外文翻译--矫正扁轧制品现代化设备的自动化 中文版.doc

矫正扁轧制品现代化设备的自动化Yu.N.Belobrov,V.G.Smirnov,A.I.Titarenko,V.A.Perekhodchenko,andI.L.SinelnikovSeverstal公司于2003年8月1,2,3在其2800和5000辗轧器上成功完成引进新的线内矫直机（PSMs）。此机器的主要设计特点如下：每台机器配备液压暂缓机制（以改善机器调整的动力和准确度，更加可靠地维持恒定差距）；每台机器拥有借助液压缸来单独调整每个工作辊的机制（这就通过提供对一个曲率改变的控制拓宽了矫直的范围）；每一工作辊由其自身的可调驱动提供（以消除轴与轴之间坚硬的动力约束）；辊的PSM系统附着在暗盒中（以方便维修和降低辊更换费用）；PSM具有可调整机器从十辊矫直计划到五辊矫直计划的系统，也就是双倍的辊间距离（这就拓宽了机器可提供的板厚范围）。因此，新的矫直机是包括一个有由数字和模拟信号控制的大范围液压和电力驱动组件构成的先进多功能系统机制。整个复杂的PSM机制可以被划分为以下两个功能组：主要功能组，包括直接参与矫直运作的机制（阻跌机制，单独调整辊的机制，调整不同矫直过程的组件，从顶部辊到各支线的机制，主驱动器）；辅助功能组，（包括暗盒更换机制，轴锁机制，辊冷却系统设备）。虽然PSM用于盘大数目的机制，但运用现代化的液压及电力驱动使得在PSM及其元件上操作的主辅运作都能实现完全的自动化。以下是对最重要的板矫直机器机制的特点和自动化控制系统的描述。同时讨论下这些机制的运作机制。单片矫直机器功能的液压阻跌机制（HHMs）主要是以下两个机制：调整机制；通过此机制维持特殊位置。每一机制对应的控制系统和一定效率标准都需满足一定要求。在调整机制中，液压阻跌机制控制系统必须完成以下职能：与液压缸同步运动并保持偏差角度在规定范围内；为调整一个新板的尺寸而加速；维持机制安置的高精度；在维持机制的运作时控制系统需满足以下条件：稳固顶部暗盒与顶部支线辊的高精度协调；减少当设备发生偏差时将其返回至规定坐标所需的时间（比如因矫直一块板而用的力）；需要同步化。在Severstal的第三制板车间的板矫直机器运作的经验中显示大多在调整机器中的问题因素都是应用液压缸时力量的不均匀造成的。PSM中大量的运作部分的不对称分配是引起这一不均匀的原因（特别是轴配置重量的影响）。服务系统阀的“电力零点”及其关联的“液压零点”也是一个作用因素。液压缸的体积越小，后者的作用就越为显著。因此，支线的顶部辊的HHM是使零点漂移的最敏感的系统。还有其他影响阻跌机制动力，同时性与同步性的因素：虽然偏差不大，但是由于不同配件的尺寸偏差使液压缸上部件产生摩擦力的不同。液压供应渠道的“弹跳”特性与惯性表征指数的不同（由于从服务阀引向液压缸的管道长度不同产生）。因此，由于PSM没有配备汽缸同步运作机制装置，发射相同规模信号至服务阀输入端就不可避免产生不同的速度使机制造成严重损坏。为减少和消失以上所提因素造成的地影响，我们为阻跌机制的电力同步化开发了算法。暗盒顶部的HHM由四个阻跌缸与四个平衡缸组成，这一设计可以确保机器的移动调整被设定到矫直缝要求的尺寸（与板的厚度一致）并且使矫直缝在存在或不存在外罩负载的情况下在受矫直力量作用时都能维持特别的精度。阻跌机制的汽缸系统是按照仅有一个内腔被用作工作腔的方式设计的。而第二腔则与充电渠道相连。顶部暗盒在阻跌汽缸克服平衡压力的时候下跌。暗盒的上升也只有平衡缸的动作来实现。这一安排消除了设备位置放置之间的缝隙。而辊支线上的HHM则由两个气压缸构成。当辊将下跌和将进入杆腔将上升时高压液体就涌进活塞腔。控制原理。为控制阻跌机制的液压缸提供单独的回路（图1）。从服务阀输入端发送的控制信号（Xctl）由比例整数控制器（PI）形成（为提高系统的灵敏度，我们选择使用“0”部分重叠阀门）。从控制器（误差信号Xerr）发送至输入端的信号则是由位置控制点信号（Xcpt）与反馈信号（Xf.b）的差异形成的。而后者的信号接收于给定液压缸的线更换仪器（G）。HHM顶部暗盒的测试仪建为平衡液压缸（HCs）。经过一定的系数允许，液压缸以其移动可以被看作与缸杆更换回应相同的方式进行安装。支线的HHM顶部暗盒的测试仪直接与阻跌缸合并。整部控制器仅在在最终调整步骤与规定协调稳定时才激活。当更换超过某个一定的最低限度值时，PI控制器的功能将被比例控制器（P）的转换功能W(s)=k所代替。因此，Xctl(t)=kXerr(t).当更换的工作辊之间有明显的差异时，控制点与线更换仪器的反馈信号将达到一个足够大的值，那么，控制服务阀运作的输出端信号将达到饱和区域。在这种情况下，只要误差超过Xctl大于饱和区(Xsat)的边界值的时候，更多的更换绿规则和缸的同步运动将不可能。限制误差-Xctl不达到饱和的最大误差-与控制器比例上所得值完全相反k:XerrXsat/k。通过减小k值来解决所给问题会导致PSM在调整中速度的丢失和矫直运作中控制精度的减小。所以，这一系统的设计是为了保持当存在实质更换时从饱和区所得控制信号，使控制器输入端不会送入需要的数值(Xrq)，而是有相当增加的数值(X)以满足kXXsat的条件。控制点通过与缸运动方向有关的最大落后的回应增加而引起的缸的位置发生变化使X总合增加。控制点的调整将继续，直到当机制所需值与实际位置小于增加值的时候XrqXf.bX。然后，控制器输入端的值为Xcpt，它与所需调整值相等Xcpt=Xrq.这样调整就完成了。运用分步增加控制点的原理使缸的同步运动与对于几乎任意理想重复因素的点高精度控制设置得到了实现工作辊单独调整机制。通过将液压缸与V带驱动相连的方法，板矫直机器的设计使各个工作辊能够垂直地移动。缸的动力由部分控制与服务阀运作来供应。一个线更换仪器建成从辊位置上获得反馈信号的一个缸。因为这些仪器实际上是通过缸杆而非工作辊来传递信息，以下的换算倾向于由辊的协调得到：Xrol=kredXf.b。此处，kred是驱动的传动装置比例，Xf.b是由线更换换能器通过缸杆测量得到的位置。所以，每个工作辊的位置通过提供反馈回路来加以控制的。图1是其中一条回路的图解。控制信号是通过PI控制器的方式生成的，它成功地实现了在没有满意速度的情况下也能调整系统的高精度。辊的单独驱动：上述设计基于带不同能量供应的自控马达驱动频繁地转换实现。每个单独的驱动提供多于一个足驱动的优点如下：更大的可靠性，工作辊线速与板的速度差异使机制少了很多负载的组件；当一个或甚至几个驱动发生故障时机器仍能继续运作；在这种情况下，辊的回应能从矫直区域撤去；辊的线速可以根据板的实际速度单独被纠正；此纠正能被作为预备措施（在已测值和已计算值的基础上）也可以在矫直运作的过程中（通过雇佣人员来获得频繁转化的数据）进行。主驱动绕九个矫直辊和两个外罩辊转动。因为PSM被安装在辗轧线上，也就是说，如果驱动在即使很短的时间内也无法正常运作，那么可能造成不能大批量生产，所以驱动在运作中必须高可靠。驱动必须要满足的要求决定机器的运作和设计特性如下：进行矫直的板必须在矫直辊，外罩辊以及辊转送器的毗邻部分建立刚性的动力学连接；由于在矫直操作中塑性变形，板需要伸长，长度的增加随着各工作辊长度因弯曲半径的不同而不同。这种情况导致板速在朝PSM终端移动时不均匀分布的增加；必须可能使用不同直径的工作辊（这一点还正在做，比如，因为不均匀的磨损或重磨）；辊的负载应根据所选矫直机制来区分；反向的矫直也应该可以；鉴于以上因素与此处讨论的板矫直机器实际运作机制问题，以下是建立电力驱动的要求：速度的规定在较广的限制内，包括负荷下的马达启动；在逆向机制中也可运行；刚性特性=(M)；维持规定速度的高精度；完全同步操作；元素基础：辊的驱动是由具有短路转子的异步三相马达建立起来的。该马达由德国VEM公司设计。它们在严重超载的情况下仍能继续可靠地运作。控制此马达频率转换的SIMOVERT是由德国西门子公司制造。其模块化设计便于维护和修理，其存在的一个内置为处理器座使人们能执行大部分牵涉驱动控制运作的功能（维持规定的速度下的高度稳定性，重新根据辊的实际直径计算旋转频率，诊断驱动的状况，控制驱动运作，在PROFIBUS网络之间交换信息）。因为不同时点辊之间不同的分配度，所以不同种能量的马达被用在系统中。使用不同的马达就能显著地减少电力设备耗费成本并且改善整机的性能。此机器拥有三种主要运作机制：工作机制（半自动化与自动化），运输机制，以及暗盒更换机制。图2显示了工作机制实现运作的框图。在这种半自动化机制中，操作者通过操作台控制PSM。在这种情况下，操作者可完成如下操作：从数据库中选取矫直机制；纠正已选机制；手动调整机制，这需要操作者指示所需暗盒按钮位置（为五辊矫直还是十辊矫直）；调整暗盒顶部到底部之间的缝隙；为工作辊设置单独调整协调；选择矫直速度与方向；生成开始调节机器到一指定机制的命令。机器自动调整至所选机制。在调整完成后将有信号发送至控制板以指示机制协调改变，辊达到其规定工作速度。工作机制，即板矫直机器根据由从高级系统通过网络发送的基础数据进行调节。这些数据包括以下信息：将被矫直板的厚度；刚的组成（材料属性信息）；送至PSM入口的板温。PSM通过以下步骤调节：基于板厚和钢组成的预备调整，适用于冷轧板（t=20C）；深一层调整基于安装在与PSM大概相距50m的高温计获得的数据；最终调整基于安装在机器入口处的高温及获得的数据；在自动化变种中，当下一块板将要到达机器的时候，控制机器的毗邻辊转送器转变为PSM系统控制。在这种情况下，板要直到调整完成后才可进入机器工作区。如果通过机器的一块板不需要矫直，那么机器将转入传输机制。在这种情况下，顶部横架以及暗盒被升至一规定量，辊的速度改变，这样其速度就与毗邻的辊转送器速度一致了。暗盒更换机制用在当辊破损或需要再次研磨工作辊和备用辊时。在这种情况下，操作者可通过控制辅助机制控制运作：轴锁机制，出辊车，锁住暗盒底部以及车位置，以及移动车的液压缸。该机制通过非接触式传感器固定于适当位置。PSM控制系统：控制板矫直机需要开发一个强有力的高性能系统，为其提供理想的控制精度并结合快速的运作。此控制系统被划分为两个层次：基础层次，更高层次。诊断系统被建立为一个分离的系统。为了控制PSM的水泵站还提供了一个第二控制器。控制系统的基础层次采用SIMATICS7工业程序控制器，而上等层次控制器和诊断控制器则建立在标准的计算机基础之上。用于更高层次系统的计算机同时也为PSM的控制板服务。控制器的不同元素与一个PROFIBUS网络的两环路相连（图3）。第一个环路的功能是与控制器，更高层次计算机，诊断站，水泵站控制器之间的沟通连接。第二个环路由系统功能元素连接PSM控制器（频率转换，线更换仪器，输入/输出遥控模块）。控制系统的功能依据下列原则被划分为基础层次和更高层次：所有牵涉从安装在机制上的传感器接收数据，通过自动过程