西门子PLC在轧机中的应用 工业自动化程度在日趋提高，对控制要求也越高，而对控制外围设备较多，控制精度要求较高的轧机来说，合理配置工控产品达到控制要求和目的就显的比较重要了。
1.轧机的控制硬件，选用西门子产品：用西门子6RA70直流调速装置作传动，西门子S7—300PLC作系统控制，S7—400PLC作液压AGC厚度控制，研华工控机IC610作监控及编程调试之用。 系统的拓扑图示意如下：
图片
2.具体控制如下：
（1）S7—400PLC作AGC控制，配以模拟量输入/输出板，高速计数板进行数据采集及AGC输出伺服阀闭环控制，由于S7—400PLC处理速度快、循环时间短，达到快速响应、提高板带材厚度精度的目的。（2）S7—300PLC作系统的控制，配以ET200从站安放在各操作箱和各阀站，实现了分散式省线配置，提高可靠性、稳定性和维护性，并且通过DP接口板与直流驱动器6RA70进行高速数据传输，用于协调控制各直流电机的运转和接收各电机工作状态及数据，同时配T400工艺板,进行卷取的张力补偿、直径计算、圈数计算等，达到加减速、匀速状态下的张力恒定和实现自动停车的目的，并且大大节省了配线，进一步提高了系统的可靠性，稳定性和控制精度。
（3） S7—300和S7—400PLC采用MPI协议，可方便地配置两PLC间收、发数据，减少了用其它通讯方式带来的编程问题，进一步减少了S7—400的程序容量，提高了其处理速度。
（4） 用IC610配以MPI/DP接口板配以WINCC软件进行监控，可实现设备状况的图形化（棒图）显示；各外部部件工作位置显示，和各外部设备启停状态显示；故障存档及报警显示；指标趋势图显示等。另一方面，配以STEP7软件可同时对两台PLC进行编程、调试，达到一机多用的目的。 3.这种配置可通过编程的方法，达到以下优点：
（1）操作员界面透明、友好：设备各状态及报警不仅在操作台上用指示灯显示出来，同时在WINCC画面中以中文文字显示并存档报警数据，最终以旋转报警灯进行综合显示。
（2）实现了分散式省配线，提高了整个轧机电控系统的可靠性、稳定性，大大降低了维修率。 （3）设备各动作间能很好地联锁，并且各动作的操作条件、顺序都能用WINCC画面显示出来。 （4）由于采用全数字化的控制系统、驱动系统和网络系统，使系统响应速度、控制精度大大提高。 4.这里先就液压AGC（自动厚度控制），与大家分享一下自己的心得，要保证AGC控制精度，就必须选择高精度的厚度测量设备、外部检测硬件设备和完善的控制软件。 （1）带材厚度测量选用德国VOLLMER公司的接触式测厚仪； （2）外部硬件有：位置传感器—SONY DG155B系列（精度达0.5um），压力传感器----AK-4，电液伺服阀---609所FF106A系列（最大电流达100mA以上），测速编码器----OMRON E6B2-CWZ1X等 （3）在精轧机中，AGC控制模式有：前馈FFC，反馈MOC，质量流MFC等，具体如下：先通过轧制力控制方式（RFC）进行液压校零，找到辊系倾斜零点和辊缝零点，然后切换到基本位置控制方式（POC），进行
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辊缝预定位控制，最后通过测厚仪的厚差信号，去选择投入相应的AGC模式进行辊缝微调，达到控制带材厚度精度的目的。实践证明，1mm以下的带材，厚度精度可控制在±5um～±3um以内。当然这也要建立在主机速度和卷取张力的控制精度之上。
5. 这种配置由于控制点数多，在大型的轧机或其它较复杂的设备中可灵活运用，同时配以较完善合理的编程和选用合适的硬件，可代替进口设备中昂贵的电控系统，达到节约制造成本的目的。
液压AGC厚度控制系统 1 引言
液压AGC（自动厚度控制）系统是提高宽带热连轧板厚精度，控制板形，提高带材合格率的重要技术，AGC系统的动态品质、静态品质的好坏直接影响系统的稳定性，响应的快速性和控制精度。板带轧机液压AGC系统主要功能是实现压下位置自动控制(液压APC)及板厚自动控制(液压AGC)。正是由于液压AGC系统响应的快速性，控制的精确性，使得越来越多的宽带生产线采用。
莱钢1500mm宽带热连轧生产线实践证明液压AGC系统通过提高整套轧机控制水平，使得产品质量大幅度提高。液压AGC控制响应时间 40ms，响应频率 1 5Hz，使板带纵向厚差控制在 范围内，促使莱钢板带产品质量达到世界水平。 2 液压AGC系统的组成 2.1 工艺原理
液压压下装置一般由位移传感器，液压缸和电液伺服阀等所组成，如图1所示。系统通过电液伺服阀对液压缸的流量和压力的调节来控制液压缸上、下移动的行程来调节轧辊辊缝值。
液压AGC系统通过测厚仪、位移传感器和压力传感器等对相应参数的连续测量，连续调整压下缸位移、轧制压力等，从而控制板带材的厚差。一个完整的液压伺服控制厚度自动控制系统的主要设备由计算机、检测元件为主的控制装置和以一套液压缸(每侧一个)为主的执行机构组成。检测元件主要有：测厚仪、测压仪(每侧一个)以及安装在液压缸上的四个位置传感器(每个液压缸两个)和两个压力传感器(每个液压缸一个)。
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2.2液压AGC阀台
液压AGC阀台原理示意如图2所示。
（1）阀站下方P口连通液压站的系统供油油路，用于为液压AGC系统提供液压动力，T口连通液压站油箱，用于回油。
（2）阀站右方的P口，T口，X口用于检修或排查故障时检测阀站内系统供油压力P以及伺服阀控制油路X是否正常。
（3）阀站上方A口连通液压AGC液压缸无杆腔，B口连通液压AGC液压缸的有杆腔。
（4）过滤器对阀站内的P油路和X油路中的杂质进行过滤，如果过滤器DPS1堵塞，将发出故障信号，应及时更换。
（5）阀站的P口手动阀主要用于检修时把该阀站的系统供油油路断开。 （6）油压传感器SP1和SP2安装于阀站外油管路上，用于检测液压AGC液压缸无杆腔和有杆腔油压。 2.3电磁阀工作原理
Y=T，X选择P或者T，来阻断或者开通P，A，B油路。 2.4溢流阀工作原理
工作方式1：A，B油路大于某值将自动流回到T；
工作方式2：控制溢流阀线圈得电，自动将A，B油路回流到T。
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2.5伺服阀工作原理
通过输出模拟量±10mA电流来控制伺服阀阀芯位置，使得伺服阀工作在三个不同的工作状态： 状态1：PàB, AàT 状态2：PàA,BàT
状态3：或者截止（理论状态） 3 液压AGC系统的功能 3.1 功能设计
一个完整的液压AGC系统应完成若干个功能，其中最主要的是以下几方面：
（1)压下缸位置闭环1 随轧制条件变化及时准确地控制压下位移。XP1,XP2，：分别是操作侧和传动侧活塞相对缸体的位移，取其平均值Xpd作为实测位移值Xps为给定信号， 是测厚仪监控环的反馈量。
（2)轧制压力闭环2 通过控制轧制压力来达到控制厚度的目的。Pd是轧制压力的实测值，Ps为初始设定值。 为修正值。
（3)测厚仪监控闭环3 消除轧辊磨损、热膨胀及设定值误差等的影响。C为轧机纵向刚度系数，Q为轧件的塑性刚度系数，hd为实测轧件厚度，hs为设定轧制厚度。 3.2 液压AGC数学模型
液压AGC位置控制系统是一种典型具有弹性负载的位置伺服控制系统，其方框图如图3所示。
位移传感器 PI调节器 压力传感器 液压缸 伺服阀 伺服放大器 放大与校正 轧辊动作 指令信号
图3 液压AGC伺服控制系统方框图
方框图分如下几个主要部分：电液伺服阀、阀控液压缸、位移传感器、伺服放大器。各部分的数学模型如下：
（1)阀控液压缸。 液压缸可用如下传递函数来近似：
（1）
式中：Xp一柱塞行程，m； QL一伺服阀输出流量，m3／s； A 一液压缸工作面积，m2；
一负载弹簧刚度与阻尼系数之比，rad／s；
一液压弹簧与负载弹簧串联耦合时的刚度与阻尼系数之比，
rad／s；
一液压弹簧与负载弹簧并联工作与负载质量构成的系统固有频
率，rad／s：
一液压阻尼比，取 =0.2；
（2)电液伺服阀。电液伺服阀具有高度非线性特点，其输出流量QL的线性化方程为：
(2)
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式中 Qsv0一伺服阀的空载流量，Qsv0=
Ic一输入电流信号
Ksv一伺服阀的静态流量放大系数 Kc一伺服阀的压力流量系数 △PL一负载压力变化
伺服阀传递函数可按二阶振荡环节来取：
（3)
但通常当液压执行机构的固有频率 低于50Hz时，伺服阀的动态特性可 用一阶环节表示
（4）
式中， 为伺服阀固有频率，可以从伺服阀制造厂提供的频率响应曲线获
（3)位移传感器和压力传感器。位移传感器可视为惯性环节，差动变压器式位移传感器的传递函数为：
（5）
压力传感器可视为比例环节
Pd/PL=Kf （6）
式中Kf一压力反馈系数。
（4)伺服放大器。伺服放大器(包括功率放大器)由集成电子元件组成，响应速度很快，也 可不计其时间常数，按比例环节处理。
（7）
（5）液压系统的传递函数。将上面各个环节组合起来，可得到液压位置控制闭环结构图，参见图4。
液压系统可简化为二阶环节，本文在仿真中把液压执行机构传递函数取为 3.4 液压AGC的特点 （1)惯性小，响应快：由于AGC液压缸等运动部件比电机惯性小，它的加速度可提高到500 mm／s。以上，压下速度可达到4 mm／s，系统频率可达1 5Hz，响应时间 45ms，同时每一缸采用双向伺服阀控制，提高供油速度确保系统能满足25.1m／s的高速轧制。
（2)精度高：由于F1－F7全部采用液压AGC，所以成品厚度偏差可以达到±10 m(3 mm以上成品厚差可控在±20／ m)，而冷轧液压AGC成品厚差精度将会成倍提高。
（3)安全可靠：液压AGC工作时缸行程范围为-5--+25mm，它的可调范围大，同时设有快速卸压装置可以防止轧辊及其轴承的过载和损坏。
（4)消耗功率小：由于惯性小同样所需的功率也小，因此效率高。
（5)操作方便灵活：由于采用32位多微机系统控制操作灵活方便，同时 运行周期快，采样时间仅为5ms。
（6)轧机刚度可控，可根据不同的轧制条件，选择不同的刚度系数，来 获得所要求的带钢轧出厚度。 4 结束语
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