辊道PLC控制权限交接失效，也可完成板材的追踪。

2.1 功能要求

矫直机PLC与进、出料侧辊道PLC间能进行控制权限交接;板材在矫直机咬入板头和抛出板尾时分别对两组传动单元采用力矩控制;具有人机界面显示。

2.2 板头追踪

当板材到达ACC冷却设备出口侧的热金属检测仪位置时，热检发出第一个信号开始追踪，并把此位置作为板长的零位。而后以反馈的辊道传动速度计算追踪板头的运动，矫直机主传动速度控制结合矫直机进、出料侧的热检对板头的检测进行调整。

图1 热矫直区域Figure 1 Hot straightening location

板长参数由矫直机二级控制发送。

板材追踪设置了等待区域、矫直区域、移出区域。当矫直区域没有板材时，板材可进入到矫直区域，下一板材可进入到等待区域。通过控制按钮可将板材从矫直区域调整到移出区域，或从等待区域调整到矫直区域。

2.3 板尾追踪

板尾的零位是由板材零位与从矫直机二级接收的板长值计算得出的。而后以反馈的辊道传动速度计算追踪板尾的运动，矫直机主传动速度控制结合矫直机进、出料侧的热检对板尾的检测进行调整。

板长误差:由板头零位和从矫直机二级接收的板长值计算得出的板尾位置值，与ACC冷却设备出口侧的热检测的实际板尾位置值的误差大于10%并不小于1 m时，将会发出板长误差信号。在这种情况下的辊道控制，将取两个值中的大值作为辊道控制的板长参数。

当板尾到达矫直机出口第二个辊道区后追踪停止，对这块板的追踪过程完成，追踪数值重新清零。

3 热矫直区域的速度控制方式

热矫直区域的速度控制是通过在矫直过程中对板材位置的追踪，对矫直机主传动、进出料侧辊道进行速度控制。主要包括5种功能:板材的追踪定位、不同区域间的控制权限交接、连续执行矫直工艺、预设工艺参数、预设工艺参数的选择与通讯。

3.1 矫直机的传动布置形式与速度控制方式

热矫直机工作辊采用2台AC电机分组传动的方式。第一组包括进料侧的4根工作辊，第二组包括出料侧的5根工作辊。

当采用速度控制时，转速由传动回路控制，PLC给定速度要求和力矩限制并接收实时反馈。调整传动速度时，速度值为速度公称值与速度增量之和;由速度控制器从PLC产生相应的力矩限制值，可通过对电机的电压、电流值的控制最终实现相应的力矩控制。

由此可知电机的控制方式可采用速度控制或者力矩控制，从而进一步优选为:由公称速度与速度增量得出的相应力矩控制(见图2)。

相应力矩控制方式与纯力矩控制方式相比具有以下特点:

(1)纯力矩控制方式在正常情况下是不会达到力矩限定值的。换而言之，力矩控制器产生的力矩值仅是由速度控制器给出。

(2)相应力矩控制方式中矫直力矩的限定值，是依据板材位置追踪矫直过程与速度增量的变化，由力矩控制器对两组传动单元分别进行相应的力矩控制。

4 热矫直区域的速度功能模式

热矫直区域的速度控制要求实现以下几种功能模式。

4.1 正常停止

当矫直机内没有板材时，操作工可在主操作台按下“停止”按钮执行此操作，热矫直区域内所有传动电机按S型速度控制曲线降速为零。

4.2 急停控制

操作工可在主操作台或现场操作箱上按下“急停”按钮执行此操作。因急停直接控制传动电机以最快的减速斜率完成制动，其在传动失控下会造成设备损坏，故仅可用于防止人身事故的紧急情况。

4.3 加速和减速

此功能模式用于板材矫直过程中从停止到板头穿带速度，从板头穿带速度到矫直速度，再由矫直速度到板尾抛出速度，以及从上述速度降到正常停止时的速度调整。

线速度值依据辊子直径换算，由矫直机二级传送并按S形速度控制曲线响应。

图2 矫直机主电机力矩控制Figure 2 Moment control of straightenermotor

4.4 手动调速

在穿带和矫直过程中，操作工可在矫直机二级传送的最大速度限值内，通过主操作台上的按钮执行手动调速，手动调速按S形速度控制曲线的斜率完成。

4.5 手动微调

手动微调用于准确停车定位。当矫直机辊缝处于预设值(板材厚度尺寸确认)，或全部打开(板材厚度尺寸未经确认或板材已离开矫直机)时，操作者在矫直机正常停止或等待状态下，可执行此功能。减速停车时S型速度控制曲线的STime时间减少3/4，操作者可控制传动电机在所需位置准确的停止运行。

在微动状态下，矫直机进料侧传动电机为速度控制模式，出料侧电机为速度有微小增量的最小的力矩控制模式。当进出料辊道处于空置状态时，微动模式也可以用于辊道传动。

PLC控制辊道运输板材，如果板头板尾的追踪检测值小于1 m或发生控制故障，微动模式将会停止。

4.6 维护模式

在维护模式下，传动以零力矩值模式控制，除维护微动外，其余所有运转将被禁止。

4.7 维护微动

在执行换辊操作的维护模式下，操作者由传动侧的现场控制箱执行主传动的维护微动，可正向、反向旋转万向接轴，以微量调整万向接轴花键套与矫直辊轴头花键的连接位置，便于换辊。

微动转速缓慢在参数界面数据中零显示。

4.8 板材通过

板材不经矫直直接通过矫直机的要求由二级控制系统传送，此时矫直机辊缝值处于全部打开，板材只经矫直机传送，几乎不存在传动力矩，故传动采用速度控制方式。

参数界面中力矩值零显示。

4.9 辊道传送

按照“小总部、大产业”的思路推动集团本部改革，明确省农垦集团-产业集团及区域集团-子公司（含农场基地公司）各级企业的定位、职能和管理权限，建立适应市场经济要求、精简高效的集团运作架构。完善各级企业法人治理机构，建立健全权责对等、运转协调、有效制衡的决策执行监督机制和灵活高效的市场化经营机制，党组织的领导核心和政治核心作用、董事会的决策作用、监事会的监督作用、经理层的经营管理作用的职责划分明确，实现规范的公司治理。推动农场进一步树立企业经营理念，精简机构人员，增强经营能力。

此模式用于当矫直机出现故障时，为保证生产线的连续运转，板材直接通过矫直机传送，要求进出料侧辊道的速度相同。

4.10 等待模式

4.10.1 进出料辊道的等待模式

高温热板在辊道区域某处停留时间过长会造成辊子的受热不均匀，当板材追踪检测到热板停留时间超过了设定的调整时间，等待模式自动运行并发出信号。

等待模式可循环执行板材所处区域辊道的正、反两方向转动，调整板材位置，平衡热板在某处停留时间过长造成的辊子受热不均匀;辊道等待模式的运行要求将矫直机的控制交接到整个辊道执行。

出料侧辊道的等待模式用于板材矫直完成后，操作者按钮确认之前的时间段。

4.10.2 矫直机的等待模式

矫直机在完成板材矫直后自动进入等待模式，直到下一块板材进行穿带。等待模式中两主电机速度参数恒定，如果其一出现力矩，则退出该模式并发出信号。

5 板材矫直

5.1 设备检查

矫直机经过标定，设备运行正常无故障。

冷却水、油气润滑站开启，流量充足循环畅通。

进出料辊道控制功能正常，可依据板长参数控制辊道，如无板长参数输入则取最大值。

矫直机传动机构运行平稳无噪音无卡滞。

5.2 矫直机的准备工况

显示矫直机压下量与弯辊值。

经“板材移出”操作确认区域内无板材。

检查矫直机内确无板材。

设备处于操作模式。

二级控制系统可预设板厚尺寸，快速调整辊缝值到达比板厚大5 mm的预设位置。

二级控制系统无法预设板厚尺寸时，快速调整辊缝值到达比最大板厚大5 mm的预设位置。

5.3 进料辊道速度控制

5.3.1 经“送料开始”确认的速度控制

经操作者确认“送料开始”后，进料侧辊道可连续调速将板材送至矫直机前。

板头出ACC冷却设备后到达X位置(进料侧高温计前约3 m)之前，二级控制系统已完成矫直机辊缝值与弯辊值的参数预设，并于人机界面显示预设参数。

当板头以“送料开始”速度到达X位置时，进料侧辊道交接由矫直机PLC控制，“送料开始”速度在进料侧高温计与位置Y(进料侧热检前大约0.5 m)之间降低到穿带速度，板头以稳定的穿带速度经进料侧热检输送到矫直机前(见图3)。

5.3.2 未经“送料开始”确认的速度控制

板头出ACC冷却设备到达X位置时开始降速，于进料侧高温计处停止等待，ACC冷却系统向矫直机传递冷却完成信号;进料侧辊道由矫直机PLC控制，显示交接完成信号。

操作者启动穿带送料，板头由等待位置到达Y位置之前，进出料辊道与矫直机主传动加速到穿带速度，板头以稳定的穿带速度经进料侧热检输送到矫直机前(见图4)。

图3 经“送料开始”确认的速度控制Figure 3 Speed control confirmedby the charging startmode

图4 未经“送料开始”确认的速度控制Figure 4 Speed control unconfirmed by the charging startmode

在板材处于降速阶段但速度值仍高于穿带速度时，操作者如启动穿带送料，进料侧辊道交接由矫直机PLC控制，板头到达Y位置时速度会降到穿带速度。

在任何情况下，板头到达X位置后，进料侧辊道PLC都会控制板头停止在进料侧高温计处，故当进料侧辊道与矫直机PLC控制交接无法完成时，板材也会停止于进料侧高温计处。

5.4 矫直参数的预设

板头出ACC冷却设备到达X位置之前，由二级控制系统完成矫直参数预设，并于人机界面显示以下预设参数:辊缝预设值与弯辊预设值;板头穿带、中间矫直、板尾抛出时的速度预设值;两组传动单元的力矩分配预设值。

这些参数可经操作者修改，由操作者按下“送料开始”确认。5.5 板头穿带

穿带中的板头位置是通过计算穿带速度进行追踪，依据穿带中参与矫直板材工作辊数量的实时增加，对两组传动单元分别进行力矩控制以防止接轴断裂。

当板头到达矫直机出料侧热检处穿带过程结束，由穿带速度自动加速到矫直速度。

5.6 板材矫直

板材以预设的矫直速度进行矫直，操作者可通过主操作台调整矫直速度，但最高速不能超过二级控制系统预设的矫直速度。

5.7 板尾抛出

当板尾到达矫直机进料侧热检处执行板尾抛出，矫直速度自动加速到抛出速度，抛出过程中通过速度计算追踪板尾位置，依据参与矫直板材的工作辊数量实时减少，对两组传动单元分别进行力矩控制以防止接轴断裂，当板尾到达矫直机出料侧热检处完成。5.8 多道次矫直

当选择多道次矫直板材时，板材完成第一道次矫直后传动单元反向运行，位于矫直机出料侧的板材往复进行第二道次矫直。重复以上板头穿带、板材矫直、板尾抛出的矫直过程。

选择多道次矫直板材时操作者必须确认选择的矫直道次为单数。

5.9 出料辊道速度控制

5.9.1 经“板材移出”确认的速度控制

板材完成矫直后，板尾出矫直机到达Z位置(出料侧高温计前约2m)之前，操作者按下“板材移出”确认后，出料侧辊道连续调速将板材送至冷床。

当板尾以“板尾抛出”速度到达Z位置时，出料侧辊道控制由冷床PLC控制交接，“板尾抛出”速度在位置Z与出料侧高温计之间增加到板材移出速度，板尾以稳定的移出速度经出料侧高温计输送到冷床(见图5)。

5.9.2 未经“板材移出”确认的速度控制

板材完成矫直后，板尾出矫直机到达Z位置开始降速，于出料侧高温计处停止等待，热矫直机

图5 经“板材移出”确认的速度控制Figure 5 Speed control confirmed by the plate shifting outmode

向冷床发送矫直完成信号。出料侧辊道控制由冷床PLC控制交接，显示交接信号。

操作者启动“板材移出”，进出料辊道加速到移出速度输送板材到冷床(见图6)。

图6 未经“板材移出”确认的速度控制Figure 6 Speed control unconfirmed by the plate shifting outmode

在板材处于降速阶段但速度值仍高于移出速度时，操作者如启动“板材移出”，进料侧辊道交接由冷床PLC控制，以板材移出速度送至冷床。

在任何情况下，板尾到达Z位置后，出料侧辊道PLC都会控制板尾停止在出料侧高温计处，故当冷床控制与出料侧辊道控制交接无法完成时，板材也会停止于出料侧高温计处。

6 结论

以上控制要求在实际应用中还应根据各自生产线的特点，在实现主要控制要求的基础上，可对其中的一项或几项进行改进扩展，达到科学严谨、经济实用的目的。

编辑 傅冬梅

Plate Track and Speed Control ofWide and Heavy Size Plate Hot Straightening Location

Zhao Dong，W u Qingjun

Based on need for automatization control ofwide and heavy size plate hot straightening location bymanufacturing technique，the equipment components of the location and technical projects of plate track，speed control，functionmode and plate straightening have been described.

wide and heavy size plate;hot straightener;plate track;speed control

TG333

A

2013—11—07