PID同步控制在莱钢大H型钢矫直机中的应用

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摘 要 本文主要介绍的是同步控制技术在大H型钢矫直机中的研究和应用，通过使用FM458功能模板，完成对矫直辊垂直方向上的精确控制。

关键词 矫直机；同步控制；FM458

中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0192-01

莱钢大H型钢生产线矫直机为上辊压下的九辊紧凑型矫直机，它的主要机械设备由德国SMS Meer公司提供，电气和自动化设备由德国SIEMENS公司提供。九辊式矫直机作为精整区域的核心部分，对于能否生产出合格产品起着重要作用。在生产或者换辊时，4个水平上辊在垂直方向上的调整依赖于同步动态实时控制。本文谨以同步控制为切入点，简要介绍自动化技术在矫直机中的应用。

1 九辊紧凑型矫直机工艺简介

大H型钢矫直机位于冷床之后，冷锯之前，负责将冷床送出的温度不大于80摄氏度的轧件经由冷床出钢辊道送入九辊矫直机进行矫直后，再由矫直机输出辊道送往成排收集区域成排后，送往冷锯进行成分组切割。除九辊矫直机主体部分外，这一区域还包括了入口提升台，入口导辊，出口弯辊，末端出口辊提升台等附属设备。

2 同步控制

2.1 位置调整

图1所示为在矫直机操作侧（OS侧）方向的视角，4个上水平辊R2、R4、R6、R8在垂直方向上的调整范围为310 mm。

2.2 同步控制

水平上辊的动作由液压进行驱动，在矫直机水平上辊需要垂直调整时，两侧的液压缸需要同时配合动作。在调整过程中，可能会因为水平上辊两侧（DS侧和OS侧）的机械条件的不同造成两侧液压缸动作的不同步。因此，为了更好的控制水平上辊，我们在两侧液压缸内各安装了一个位置传感器，用来检测水平上辊两侧的实际位置，然后以计算出的偏差E作为同步控制器输入偏差，通过pid算法，对设备当前的动作速度进行高速动态实时补偿，从而实现水平上辊的实时同步控制。

偏差E=（参考位置2―参考位置1）―（真实位置2―真实位置1）

如图2所示，同步控制的核心思想在于对两侧的两组液压缸的实际位置偏差（真实位置1-真实位置2）进行比例调节（P调节），将比例调节后的增益值（或正或负）附加到各自相对应的伺服阀输出上，对相应的液压阀组进行补偿：减少动作快的液压设备的伺服阀的输出，增加动作慢的液压设备的伺服阀的输出，并且在调整的过程中同时进行动态调整，从而实现两侧液压缸动作的同步。

9个矫直辊的动态调整都是由FM458-1DP来完成。FM458-1DP能够完成高动态响应的开环和闭环控制功能，在大H型钢矫直机控制系统中，它作为从节点安装在矫直机S7-400PLC所在的背板上，通过背板总线与S7-400CPU通讯。它有自己的DP通讯接口，使用PROFIBUS-DP协议下挂相应的通讯设备。

FM458-1DP负责控制9个矫直辊上所有的截止阀和伺服阀，这其中当然包括了水平上辊的垂直调整和上辊及下辊的轴向调整，而全部的有关于矫直辊调整的位置传感器也都是通过PROFIBUS-DP总线连接至FM458-1DP的DP通讯接口。

3 程序实现

基于PCS7编程环境下，比较易于编程。以其中一个水平上辊为例：在图3中，SYNCHRONOUS_CON中输入侧管脚W1代表了两侧液压缸参考位置的差值，它来自左侧POS_REF_DIF的输出值。X代表了两侧液压缸实际位置的差值，它来自左侧POS_ACT_DIF的输出值。KP=0.1为比例调节系数。输出侧管脚Y代表了输出增益，Y值去往两个位置，一路信号直接进入相应侧（DS侧或OS侧）附加到伺服阀输出值上，另外一路信号经过VALU_INVERT取反后，附加到另外一侧的伺服阀输出值上。

4 结束语

矫直机的顺利运行直接关系着大H型钢的生产节奏。由于采用了同步控制，可以使得水平上辊在垂直调整时能够保持液压缸同步，避免了因不同步造成的矫直辊倾斜、机械犯卡等机械故障，对于保护现场设备起到了重要作用，保障了大H型钢生产线的顺利运行。

参考文献

[1]高爱国,赵延军.FM458在连铸机结晶器振动中的应用[J].控制工程,2009,S3.

[2]自动控制原理[M].重庆大学出版社,2008,02.