一、 概述 　　美亞鋁廠ф380/ф960×1750 四重不可逆冷軋機項目是涿神有色金屬加工專用設備有限公司的第一臺出口東南亞的鋁加工成套設備。針對用戶提出的要降低軋機操作者的勞動強度，盡可能降低操作失誤從而提高產(chǎn)品成品率的要求，本套設備配制有部分自動或半自動功能設計。 二、 機組性能 1、主要技術指標 軋制來料：純鋁及鋁合金（包含1000，3000，5000和8000系列） 來料寬度：800～1550mm 來料最大厚度：10mm 成品最小厚度：0.6mm 　　最大張力：12T 最大軋制速度：400m/min 　　最大卷徑：1650mm 最小卷徑：510mm 　　最大軋制力：1000噸 2、主要電氣設備參數(shù) 　　主機電機（兩臺機械串聯(lián)）： P=934KW，U=630V，I=1600A，n=500/1000rpm 　　開卷機電機： P=453KW，U=400V，I=1254A，n=395/1000rpm，If=35A 　　卷取機電機（兩臺機械串聯(lián)）： P=453KW，U=400V，I=1254A，n=395/1000rpm，If=35A 三、 控制系統(tǒng)組成 　　軋制控制系統(tǒng)設計成三級網(wǎng)絡控制，傳動級為零級，采用ABB 的DCS500B 驅(qū)動模塊，其速度控制精度1/20000，轉(zhuǎn)矩控制精度1/4000。裝置配有NPBA-12 Profibus-DP 通訊卡，與PLC構成Profibus-DP通訊網(wǎng)絡。基礎自動化級為一級，采用Rockwell公司的RSLogix5000可編程控制器，配有第三方（SST公司）的Profibus適配器模塊SST-PFB-CLX 模板接入網(wǎng)絡。上位監(jiān)控計算機為二級，帶有RsView32監(jiān)控軟件。為減少維護量和電纜敷設量，各操作臺箱和泵閥站接線箱均設有遠程站。PLC 與遠程站點之間通過ControlNet 網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳送，接受遠程I/O站的控制信號，并發(fā)出控制指令；PLC與傳動系統(tǒng)通過Profibus-DP通訊方式實現(xiàn)軋機的速度和轉(zhuǎn)矩控制；PLC與上位機之間以ControlNet網(wǎng)絡的方式進行數(shù)據(jù)交互，包括軋制速度、張力的設定等，并可以顯示軋機的運行狀態(tài)，如軋制線速度、電機的電樞電流、卷徑等。 四、 控制系統(tǒng)功能的實現(xiàn) 1、速度控制 　　軋機控制的核心是板形和厚度控制。要達到良好的板形和保證可接受的厚度公差，軋機就必須保證良好的速度、張力的穩(wěn)定性。在控制方式上，主機為速度控制，給整個軋機提供穩(wěn)定的線速度基準。開卷機和卷取機為恒張力控制。 　　速度設定由主操作手在操作臺控制，數(shù)據(jù)發(fā)送到PLC處理后傳送各個傳動系統(tǒng)。速度設定是以主機為線速度基準速度，通過設定工作輥的直徑與減速箱的減速比，從而給出電機的轉(zhuǎn)速給定值。根據(jù)控制功能，速度設定有正反向點動功能，用于故障處理；穿帶速度設定，用于生產(chǎn)前軋機穿帶；軋機線速度設定，用于正常軋制。按照線速度相等的原則以轉(zhuǎn)速的形式分配給各傳動系統(tǒng)，其中要考慮前后滑系數(shù)的成分。 2、張力控制 　　張力控制在整個軋機控制中至關重要。因系統(tǒng)中未配備張力計，所以采用了間接張力控制方式。 　　就卷取機系統(tǒng)而言，若忽略電動機的空載損耗，則有如下關系： 　　MD=CM∮I=FD/2i 　　式中：MD為電動機的電磁轉(zhuǎn)矩；∮為電動機磁通；I為電動機額定電流；CM為機電時間常數(shù)；F為卷取機張力；D為卷徑；i為機械減速比。由此可知，卷取機的張力控制可以近似看成轉(zhuǎn)矩控制。而要保證張力控制的精度和穩(wěn)定性，在就要獲得兩個重要的變量：線速度和卷徑。 　　線速度的測量，是通過PLC系統(tǒng)讀取卷取機前的偏導輥上的脈沖編碼器進行計算而獲得的。是卷徑計算需要的一個重要變量。轉(zhuǎn)速測量的精度與脈沖編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)及采樣時間有關，在轉(zhuǎn)速恒定的情況下，脈沖編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)越多，采樣時間越長，測量精度越高。 卷徑計算有線速度法和直接測量法兩種，在實際應用中發(fā)現(xiàn)直接測量法比較穩(wěn)定和精確。一般采用超聲波測距儀或激光測距儀，其中激光測距儀可以達到很高的測量精度和穩(wěn)定性，完全可以滿足卷徑測量的需要。 　　在間接張力控制中，為保證張力控制的準確性，要充分考慮卷取機在加減速過程中轉(zhuǎn)動慣量以及機械本身固有的摩擦力對轉(zhuǎn)矩的影響。因此，在系統(tǒng)中設計了加減速和摩擦轉(zhuǎn)矩補償環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)矩補償量即為轉(zhuǎn)矩預控值與轉(zhuǎn)矩設定值疊加，作為卷取機系統(tǒng)的合力矩，對卷取機進行控制。 3、入口上卷自動 　　上卷自動的關鍵是卷材卷徑和寬度的測量精度。在小車輥道上安裝了一套對射式的光電開關，配合小車升降機上的脈沖編碼器實現(xiàn)卷材卷徑的測量，在小車行走輥道的側面基礎上安裝了另一套對射式的光電開關，配合小車行走方向的脈沖編碼器完成卷材寬度的測量。 上卷自動的起點是卷材儲運軌道，小車搭載著卷材離開儲運輥道后向前行進，到升降位置時小車停止同時小車升降機開始下降，在下降的過程中利用第一套光電開關和脈沖編碼器的配合測量了卷材的卷徑。小車下降到下極限后，繼續(xù)向前行進，行進過程中利用第二套光電開關和脈沖編碼器測量出了卷材寬度。當小車行進到等待位置時停止，根據(jù)測量的卷材卷徑小車通過升降動作對中卷材中心，完成后根據(jù)測量的卷材寬度向前繼續(xù)行進對正卷材寬度中心點。這樣卷材就被自動放置在開卷卷軸上了。 　　另外還有上卸套筒自動，卸卷自動等。 五、 厚度控制系統(tǒng) 根據(jù)軋機對AGC系統(tǒng)的要求，選用了ROCKWELL RELIANCE 公司的AutoMax系統(tǒng)。RELIANCE公司的AUTOMAX系統(tǒng)是一種實時、多任務、多處理器控制系統(tǒng)。每個機架內(nèi)可最多插入4個處理器，每個處理器可以執(zhí)行各自的任務，處理器之間互相獨立運行，也可以通過MULTIBUS總線（稱為多總線）進行數(shù)據(jù)交換，由于上述總線為并行總線，因此通訊速度非常快。AutoMax系統(tǒng)支持多種編程語言：控制流程圖、梯形圖、增強BASIC。 　　本系統(tǒng)包括位置閉環(huán)、軋制力閉環(huán)、速度閉環(huán)、壓下同步控制，輥縫差設定控制以及軋輥壓靠，輥縫清零操作，軋制力和/差越限保護等環(huán)節(jié)。以下分別介紹各部分的工作原理。 　　系統(tǒng)組成及其工作原理說明：本厚控裝置為雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)位置控制環(huán)（APC）是厚控系統(tǒng)的核心控制環(huán)節(jié)，其輸出為軋輥的實際位置或稱實際輥縫。該環(huán)節(jié)可以獨立工作，即可實現(xiàn)恒輥縫軋制。外環(huán)為厚度控制環(huán)，其輸出信號用來修正位置環(huán)的輥縫設定值，通過液壓伺服控制，使軋輥快速動作，以達到迅速消除厚差的目的。 1、位置閉環(huán)控制（APC）的工作原理 　　位置閉環(huán)控制系統(tǒng)由伺服閥放大器、電液伺服閥、油缸以及位移傳感器等環(huán)節(jié)組成，其工作原理為：當軋輥的實際位置（或輥縫）與設定值之間產(chǎn)生偏差，此偏差信號經(jīng)AutoMax計算并經(jīng)伺服閥放大器加到伺服閥的電流線圈上，使伺服閥動作驅(qū)動油缸，從而使軋輥的位置向設定值快速移動，直到軋輥的實際位置與設定值相等，此時偏差信號為零，油缸停止移動，輥縫保持不變。 2、軋制力閉環(huán)（AFC）的基本工作原理 　　AFC只有在軋輥壓靠進行輥縫清零操作或做為平整時才使用，正常軋制時，AFC將被切除。 　　軋制力閉環(huán)控制系統(tǒng)由AutoMax系統(tǒng)、伺服閥放大器、伺服閥、油缸及壓力傳感器等環(huán)節(jié)組成，其工作原理為：當軋制力設定信號加入該系統(tǒng)的輸入端時，由于此時工作輥并未接觸，故軋制力反饋信號為零，系統(tǒng)偏差既等于輸入信號，在此偏差信號作用下，油缸迅速動作，起動軋輥向上移動，直到工作輥互相接觸，靠實產(chǎn)生軋制力。當實際軋制力隨著軋輥的繼續(xù)上壓而增加到等于設定值時，油缸停止移動，使實際軋制力等于設定值保持不變。 3、壓上同步控制的基本工作原理 　　壓上同步控制的目的在于使軋輥上下移動的過程中，始終保持軋輥的傳動側和操作側的位移量相等，其基本控制原理為：所謂同步控制，實際為輥縫差設定閉環(huán)控制的一種特例，即在輥縫差設定為零的情況下，當實測輥縫差不為零時，該輥縫差信號通過AutoMax程序計算出兩路大小相等而極性相反的信號，疊加到伺服閥的輸出信號，通過伺服閥放大器使其輸出信號分別控制傳動側和操作側的電液伺服閥，使兩側油缸分別向減小輥縫差的不同方向移動，最終使實測輥縫差與輥縫差設定值相等為止。 4、輥縫差設定控制的基本工作原理 　　輥縫差設定控制的目的在于糾正或消除軋制過程中因鋁帶兩側出現(xiàn)厚差，從而造成兩側延伸不等而產(chǎn)生單側邊浪，嚴重時可能出現(xiàn)鋁帶跑偏甚至斷帶，因此輥縫差設定控制是保證順利軋制的重要手段之一。 　　輥縫差設定控制與同步控制均由同一控制回路完成，其區(qū)別是前者的輥縫差設定值不為零。而且需要根據(jù)軋制過程中的實際情況隨時予以調(diào)整。 4.1監(jiān)控AGC（M-AGC） 　　這種方式的原理為：利用安裝在軋機出口側的測厚儀測定鋁板的出口厚度，并將此厚度信號與給定的目標厚度信號進行比較，得到的厚差信號，以此偏差信號修正內(nèi)環(huán)APC按一定的規(guī)律控制伺服閥，帶動油缸驅(qū)動軋輥，來達到消除厚差的目的。 4.2張力AGC控制原理（T-AGC） 　　當出口厚度小于0.5毫米并接近0.1毫米時，由于軋輥壓扁影響的增加及帶材寬度以外的工作輥之間開始接觸，導致軋制力對厚度的作用減小，而軋機速度及入口張力對厚度的影響逐漸增大，最終在鋁板軋制過程中起主導作用。張力AGC是通過調(diào)節(jié)張力來改變板帶的塑性系數(shù)的大小來實現(xiàn)厚度調(diào)節(jié)的。 4.3速度AGC控制原理（S-AGC） 　　速度AGC是通過速度調(diào)節(jié)來改變板帶摩擦系數(shù)的大小來實現(xiàn)厚度控制的。 六、 結束語 　　本套控制裝置自調(diào)試運行后，已生產(chǎn)出了多種規(guī)格的鋁材，各種指標均到達設計要求。良好的人機界面和全網(wǎng)絡化、數(shù)字化的設計，便于維護和操作，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。 參考文獻 1． ABB DCS500B 系統(tǒng)描述 2． ProfiBus 通訊手冊 3． AutoMax 系統(tǒng)手冊 　 作者單位：北京紅山偉業(yè)科技發(fā)展有限公司 　 地址：北京海淀區(qū)學院路29號盛地寫字樓A座309室　100083　 Email：gl1338@sina.com.cn