孔型軋制工藝的特殊性(即將截面為方形的鋼坯料，軋制成截面為圓形并符合工藝要求尺寸)決定了推床是孔型軋制生產(chǎn)線中必不可少的組成部分?？赡孳垯C(jī)的前后各設(shè)有一對推床。其基本功能是推動鋼坯使其根據(jù)不同軋制規(guī)程需要對準(zhǔn)主機(jī)的不同孔型，并在軋制過程中保證坯料能順利通過軋機(jī)，防止頂鋼現(xiàn)象。對于可逆孔型軋機(jī)，在不同道次的軋制過程中，若方形鋼坯未能對準(zhǔn)要求的軋機(jī)過孔，將使得鋼坯截面形狀錯(cuò)誤，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致鋼坯表面出現(xiàn)軋制產(chǎn)生的壓痕，最終導(dǎo)致鋼坯扭轉(zhuǎn)直至無法軋制。為保證鋼坯在軋制過程中每道次能經(jīng)過工藝要求的孔型軋制并且經(jīng)軋制的鋼坯截面形狀正確，需控制推床同步及推床電機(jī)力矩。采用以速度閉環(huán)加位置PID調(diào)節(jié)的控制方案來實(shí)現(xiàn)機(jī)前機(jī)后推床的同步功能；以電機(jī)力矩曲線控制方案實(shí)現(xiàn)推床矯直及正常送鋼功能。經(jīng)某圓鋼生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用，效果滿意。

1 系統(tǒng)的基本構(gòu)成

在孔型軋制生產(chǎn)線中，推床主要用于移動軋件，使軋件對準(zhǔn)軋輥孔型并順利通過軋機(jī)，也可對軋件進(jìn)行矯直。該現(xiàn)場推床設(shè)備機(jī)械布置如圖1所示。

圖1中．可逆軋機(jī)的前后各設(shè)有一對推床，布置在輥道的兩側(cè)，分別稱之為機(jī)前傳動側(cè)推床、機(jī)前操作側(cè)推床，機(jī)后傳動側(cè)推床，機(jī)后操作側(cè)推床。機(jī)前、機(jī)后分別由獨(dú)立的兩部分組成，每部分推床設(shè)備由電機(jī)、制動器、同步裝置、減速機(jī)、傳動絲桿絲母、推床導(dǎo)板、框架和導(dǎo)向裝置構(gòu)成。此現(xiàn)場應(yīng)用中每塊推板由機(jī)械同步的2臺電機(jī)驅(qū)動。

機(jī)械同步連接的2臺電機(jī)一臺安裝有絕對值型編碼器，另一臺安裝有增量式編碼器。推床是通過控制推床導(dǎo)板后連接的驅(qū)動電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)控制推板進(jìn)退直線方向運(yùn)動的。

圖2為該現(xiàn)場實(shí)際推床控制系統(tǒng)的PLC系統(tǒng)基本配置圖。

圖2中，推床的電機(jī)驅(qū)動部分采用德國西門子全數(shù)字調(diào)速裝置SIMOREG一6RA70。PLC控制部分采用西門子公司的S7—400控制器，執(zhí)行推床的速度給定、位置閉環(huán)以及同步控制運(yùn)算。

S7—400控制器通過以太網(wǎng)與入機(jī)界面通訊，對推床數(shù)據(jù)進(jìn)行清零、校準(zhǔn)、顯示等操作?？刂破魍ㄟ^PROFIBUS DP通訊協(xié)議與傳動全數(shù)字裝置通訊，實(shí)現(xiàn)鋼坯矯宣，固定鋼坯不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)等功能，完成控制系統(tǒng)邏輯運(yùn)算、機(jī)械設(shè)備保護(hù)；現(xiàn)場主操作臺設(shè)有推板操作控制鈕，此操作臺也是通過PROFIBUS DP通訊協(xié)議與S7—400控制器通訊。

S7—400控制器系統(tǒng)通過絕對值編碼器信號輸入模板，將推床電機(jī)后的絕對值式編碼器信號接入，經(jīng)運(yùn)算處理后可以用來檢測推板實(shí)際位置．并參與推床同步調(diào)節(jié)及人機(jī)界蕊交互；S7—400控制器系統(tǒng)通過開關(guān)量模板將機(jī)械保護(hù)限位等信號接人控制系統(tǒng)，可控制推板的正常工作行程，防止推床超行程工作。

2 控制方案

推床在整個(gè)軋制過程中，盡管電機(jī)參數(shù)，機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)，編碼器類型均相同，全數(shù)字裝置的速度給定相同，但是在機(jī)前帶載機(jī)后不帶載的工況下，機(jī)前機(jī)后推床必將存在明顯不同步的現(xiàn)象，如果此時(shí)單側(cè)的機(jī)前推床和機(jī)后推床同步性能很差，將無法保證鋼坯能順利進(jìn)人軋機(jī)，也能產(chǎn)生頂鋼現(xiàn)象；如推床在整個(gè)工作過程中無力矩控制極容易導(dǎo)致軋件產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，也無法實(shí)現(xiàn)矯直功能，進(jìn)而直接影響整塊坯料軋制或成品質(zhì)量。

2.1 推床同步控割方案

根據(jù)推床同步控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，主要是保證機(jī)前機(jī)后推床的位置同步，現(xiàn)提出以機(jī)前推床位置值為基準(zhǔn)，機(jī)后推床位置應(yīng)用PIE)調(diào)節(jié)器控制的策略。機(jī)后推床同步控制系統(tǒng)框圖如圖3所示。

圖3主要由4部分組成，其中I為機(jī)后推床位置基準(zhǔn)設(shè)定環(huán)節(jié)，Ⅱ?yàn)闄C(jī)后推床位置檢測環(huán)節(jié)，Ⅲ為機(jī)后推床位置調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。Ⅳ為機(jī)后推床控制對象環(huán)節(jié)。

1)機(jī)后推床位置基準(zhǔn)設(shè)定環(huán)節(jié)I。本環(huán)節(jié)中最終得出的結(jié)果值s。為機(jī)前推床的實(shí)際位置值。PLC控制器將機(jī)前推床絕對式編碼器數(shù)值～，經(jīng)函數(shù)變換器G進(jìn)行變換，通過清零校準(zhǔn)等處理得出推床實(shí)際位置值s，。

2)機(jī)后推床位置檢測環(huán)節(jié)Ⅱ。本環(huán)節(jié)中最終得出的結(jié)果值s：為機(jī)后推床實(shí)際位置值。PLC控制器采用與處理機(jī)前摧慶編碼器相同的方式來處理機(jī)后推床絕對式編碼器讀數(shù)，經(jīng)處理后的數(shù)據(jù)作為機(jī)后推床的實(shí)際位置值s。。

3)機(jī)后摧床位置調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)Ⅲ。機(jī)前推庶的基準(zhǔn)值s1與s2進(jìn)行比較。如果兩信號完全相等，即S1=S2，則△S=O，不需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。否則，就用△S作為調(diào)節(jié)器的輸入信號。

從整個(gè)系統(tǒng)的快速性方面來考慮，調(diào)節(jié)器需采用比例調(diào)節(jié)；從系統(tǒng)的精度方面考慮，調(diào)節(jié)器需采用積分環(huán)節(jié)，所以針對此系統(tǒng)特點(diǎn)選用了比例積分調(diào)節(jié)器。當(dāng)機(jī)前機(jī)后推床位置出現(xiàn)偏差時(shí)，位置調(diào)節(jié)器輸出信號產(chǎn)生變化，輸出一個(gè)偏差信號v0,通過vo與機(jī)后推床實(shí)際速度給定量v1進(jìn)行綜合，用來改變機(jī)后推床的速度，最終消除機(jī)前機(jī)后位置差的產(chǎn)生。

4)機(jī)后推床控制對象環(huán)節(jié)Ⅳ。推床位置變化是通過控制推床后電機(jī)速度變化實(shí)現(xiàn)的，速度給定公式。式中：v1為機(jī)前推床速度實(shí)際值；磯為機(jī)后推床速度給定；VO為PID控制器的輸出；△S為機(jī)前機(jī)后推床位置差。

同步調(diào)節(jié)后實(shí)際工作波形如圖4所示。PLC控制器將速度給定值口：傳到速度控制裝置SC中。并且推床驅(qū)動電機(jī)后所安裝的增量式編碼器信號直接輸入傳動全數(shù)字裝置，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度的閉環(huán)控制。最終實(shí)現(xiàn)推床的位置同步功能。

2.2 推床力矩控制方案

在孔型軋制的整個(gè)過程中，因?yàn)閾Q孔操作，矯直操作和軋件送入孔型都在機(jī)前操作，所以對于機(jī)前傳動側(cè)推板和操作側(cè)推板在上述3種情況下所受到的力是不同的，因此要進(jìn)行推板電機(jī)力矩大小的控制。

3 提高控制系統(tǒng)精度的方法

由上述論述可以看出，推板同步控制性能和電機(jī)力矩控制的好壞會直接影響現(xiàn)場軋制效果和成品合格率。保證推床同步控制的精度，主要依靠如下兩方面因素。

1)絕對式編碼器的選擇。絕對式編碼器可產(chǎn)生一串?dāng)?shù)據(jù)鏈，為每個(gè)軸的位置提供獨(dú)一無二的編碼數(shù)字值。該應(yīng)用現(xiàn)場選擇了精度較高的絕對值式編碼器?？墒箍刂破髦苯幼x到推床絲桿絕對位置值，經(jīng)函數(shù)運(yùn)算等處理后參與系統(tǒng)同步控制。

2)推床同步調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)。選用同步調(diào)節(jié)器的目的是使系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間短，精度高，所以如果正確選用了比例系數(shù)和積分時(shí)間，就能達(dá)到理想的效果。

4 結(jié)論

此推床控制系統(tǒng)方案已在項(xiàng)目中實(shí)際應(yīng)用，控制效果優(yōu)良。利用本方案后，推床的整個(gè)生產(chǎn)同步效果理想，系統(tǒng)整體響應(yīng)時(shí)間也達(dá)到軋鋼生產(chǎn)線自動生產(chǎn)的工藝要求。

本控制方案簡單、實(shí)用、可靠性高。該控制方案的成功應(yīng)用對軋鋼廠新建推床系統(tǒng)或舊設(shè)備改造，以及其他有類似機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的應(yīng)用，具有一定的參考價(jià)值。