浅析棒材生产线活套和冷床的自动化控制

牛鹏晓　姚涧　周春

摘要：棒材生产线的自动化控制主要包括轧机的级联调速、活套高度的PID动态调节、飞剪的定长剪切以及冷床的自动旋转控制。其中轧机级联调速和飞剪的剪切程序相对比较固定，而活套和冷床的控制需要根据现场具体的情况，来确定具体的控制参数。本文简要分析了活套和冷床的控制要求和程序的实现方法，并在实践中获得了比较理想的结果。

关键词：棒线材 活套和冷床 PLC控制系统

1 轧区活套的自动化调试

棒线材轧线中活套的主要作用是实现无张力或微张力轧制，其工作原理为活套起套（一般为气动），轧制中的棒线材会在活套的支撑下产生一个有一定高度的弧形，弧形的高度即为被控量-活套高度，活套闭环控制的过程为：当被控量“活套高度”进入套高闭环调节区后（比如套高设定的80%或者在活套起套一定时间内，比如2S），活套闭环控制PID程序块投入，当活套高度实际值小于活套高度设定值时，活套闭环程序块输出为正值，此数值在与16384或者此活套前一机架的瞬时速度给定相除加1后，便得到此活套的调节量，活套调节量用于计算前一机架的速度给定，这里活套调节量>1会使前一机架的转速上升，从而使活套的高度上升，反之当活套高度实际值大于活套高度设定值后，活套闭环程序块输出为负值，这样计算出的活套调节量<1会使前一机架的转速下降，从而使活套的高度下降，经过活套闭环控制程序块的调节后，无论活套实际值是大于还是小于设定值，最终的趋势是使活套实际值等于设定值，产生稳定的闭环负反馈。活套的控制方式有三种：手动控制、半自动控制和全自动控制，在手动控制模式下，活套的起落需要人工操作，而且活套调节不会投入；在半自动控制模式下，活套的起落和调节需要人工选择，被选择的活套会自动投入起落和调节；在全自动模式下，活套的起落和调节会自动投入。

活套起落控制：活套起套的规则为活套后一机架咬钢或者活套扫描仪检测到有钢信号一段时间（比如2S）后，活套起套。活套落套的规则为活套前机架无钢后，有时会设定一定时间的活套落套延时，活套落套。

活套调节控制：活套闭环控制块使用PLC系统内置的连续控制PID系统功能块SFB41，在SFB41中我们常用到的输入输出参数有：EN-功能块使能，一般由“套高闭环允许”信号触发，COM-RST-功能块重启动，由“套高闭环允许”信号的下降沿触发，I-ITL-ON-积分初始化，由“套高闭环允许”信号的上升沿触发，SP-INT-套高设定值，PV-IN-套高实际值，GAIN-增益，即P参数，TI-积分时间，DEADB-W-死区宽度，LMN-HLM-闭环控制块输出值的上限值，LMN-LLM-闭环控制块输出的下限值，LMN-闭环控制块输出值，其中GAIN和TI参数是为了获得理想的动态响应曲线而要进行反复修改调试。

2 精整区冷床的自动化调试

冷床的驱动轴位于一个钢制圆盘的非圆心上，驱动轴旋转一周，冷床便会完成一个椭圆的运动轨迹，以确保从裙板上滑落下来的棒材在冷床上移动一个锯齿的距离。

裙板完成一次动作重新归位，冷床便会开始运动完成一次循环，在冷床运动的过程中，当冷床处于最高位时，我们定义此处冷床的角度为0度，此位置也是码盘清零接近开关所处的位置，冷床在最低位时，冷床的角度为180度，此位置即为冷床完成一次循环运动后冷床停止的位置，即目标位置。

这里重点介绍一下APC闭环控制块，此功能块属于变比例控制，笔者仅以正偏差进行说明，负偏差与之类似，只是方向相反。APC功能块的输入参数包括：“偏差”，此处角度偏差=180（目标值）-实际角度，“正最大偏差”（此处为160），“正最大转速”（此处为8192），“正爬行偏差”（此处为10），“正爬行转速”（此处为819.2），“正零点偏差”（此处为5），APC功能块的作用为当“偏差”>“正最大偏差”时，功能块输出值为“正最大转速”，当“正爬行偏差”≤“偏差”≤“正最大偏差”时，功能块输出值按照最大值“正最大转速”，最小值“正爬行转速”的匀减速曲线输出数据，“正零点偏差”≤“偏差”<“正爬行偏差”时，功能块输出值为“正爬行转速”，当“偏差”<“正零点偏差”时，功能块输出值为0。

开始时冷床处于180度即最低位的位置，在裙板信号触发冷床运动后，冷床以固定的速度（比如最高转速的70%，此设定转速可能大于正最大转速）转动，在冷床转到最高位时，码盘脉冲被清零，冷床的角度变为0度，当冷床转过0度后，APC使能，冷床在0-20度的范围内，电机转速按照“正最大转速”保持匀速运行，在20-170度的范围内，电机转速按照“正最大转速”到“正爬行转速”的匀减速曲线运行，在170-175度的范围内，电机转速按照“正爬行转速”保持匀速运行，在冷床的角度>175度后，电机转速被置为0，冷床完成制动停车。

参考文献：

[1]天津电气传动设计研究所.电气传动自动化技术手册[M].北京机械工业出版社，2005.

[2]刘文斌.活套控制技术在棒材连轧机中的应用经验[J].冶金设备，2002（03）.

[3]李灿明.高速线材活套控制系统的仿真研究[D].武汉科技大学，2006.

作者简介：牛鹏晓（1986-），男，埃迪必克（天津）机场助航技术有限公司，系统工程师，文章方向：工程技术。

姚涧（1986-），男，河北大唐国际唐山热电有限责任公司，集控主值，文章方向：工程技术。

周春（1987-），男，华电电力科学研究院，调试工程师，文章方向：工程技术。endprint