矫正扁轧制品现代化设备的自动化#中英文翻译#外文翻译匹配

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, and I. L. Sinelnikov Severstal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: Xerr Xsat /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 kX Xsat 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 Xrq Xf.b X。 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 SIMATIC S7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，通过自动过程控制系统从将被矫直的板上获取信息，为执行机制 （传动装置） 生成或发射信号的运作都被指定为基础层次。 归档控制点与控制控制板运作的功能被指定为更高层次。以下具体功能则都是由控制板上的基础层次自动化系统 完成的： 从更高层次系统获得指定矫直参数（辊速度，顶部横臂坐标，与横臂相关联的辊的坐标）； 加工参数，将控制信号的回应发送给自动器； 从安装在机制上决定 PSM是否正确安 装并准备矫直运作的感应器获取信息； 从安装在机制上计算控制行动的反馈传感器获取信息； 分析从感应器所读数据确定数据的准确性； 与 PSM 的水 泵电池站 (PBS)进行数据交换，并将该站的运作参数发射高更高层次显示； 接收从更高层次系统传输来的为机器或 PBS进行人工操作的新号； 为作出恰当调整从更高层次系统获取为数据自动纠正的初始数据； 更高层次的自动系统功能如下： 在矫直机制上为机制选拔输入数据并将这些信息计入数据库 ； 从回应板数据库手动选择矫直机制（此由操作者完成）； 基于从更高层次系统所获信息自动选择矫 直机制； 在矫直与暗盒更换机制内手动控制机器； 基于从感应器所读信息与限制转换位置指示机制位置； 指示在 PSM工作区域板的出现； 指示由测温计所量板的温度； 视觉指示 矫直机制与机器调整的代表； 为诊断而视觉指示机器机制与 PBS的状态代表； 远程输入输出模块 ET200用来为不受管制的驱动器供电。腔内包括中继设备，连接它们的驱动器与控制器保持相当距离。使用这一模块可以显著缩端连接电缆。 诊断系统 ： PSM有大含量的电力与液压设备 -这些设备与机器本身保持适当的距离而且通常在一个不易接触到的地方 -使得其难于服务机器及锁定资源问题。为方便 PSM的维护以及缩短其维修时间，就有必要简历一个先进的诊断系统。这一系统基于安装在控制站上的一个工业计算机。它可以诊断 PSM的各种机制，也包括其液压及电力设备。 该系统可以对自动转换器的状况，感应器马达的温度，线更换仪器，本地 PROFIBUS网络终端，马达流量，速度，旋转，以及其他设备和参数进行评估。 此诊断系统也能同时被用在建立 PSM运作协议。它的归档包括时点数据，错误类型，发生设备错误，机制协调，马达流量与速度以及其他信息。 为使控制系统更可靠运作，诊断站的软件与硬 件配备与控制系统更高层次的组件响应是相同的。当控制系统运作发生问题， PSM的控制功能将被转去计算机的诊断系统。 结论 NKMZ已已与其最初在 独立国家联合体（独联体） 的合作伙伴成功引进配备现代自动化控制系统的板矫直机器。此机器的使用减小并几乎彻底消除了成品板质量对其操作者技术的依赖。 其控制系统与方便的用户接口允许没有受过专业培训的人员快速地掌握机器的操作。 由于机器机制的准确动作以及使用恰当的控制与特殊的控制算法的精密设备使其位置维持在高准确度，生产高质量产品就得到了保障。 另外，此机器还配备了先进的 诊断系统 来记录其重要运作参数。此系统的有效性方便机器许多复杂组件的维护与维修。 参考文献 1. V. G. Smirnov, Yu.