液压自动厚度控制在轧机压下系统中的应用

液压自动厚度控制在轧机压下系统中的应用

1hacg技术的发展历程20世纪60年代中期，英国的dalv一致性公司是第一个采用自动屋顶控制（hacg）的公司之一。70年代后期,世界上主要的轧机生产制造商都开始相应地设计和应用了HAGC系统。早期的HAGC系统,传感、检测和控制系统设计是基于模拟装置实现的,其系统性能的提高受到了很大的影响;同时由于液压元件的质量、寿命、可靠性和液压系统设计理念的落后,进一步制约了HAGC系统的发展。80年代中期,随着计算机技术的发展,出现了数字计算机控制的HAGC系统。90年代中期以后,随着检测、微电子、控制、计算机和网络技术的飞速发展,以及液压元件的质量、寿命、可靠性和液压系统设计理念的提高,使得HAGC系统总体性能有了很大的提高,并在轧机压下系统中得到了成熟而广泛的应用。当前,新建轧机都把计算机控制的HAGC系统作为设计标准;同时,旧轧机改造也把计算机控制的HAGC系统作为优先采用的先进技术。计算机控制的HAGC系统已成为衡量板带轧机装备水平的重要标志。HAGC系统综合了液压、先进制造、检测与控制、计算机与网络等相关技术和学科,是具有高技术装备的高性能、大功率电液伺服系统。HAGC系统的使用实践证明,HAGC系统先进的总体结构设计和参数优化配置是HAGC系统高性能运行的重要保证。2辊缝调节控制系统HAGC系统主要由液压泵站、压下伺服液压缸、电动机械压下装置、人机接口MMI、LevelⅠ自动化系统、LevelⅡ自动化系统和各种检测传感器等组成,系统结构如图1所示。压下伺服缸是调节辊缝的动力执行装置。当采用短行程的压下液压缸时,大辊缝的设定一般需要电动机械压下装置进行初调;而在使用长行程压下液压缸的情况下,可完成全行程辊缝调节而不需要电动机械压下装置。LevelⅠ控制系统完成辊缝设定(APC)和带载轧制过程中轧件厚度的实时调节(AGC)。LevelⅡ控制系统则是完成轧件跟踪、数学模型计算、轧制规程设定和轧件数据管理等。LevelⅠ、LevelⅡ和VME开发计算机之间通过TCP/IP以太网进行通信。LevelⅠ的PLC5与MMI计算机间通信采用标准通信接口模板,实现DH+协议下的通信。3哈克-伊特系统的设计3.1压下液压缸传感器的选用压下液压缸执行装置是HAGC系统获得高精度、快响应性能的核心技术部件。压下液压缸执行装置结构设计的先进性、伺服阀与传感器的合理选型、性能优良的密封装置设计和系统参数的优化配置等是其获得高性能的重要保证。根据轧机类型、轧材品种规格、轧制力和轧制速度等综合因素的考虑,确定压下液压缸的结构形式、缸径、行程和伺服阀的选型与安装,其目标是保证压下液压缸在带载轧制下具有足够的动态工作频宽。这是确保HAGC系统高性能运行的关键环节。为提高压下液压缸位置控制精度,应对密封结构进行优化设计并选用性能优良的密封组件以确保压下液压缸静、动摩擦力非常低且恒定。目前,比较先进的设计是采用摩擦系数非常低且恒定的青铜填充聚四氟乙烯(PTFE)材料制作液压缸的密封环和导向环,并使压下液压缸总的摩擦力损失在其输出负载的0.2%以下。传感器的选型直接影响到HAGC系统的控制精度。位移传感器应选精度高、分辨率好、抗恶劣工作环境的数字位移传感器,其分辨率应达0.001mm,以保证压下液压缸的位置控制精度。压力传感器应选择分辨率高、线性度好、响应快,并且耐高压的压力传感器,以保证轧制过程中轧机刚度补偿的精确计算。3.2hacg系统参数优化液压泵站是为压下液压缸执行装置提供所需流量的液压能源装置,其主要工作参数压力和输出流量是由轧制力、压下速度和缸径的综合设计而确定。由于HAGC系统具有高压、大流量、大功率并且长时间连续工作的特点,因此,泵站工作压力和输出流量在确保轧制过程中压下液压缸工作性能的条件下,进行参数的优化配置可以保证HAGC系统连续工作的安全性、可靠性和较长的使用寿命。液压泵的选型应保证其工作压力是在泵的高效工作区并具有较长的使用寿命。为了满足系统通常达1000L以上峰值流量的需要且可节能的目的,通常选用泵组和蓄能器组件的设计方案。同时,为了降低环境噪声,泵组设计还应采用低噪声技术。为了保证HAGC伺服系统的可靠工作,液压泵站和系统必须有完善的油液污染控制和监测措施。通常,油液的清洁度应不低于NAS6级。为了保证HAGC伺服系统的性能,应按液压泵的选型、工作压力和所用工作介质类型的不同,确定油液的工作温度范围,以保证油的黏度在最佳工作范围。因此,泵站系统还应有油液的加热和冷却装置。此外,考虑高压、连续工作的特点,液压系统的工作介质应选抗磨液压油,对于热轧机工作介质还应具有抗燃性。4模式二:压力管理服务平台LevelⅠ计算机控制系统主要完成辊缝设定(APC)、带载轧制过程中轧件厚度的实时调节(AGC)、各种I/O量的处理和液压泵站的起、停、运行、状态监测和HAGC系统的安全保护等。因此,对LevelⅠ控制系统的要求是可靠性高、实时处理能力强和丰富的输入/输出接口。LevelⅠ控制系统由基于VME总线的高性能微处理器(CPU)、可编程控制器(PLC5)、各种I/O量模板和人机接口(MMI)等组成。VME总线是以高可靠性和坚固性而著称,并且支持多个CPU工作的高性能开放式总线结构。LevelⅠ控制系统采用了双CPU,一个CPU执行APC与AGC功能,保证APC和AGC高性能实时控制调节的要求;另一个CPU执行电动机械压下控制与偏心补偿功能,这样,可有效地提高系统的处理能力。高性能CPU模板主要由预装VxWorks实时操作系统的MC680X0微处理器、以太网接口、232标准串行口、带有DMA的工业IP接口和VME总线接口等组成,它通过TCP/IP以太网接口与VME开发计算机通信和LevelⅡ计算机通信。VME开发计算机用于LevelⅠ控制系统实时控制软件的编程、监控。由于HAGC系统装备的重要性以及液压系统的高压、大流量、大功率和连续运行的工作特点,为保证HAGC系统的可靠工作和防止意外事故,应采用先进的PLC5完成液压泵站的起、停、运行、状态监测和HAGC系统的安全联锁保护。液压泵站可以进行本地和远程MMI计算机操作。当维护人员进行泵站的维护工作时,把泵站本地控制台的本地/远控开关置于本地位置,即可防止MMI的远控操作;而在正常轧钢工作时,操作人员通过MMI计算机远程操作泵站的起、停和运行。高速PLC5CPU模板的功能强,除与LevelⅠ系统微处理器有通信接口,它还具有VME总线接口,可以访问其他VME总线的I/O模板。此外,PLC5还具有DH+总线接口,通过DH+接口与MMI计算机进行通信。MMI计算机既可监控LevelⅠ,同时也监控LevelⅡ。MMI计算机操作人员分轧机操作人员和授权工程师两类。这两类人员均可进入MMI的所有监控界面,即监视动态轧制数据、控制模式、液压泵站状态和轧机的状态信息以及故障报警等;但只有授权工程师才可通过密码进入开发界面进行程序的维护、修改与编译操作等。5法规控制模块LevelⅡ控制系统主要提供主轧制区的轧件跟踪、数据处理、轧制数学模型、轧制规程动态设定和自学习等功能。模型的自学习功能将用于改进模型和规程设定的预报精度。LevelⅡ控制系统主要由AlphaServer、监视器、3台终端和智能HUB等组成。AlphaServer预装OpenVMS操作系统,基于VC++编制应用软件;它根据来料数据、成品数据及其他的必要数据后,起动在线动态计算模型以完成轧制规程的计算,通过以太网传至LevelⅠ控制系统;在轧制过程中,LevelⅠ把轧件的信息传输至LevelⅡ,每轧一块钢,规程在线学习模型利用实测数据与最优轧制规程给出设定偏差,从而提高模型对下一块钢的预报精度。6机械压下装置轧机压下系统采用电