摘 要：本文介紹了冷矯直機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及PLC控制系統(tǒng)的組成，詳細(xì)闡述了矯直機(jī)的自動控制原理及過程，對矯直力的計(jì)算和彎輥?zhàn)隽私榻B。

關(guān)鍵詞：順控；PLC；矯直力；自學(xué)習(xí)；熱處理

中圖分類號：TG333

萊鋼寬厚板熱處理生產(chǎn)線于2010年正式投產(chǎn)，該生產(chǎn)線主要功能是對軋制好的板材進(jìn)行淬火、回火等處理以改變板材的機(jī)械特性增加其附加值。板材在軋制、冷卻、熱處理過程中會產(chǎn)生各種形狀缺陷。熱軋過程產(chǎn)生的部分缺陷可以通過熱矯直機(jī)進(jìn)行矯正。熱處理后的冷態(tài)鋼板，由于鋼板硬度、瓢曲程度的不同需要冷矯直機(jī)對其矯正，本文對這臺冷矯直機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制功能等方面進(jìn)行了闡述。

1 系統(tǒng)組成

1.1 控制系統(tǒng)的構(gòu)成

萊鋼熱處理線冷矯直機(jī)控制系統(tǒng)由西門子VAI開發(fā)，控制系統(tǒng)硬件設(shè)備采用西門子PLC S7-400，型號為CPU416-2DP，用于矯直機(jī)邏輯順序控制和矯直數(shù)據(jù)的過程控制。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集采用IBA公司的數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集傳動系統(tǒng)的過程數(shù)據(jù)。PLC與二級服務(wù)器、客戶端、工程師站之間的通訊采用以太網(wǎng)，PLC與現(xiàn)場I/O站及變頻器的通訊采用Profibus-DP。

1.2 軟件系統(tǒng)組成

PLC編程采用SIEMENS STEP7 V5.1 SP2，監(jiān)控畫面HMI采用SIEMENS WinCC V6.2 SP2，數(shù)據(jù)采集軟件為ibaPDA-S7-Analyzer，二級系統(tǒng)的oracle數(shù)據(jù)庫。

1.3 主要傳感器

矯直機(jī)輥縫測量采用位移磁尺，該磁尺為非接觸式檢測，具有高速、可靠和精確的數(shù)據(jù)處理和通信能力，抗干擾力強(qiáng)在這種油污粉塵較多的場合下有較好的穩(wěn)定性；矯直輥的速度測量通過增量型編碼器。矯直力傳感器給PLC提供矯直力反饋信號。

2 矯直機(jī)工作原理[1]

2.1 順控過程

控制順序如圖1所示，順控過程為：

（1）由光電管檢測鋼板時(shí)，矯直機(jī)的順序控制啟動，程序校對跟蹤位置，畫面顯示做出相應(yīng)更改，當(dāng)鋼板頭部到達(dá)光電管時(shí)，此時(shí)改鋼板的信息已經(jīng)傳入矯直機(jī)二級的數(shù)據(jù)庫中，光電管觸發(fā)向二級發(fā)送數(shù)據(jù)的請求，二級發(fā)送改鋼板的PDI數(shù)據(jù)給一級進(jìn)行預(yù)設(shè)定；

（2）當(dāng)鋼板頭部到達(dá)光柵1時(shí)，矯直機(jī)獲得主控權(quán)限，矯直機(jī)輸送輥道停止，對中鋼板，完成參數(shù)設(shè)定，矯直機(jī)完成設(shè)定值的要求，準(zhǔn)備開始矯直；

（3）光柵2檢測到鋼板頭部后，矯直機(jī)的順控啟動輥刷下壓，清掃鋼板表面雜質(zhì)，矯直啟動，一道次矯直完成，根據(jù)鋼板表面效果，由操作工決定是否再次矯直；若達(dá)到生產(chǎn)要求，鋼板離開，矯直機(jī)回到原始位置等待，若不符合要求由操作人員選擇下一道次的矯直。

圖1 控制原理圖

2.2 矯直力計(jì)算

根據(jù)十一輥矯直機(jī)設(shè)計(jì)資料，十一輥矯直機(jī)矯直參數(shù)，如表1所示。

表1 矯直參數(shù)

矯直鋼板厚度寬度矯直

鋼板溫度輥系重量

上輥系下輥系工作輥節(jié)距最大矯直寬度設(shè)計(jì)最大矯直力

（5-45）

mm（900-2350）mm（55-900）2300kg3000kg260/330mm2350mm46100KN

矯直機(jī)總矯直力為：

p=ΣPi=8/t（M2+M3+M4+M5+……+M10）

式中：p—矯直機(jī)總矯直力；M—各工作輥上的彎曲力矩；t—矯直輥距離。

為了簡化計(jì)算，做以下假設(shè)：

（1）前面第2、3、4輥下軋件的彎曲力矩為塑性彎曲力矩Ms：Ms=M2=M3=M4。

（2）后面第8、9、10輥下軋件的彎曲力矩為屈服力矩Mw：Mw=M10=M9=M8。

（3）其余各輥下軋件的彎曲力矩為塑性彎曲力矩Ms和屈服力矩Mw的平均值，即M5=M6=M7=（Ms+Mw）/2。

那么作用在上、下棍子上的壓力總和為：p=ΣPi=4/t（Ms+Mw）（n-2）。

2.3 自學(xué)習(xí)計(jì)算

矯直機(jī)的自學(xué)習(xí)計(jì)算是基于oracle數(shù)據(jù)庫的一種新型的參數(shù)選擇算法。在每一次矯直完成后，操作人員都會對新的矯直參數(shù)進(jìn)行修改，通過多次修正最終達(dá)到一個(gè)合理的矯直參數(shù)，在這個(gè)過程中較直立的設(shè)定和輥縫值等參數(shù)會通過中間管理程序存入模型數(shù)據(jù)庫中，自學(xué)習(xí)的結(jié)果會成為下一次鋼板矯直參數(shù)的一個(gè)參考。

3 換輥

由于表面變化，工作輥需要周期性地進(jìn)行磨輥。所以，就需要從矯直機(jī)上拆卸下來。矯直輥和支撐輥安裝在兩個(gè)輥盒里，下輥盒和上輥盒。系統(tǒng)允許同時(shí)將所有的輥?zhàn)虞p易地從機(jī)器中取出。可以兩輥盒同時(shí)更換或僅換下輥盒。在每次拆卸或安裝操作前操作人員需選好相應(yīng)的順序。

4 結(jié)束語

由于采用了新型的PLC控制技術(shù)，增加了高精度的數(shù)據(jù)采集模塊，該過程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能達(dá)到了高實(shí)時(shí)性、高穩(wěn)定性、高靈活性的設(shè)計(jì)要求，配合Analyzer軟件使用，更直觀更準(zhǔn)確的顯示出矯直輥的過程數(shù)據(jù)，使萊鋼厚板廠的冷矯直機(jī)控制能力大大提高，比傳統(tǒng)矯直機(jī)的控制功能更齊全、更精確，而且響應(yīng)更及時(shí)。彎輥控制可以較好地消除邊部邊浪，矯直機(jī)的自學(xué)習(xí)功能使自動控制更加智能縮短了人工操作時(shí)間提高了矯直精度，大大提高了經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭雷.熱處理冷矯直機(jī)控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].自動化應(yīng)用，2012（05）.

[2]崔甫.矯直理論與矯直機(jī)械[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

作者簡介：董京帥（1986-），男，山東臨沂人，助理工程師，學(xué)士學(xué)位，主要研究方向：控制理論與控制工程。

作者單位：萊鋼集團(tuán)自動化部，山東萊蕪 271104