学文网控制技术篇1
摘要：对常见带钢轧机的类型进行讨论，对先进板形控制技术展开阐述。
关键词：轧机;自动厚度控制;板形控制
目前，HC轧机已发展了多种机型。我们所说的中间辊移动的HC轧机，也称为HCM六辊轧机。此外，还有工作辊移动的HCW四辊轧机，以及工作辊和中间辊都移动的HCWM六辊轧机。
HC轧机的主要特点是：（1）通过轧辊的轴向移动，消除了板宽以外辊身间的有害接触部分，提高了辊缝刚度；（2）由于工作辊一端是悬臂的，在弯辊力作用下，工作辊边部变形明显增加。如果对弯控制板形能力的要求不变时，则在HC轧机上可选用较小的弯辊力，这就提高了工作辊轴承的使用寿命并降低了轧机的作用载荷；（3）由于可通过弯辊力和轧辊轴向移动量两种手段进行调整，使轧机具有良好的板形控制能力；（4）能采用较小的工作辊直径，实现大压下轧制；（5）工作辊和支承辊都可采用圆柱形辊子，减小了磨辊工序，节约了能耗。这种轧机典型应用如宝钢1550冷轧酸洗——连轧机组。
轧辊凸度边续可变轧机-CVC(ContinuouslyVariableCrown)轧机CVC轧机的基本特征是：（1）轧辊(工作辊)的原始辊型为S形曲线呈瓶状，上下轧辊互相错位1800布置；（2）带S形曲线的轧辊具有轧辊轴向抽动装置。虽然CVC轧机与HC轧机一样有轧辊轴向抽动装置，但其目的和板形控制的基本原理是不同的。HC轧机是为了消除辊间的有害接触部分来提高辊缝刚度，以实现板形调整的，是刚性辊缝型。CVC轧机则是通过轧辊轴向抽动装置来改变S形曲线形成的原始辊缝形状来实现板形控制的，是柔性辊缝型。当上下轧辊对称布置时，辊缝各部分高度相同。如果上轧辊向右移动，下轧辊以相同的移动量向左移动，则辊缝中部高度变小。反之，上辊向左移动，下辊以相同的移动量向右移动，辊缝中部高度变大（如***1所示）。
CVC轧机的主要特点是：（1）通过一组S形曲线轧辊可代替多组原始辊型不同的轧辊，减少了轧辊备品量；（2）可以进行无级辊缝调整来适应不同产品规格的变化，以获得良好的板带平直度和表面质量；（3）辊缝调节范围大，与弯辊装置配合使用时，如1700mm板带轧机的辊缝调整量可达600μm。
三大类型的CVC轧机：CVC二辊轧机、CVC四辊轧机和CVC六辊轧机。CVC四辊轧机的工作辊为S型曲线轧辊，而CVC六辊轧机S形曲线轧辊可以是工作辊，也可以是中间辊。CVC四辊轧机可以是工作辊传动，也可以是支承辊传动。CVC六辊轧机则可以分为中间辊传动和支承辊传动两种（如***2所示）。
这种轧机的典型应用如宝钢2050热轧机。
轧辊成对交叉轧机-PC(PairedCrossedRoll)轧机PC轧机的主要特点是轧辊“成对交叉”。上下轧辊的轴线交叉后，轧辊辊缝将发生变化（如***3所示）。离轧辊轴线相交点愈远，其辊缝就变得愈大，而且辊缝的变化也与轧辊轴线交叉角有关。
PC轧机的优点是：（1）有较大的轧辊凸度控制能力，轧辊轴线交叉角可在00~1.50范围内调整，最大的轧辊凸度可达100μm，居所有轧机之冠，如配以强力弯辊装置也能获得良好的平直度板带；（2）能有效地控制板带边部减薄；（3）轧辊辊型简单，节省了轧辊备件量并便于轧辊管理。
由于PC轧机板形控制能力较好，获得的板带板凸度及厚度精度较高，所以得到了较快地发展。应该指出，为了在PC轧机上能够实现自由程序轧制和进一步改善板带表面质量，开发了工作辊***磨辊装置ORG（OnlineRollGrinder）,既可保证轧制带钢表面质量和断面形良好，还可延长轧辊更换周期，也可实现自由程序轧制，对PC轧机的发展起到有利的促进作用。这种轧机典型应用如宝钢1580热轧机。
轧辊凸度可变轧机-VC(VariableCrown)轧机VC轧机是通过改变支承辊凸度来调节轧辊辊缝形状的，也是属于柔性辊缝型。
支承辊由外套筒和芯轴组成。芯轴与外套筒之间有一液压腔，外套筒和芯轴是热装在一起的。高压油(最高油压为50Mpa)由液压站通过高速旋转接头和芯轴内油孔进入液压腔中，只要改变高压油的压力，就可改变轧辊凸度，使其能抵消由轧制力引起的弹性弯曲变形，以获得良好的板形（如***4所示）。VC轧机轧辊凸度控制能力比液压弯辊的四辊轧机大，一般为40～120μm，但远远小于CVC和PC轧机。与液压弯辊配合使用时，可以扩大一些控制范围。
VC轧辊辊型凸度曲线近似于正弦曲线，轧辊中间部分的凸度与油腔中油压成正比。凸度变化响应速度快，可在轧制时进行控制，凸度均匀，对轴承寿命无影响。而且，便于对一般四辊轧机的改造，只需将支承辊改为VC轧辊，增加有关液压系统即可。
现代板带轧机都设置了厚度控制装置。常用的厚度控制方法有调整压下，调整张力和调整轧制速度等几种方法。压下装置一般有电动压下和液压压下相结合、阶梯垫和液压压下相结合两种。电动压下和液压压下相结合的压下方式主要应用在粗轧机和中厚板轧机上；而阶梯垫和液压压下相结合的压下方式主要应用在热、冷连轧机组上。在轧件的厚度自动控制上主要由液压压下进行控制，轧制力由装在阶梯垫里的测压头进行测量。
轧件的自动厚度控制（AutomaticGaugeControl）简称AGC，采用液压压下的自动厚度控制系统通常称为液压AGC。AGC系统包括三个主要部分：（1）测厚部分，主要是检测轧件的实际厚度；（2）厚度比较和调节部分，主要将检测得到的轧件实际厚度与轧件的给定厚度（所要求的轧件厚度）比较，得出厚度差δh。此外，根据具体情况和要求，转换和输出辊缝调节量讯号δS；（3）辊缝调整部分，主要根据辊缝调节量讯号，通过压下装置对辊缝进行相应的调整，以减小或消除轧件的厚差。
下***为液压AGC系统简***。此系统是利用轧制力和弹跳方程间接测量轧件厚度（即P-AGC）基础上，增加了当量刚度控制功能，并在轧机出口处增设了测厚仪，增加了直接测厚AGC系统。
在轧制前，首先由电位器1给出原始辊缝信号SL。该信号通过综合比较调节器3和放大器4输入电液伺服阀5，伺服阀5就输出油液使压上油缸12动作。此时，位置传感器（磁尺）6测出油缸位移信号，并输入综合比较调节器3，经与给定辊缝信号SL比较后，得出辊缝差信号为δS，经放大器4在输入电液伺服阀5。而当辊缝差信号δS＝0时，电液伺服阀5停止油液的输出，压上油缸12停止工作，完成了原始辊缝的调整。
在轧制过程中，当轧制力P发生变化而产生厚差时，则通过压力比较器13与给定的轧制力PL比较后，输出压力差δP，再经过压力和位置转换器9和辊缝调节系数装置14，将应予以补偿的辊缝调节量输入综合比较调节器3，输出辊缝调整信号，通过放大器和伺服阀使压上油缸动作，修正原始辊缝值，实现轧辊辊缝的补偿调整。
由于轧辊磨损、热膨胀以及检测元件误差所造成的辊缝偏差，可通过轧机出口处的测厚仪7直接测出轧件厚度h，经综合比较调节器输出厚差δh，通过放大器和伺服阀使压上油缸动作，修正这一误差，以提高厚控系统的精度。
液压AGC系统可以控制机座当量刚度，能适应不同的轧制工艺要求。例如，在轧制开始阶段，要求机座有较大的当量刚度，以获得较小的纵向厚差。而在精轧或平整时，则要求机座有较小的当量刚度，以获得良好的板形。因此，液压AGC系统在现代板带轧机上获得了广泛应用。
控制技术篇2
摘要：随着科学技术的不断发展，在机械工业自动化中出现了一些控制新技术：全闭环交流伺服驱动技术、直线电机驱动技术、可编程计算机控制器、运动控制卡等。文章主要分析了这些现代控制技术的基本原理、特点以及应用现状。
关键词：直线电机；控制器；运动控制
随着计算机技术、电子电力技术和传感器技术的发展，机电一体化技术已越来越受到各方面的关注，它在改善人民生活、提高工作效率、节约能源、降低材料消耗、增强企业竞争力等方面起着极大的作用。
一、交流伺服驱动
在一些定位精度或动态响应要求比较高的机电一体化产品中，交流伺服系统的应用越来越广泛，其中数字式交流伺服系统更符合数字化控制模式的潮流，而且调试、使用十分简单，因而倍受青睐。这种伺服系统的驱动器采用了先进的数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP），可以对电机轴后端部的光电编码器进行位置采样，在驱动器和电机之间构成位置和速度的闭环控制系统，并充分发挥DSP的高速运算能力，自动完成整个伺服系统的增益调节，甚至可以跟踪负载变化，实时调节系统增益；有的驱动器还具有快速傅立叶变换（FFT）的功能，测算出设备的机械共振点，并通过陷波滤波方式消除机械共振。
该系统克服了上述半闭环控制系统的缺陷，伺服驱动器可以直接采样装在最后一级机械运动部件上的位置反馈元件（如光栅尺、磁栅尺、旋转编码器等），作为位置环，而电机上的编码器反馈此时仅作为速度环。这样伺服系统就可以消除机械传动上存在的间隙，补偿机械传动件的制造误差，实现真正的全闭环位置控制功能，获得较高的定位精度。而且这种全闭环控制均由伺服驱动器来完成，无需增加上位控制器的负担，因而越来越多的行业在其自动化设备的改造和研制中，开始采用这种伺服系统。
二、直线电机驱动
在机床进给系统中，采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动的最大区别是取消了从电机到工作台（拖板）之间的机械传动环节，把机床进给传动链的长度缩短为零，因而这种传动方式又被称为“零传动”，它具有原旋转电机驱动方式无法达到的性能指标和优点。
1、高速响应。由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件（如丝杠等），使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高。
2、精度。直线驱动系统取消了因丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差，减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差，提高了机床的定位精度。
3、动刚度高。由于“直接驱动”，避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，同时也提高了其传动刚度。
4、速度快。由于直线电动机最早主要用于磁悬浮列车（时速可达500Km/h），所以用在机床进给驱动中，要满足其超高速切削的最大进个速度（要求达60～100M/min或更高）当然是没有问题的。也由于上述“零传动”的高速响应性，使其加减速过程大大缩短。以实现起动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停。可获得较高的加速度，一般可达2～10g（g=9.8m/s2），而滚珠丝杠传动的最大加速度一般只有0.1～0.5g。
5、行程长度不受限制。在导轨上通过串联直线电机，就可以无限延长其行程长度。
6、运动动安静、噪音低。由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨（无机械接触），其运动时噪音将大大降低。
7、效率高。由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗，传动效率大大提高。
三、计算机控制器
与传统的PLC相比较，PCC最大的特点在于它类似于大型计算机的分时多任务操作系统和多样化的应用软件的设计。传统的PLC大多采用单任务的时钟扫描或监控程序来处理程序本身的逻辑运算指令和外部的I/O通道的状态采集与刷新。这样处理方式直接导致了PLC的“控制速度”依赖于应用程序的大小，这一结果无疑是同I/O通道中高实时性的控制要求相违背的。PCC的系统软件完美地解决了这一问题，它采用分时多任务机制构筑其应用软件的运行平台，这样应用程序的运行周期则与程序长短无关，而是由操作系统的循环周期决定。由此，它将应用程序的扫描周期同外部的控制周期区别开来，满足了实时控制的要求。当然，这种控制周期可以在CPU运算能力允许的前提下，按照用户的实际要求，任意修改。
基于这样的操作系统，PCC的应用程序由多任务模块构成，给工程项目应用软件的开发带来很大的便利。因为这样可以方便地按照控制项目中各部分不同的功能要求，如运动控制、数据采集、报警、PID调节运算、通信控制等，分别编制出控制程序模块（任务），这些模块既***运行，数据间又保持一定的相互关联，这些模块经过分步骤的***编制和调试之后，可一同***至PCC的CPU中，在多任务操作系统的调度管理下并行运行，共同实现项目的控制要求。
四、运动控制卡
运动控制卡是一种基于工业PC机、用于各种运动控制场合的上位控制单元。运动控制卡通常采用专业运动控制芯片或高速DSP作为运动控制核心，大多用于控制步进电机或伺服电机。运动控制卡与PC机构成主从式控制结构：PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作；控制卡完成运动控制的所有细节。运动控制卡都配有开放的函数库供用户在DOS或Windows系统平台下自行开发、构造所需的控制系统。因而这种结构开放的运动控制卡能够广泛地应用于制造业中设备自动化的各个领域。
计算机技术和微电子技术的快速发展，推动着工业运动控制技术不断进步，出现了诸如全闭环交流伺服驱动系统、直线电机驱动技术、可编程计算机控制器、运动控制卡等许多先进的实用技术，为开发和制造工业自动化设备提供了高效率的手段。这也必将促使我国的机电一体化技术水平不断提高。
（作者单位：鸡西矿业集团平岗煤矿）
控制技术篇3
[摘要]PLC是Programmable Logic Controller的缩写,即可编程逻辑控制器。IEC对PLC的定义是:PLC是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
[关键词]PLC技术发展现状发展趋势
中***分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210064-01
一、PLC技术的概念
PLC即可编程控制器(Programmable logic Controller,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会(International
Electrical Committee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。”
二、PLC技术的发展历史
1968年,通用汽车对外公开招标,寻求新的电气控制装置,1969年,美国数字设备公司制成的首台plc,1971年日本从美国引进了PLC技术加以消化,由日本公司研制成功了日本的第一台PLC。从70年代初开始,不到三十年时间里,PLC生产发展成了一个巨大的产业,据不完全统计,现在世界上生产PLC及其网络的厂家有二百多家,生产大约有400多个品种的PLC产品。其中在美国注册的厂超过100家,生产大约二百个品种;日本有60～70家PLC厂商,也生产200多个品种的PLC产品;在欧洲注册的也有几十家,生产几十个品种的PLC产品PLC产品的产量、销量及用量在所有工业控制装置中居首位,市场对其需求仍在稳步上升。进入二十世纪九十年代以来,全世界PLC年销售额以达百亿美元而且一直保持15%的年增长的势头。
三、我国PLC技术的发展现状
我国研究PLC技术起步较晚,但发展速度较快。中国电力科学研究院自1997年开始研究PLC技术,主要考虑PLC技术用于低压抄表系统,传输速率较低。1998年开发出样机,并通过了试验室功能测试,1999年在现场进行试运行,获得了产品登记许可。1999年5月开始进行PLC系统的研究开发工作。主要对我国低压配电网络的传输特性进行了测试,并对测试结果进行了数据处理和分析,基本取得了我国低压配电网传输特性和参数,为进行深入研究和系统开发提供依据。2000年开始引进国外的PLC芯片,研制了2Mbps的样机,2001年下半年在沈阳供电公司进行了小规模现场试验,实验效果良好,并于6月20日在沈阳通过验收。验收委员会通过现场检测认为,该实验从中国配电网的实际传播特性出发,对电力线通信技术的理论、实际应用和工程技术进行了开创性研究,在国内率先研制成功2Mbps和14Mbps高速电力线通信系统,建立了我国第一个电力线宽带接入实验网络;实现了自家庭至配电开关柜的高速电力线数据通信,并将办公自动化系统延伸至家庭。该实验的成功标志着我国已经全面掌握了高速电力线通信的核心技术,具备了研制生产这种技术实用化设备的能力。据悉,今年年底以前将建成200户的试验网络。
我国工业控制自动化的发展道路,大多是在引进成套设备的同时进行消化吸收,然后进行二次开发和应用。目前我国工业控制自动化技术、产业和应用都有了很大的发展,我国工业计算机系统行业已经形成。工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。
四、PLC的未来发展趋势
1.功能向增强化和专业化地方向发展,针对不同行业的应用特点,开发出专业化的PLC产品,以此来提高产品的性能和降低产品的成本,提高产品的易用性和专业化水平。
2.规模向小型化和大型化的方向发展,小型化是指提高系统可靠性基础上,产品的体积越来越小,功能越来越强;大型化是指应用在工业过程控制领域较大的应用市场,应用的规模从几十点扩展到上千点,应用功能从单一的逻辑运算扩展几乎能满足所有的用户要求。
3.系统向标准化和开放化方向发展,以个人计算机为基础,在Windows平台上开发符合全新一体化开放体系结构的PLC。通过提供标准化和开放化的接口,可以很方便地将PLC接入其它系统。
五、PLC技术的特点
1.配套齐全,功能完善,适用性强:PLC发展到今天,可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外,现代PLC多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制,CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
2.系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造:PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造周期大为缩短,同时维护变得容易起来。更重要的是可以使同一设备经过改变程序改变生产过程。
3.体积小,重量轻,能耗低:以超小型PLC为例,新近出产的品种底部尺寸小于100mm,重量小于150g,功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部,是实现机电一体化的理想控制设备。
六、PLC应用中应注意的问题
PLC是专门为工业生产服务的控制装置,通常不需要采取什么措施,就可以直接在工业环境中使用。但是,当生产环境过于恶劣时,就不能保证plc的正常运行,因此在使用中应注意以下环境问题。
1.温度:PLC要求环境温度在0-55℃,安装时不能放在发热量大的元件下面,四周通风散热的空间应足够大,基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔;开关柜上、下部应有通风的百叶窗,防止太阳光直接照射;如果周围环境超过55℃,要安装电风扇强迫通风。
2.湿度:为了保证PLC的绝缘性能,空气的相对湿度应小于85%(无凝露)。
3.震动:应使PLC远离强烈的震动源,防止振动频率为10-55hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时,必须采取减震措施,如采用减震胶等。
4.空气:避免有腐蚀和易燃的气体,例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境,可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中,并安装空气净化装置。
参考文献:
[1]钟肇新,可编程控制器原理与应用[M].广州:华南理工大学出版社,2000.
[2]储云峰,施耐德电气可编程序控制器原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2006.
[3]高勤,电器及PLC控制技术[M].北京:高等教育出版社,2002.