引言

熱軋鋼板經過冷卻水冷卻后,其表面光澤度、板形等指標難以滿足用戶的要求，不利于直接進行機械加工，特別隨著近年對鋼板質量要求越來越高，鋼板一般都要進行平整。鋼板通過軋機上的液壓正負彎輥裝置來減少或消除不良的板形，平整關鍵在于其中的液壓彎輥控制系統，在平整的過程中正負液壓彎輥需要快速切換，這就要求整個液壓控制系統和主軋機調速系統具有很強的實時性，能夠快速跟隨板形的的變化，為此南鋼軋機液壓彎輥控制系統和主軋機的調速系統硬件選用CPU414-2DP和FM458-1DP功能模塊。

1 液壓彎輥控制系統

1.1液壓彎輥的分類

液壓彎輥力的作用主要可以分為兩類：一種是彎輥力與AGC軋制力方向相同，使軋機的邊部輥縫減小，即負彎如圖1所示，有利于減少或消除板帶的邊浪；另一種是彎輥力與AGC軋制力方向相反，使軋機邊部輥縫增大，即正彎如圖1所示，有利于減少或消除板帶的中浪。

圖1液壓彎輥原理圖

1.2液壓彎輥控制方法

液壓彎輥控制系統利用電液伺服閥并通過壓力傳感的負反饋來控制液壓缸的油壓，這種操作不僅簡單可靠，又能提高彎輥力的控制精度。目前液壓彎輥控制系統主要可分為兩大類：手動調節和自動調節系統。南鋼軋機液壓彎輥控制系統控制框圖如圖2所示，正負彎輥力事先有上位機根據板形計算出最佳彎輥力，平整軋制的過程中，彎輥力的大小是在根據軋制力波動反饋計算出軋制的力調節值實時來調整，也可以人為手動干預增加或減少彎輥力，通過壓力傳感器

圖2液壓彎輥控制框圖

測量實際輸出的壓力，將測得的實際壓力信號作負反饋量反饋給控制系統最終形成閉環控制，實現對軋制力的精準控制。

圖3正負彎輥液壓控制系統原理圖

圖3為南鋼軋機彎輥液壓控制系統原理圖，彎輥液壓控制系統是典型的電液伺服控制系統，具有響應快、功率大、精度高等特點。正負彎輥和支承輥平衡液壓缸主要有電液伺服閥、電液溢流閥等來控制。整個系統主要有高壓油泵和低壓油泵來提供液壓油，為了安全和工作的平穩起見，在伺服閥前都接有高壓或低壓儲能罐防止工作狀態時出現油路波動或突然中斷對整個液壓伺服系統造成沖擊，電液溢流閥起到最大壓力保護，防止設備過壓。正彎由電液伺服閥1和24電液溢流閥控制，負彎由電液伺服閥2和24電液溢流閥控制，支承輥平衡液壓缸由電液伺服閥4和12電液溢流閥控制。電液伺服閥3和2.5電液溢流閥為正負彎輥液壓缸和支承輥液壓缸活塞桿腔提供2.5的背壓。

1.3液壓彎輥伺服閥板集成電控器

電液伺服閥的控制是整個液壓彎輥控制系統的核心，其作用是將小功率的電信號轉換成大功率的液壓輸出，經過液壓執行機構來完成彎輥的自動化控制，圖4為液壓彎輥伺服閥板集成電控器電路控制框圖，液壓彎輥伺服閥板集成電路由微分放大器的兩個管腳D和E來控制，斜坡發生器根據設定值的階躍（0到10V或10到0V）使磁鐵電流延時減少或增加，通過電位器R1可以調節電磁鐵電流增加所需要的時間，通過R2可以調節減少時間，通過對電位器R1和R2的調節，可以防止液壓伺服閥瞬間打開或瞬間關閉對設備造成的沖擊。當輸入設定值為最大值時，斜坡發生時間可取的最大值5s，若設定值減少，斜坡發生時間也相隨減少。利用特性曲線發生器來調節設定值，使伺服閥電磁鐵電流特性曲線達到要求值，這樣可以補償液壓方面的非線性因素，得到線性的設定值—壓力特性曲線。電流控制器可以使伺服閥電磁鐵電流不受線圈電阻的影響。通過電位器R3，可改變伺服閥的設定值—電流特性曲線和設定值—壓力特性曲線的增益。電位器R4用來設定偏置電流并且不改變此設定值。如有必要，可設定閥座的設定值—壓力特性曲線的零點。利用開關放大器來形成控制比例電磁鐵所需的功率級，它用300Hz的脈沖頻率進行脈寬調制。通過測量點MP1和MP2可檢測電磁鐵電流，測量電阻上0.352V的電壓減少量相當于電磁鐵電流發生了1.6A變化。通過對上述控制閥參數的設定，可以優化伺服閥的性能，從而使電液伺服閥與液壓彎輥控制系統更加匹配。

圖4液壓彎輥伺服閥板集成電控器電路框圖

2 液壓彎輥自動控制系統硬件圖

圖5為南鋼軋機液壓彎輥自動控制系統的硬件配置框圖，要實現對液壓彎輥控制系統準確控制和液壓彎輥力的準確測量，就要求整個液壓彎輥控制系統有很強的實時性，能夠根據板形的變化快速響應，為此南鋼軋機液壓彎輥控制系統選用響應速度非常快的功能塊FM458-1DP和CPU416-2DP。

液壓彎輥伺服控制系統主要包括控制部分和數據采集處理兩大部分。控制部分采用CPU416-2DP作為主站，與監控軟件HMI通過MPI連接，并利用FM458作為高速動態響應控制器。PLC416-2DP通過profibus總線與ET200M分布式I/O連接，電液伺服閥、溢流閥等現場數據通過ET200M來采集并送到PLC中，監控軟件HMI實現整個液壓彎輥控制系統的監控、數據給定和顯示功能。

圖5液壓彎輥自動控制系統硬件配置圖

FM458集成了P總線、LE總線和K總線屬于D7系列具有非常快速的運算能力，可以用于閉環、開環運算和位置、速度控制，可以和擴展模塊EXM438和EXM448一塊使用，并通過LE實現彼此間互相通訊。EXM438為I/O擴展模塊，集成了X1、X2和X3三個外圍接口，用來讀取和輸出有時間要求的的信號，如碼盤信號、液壓伺服系統中正負頂彎伺服傳感和壓力傳感器器信號。EXM448集成了SLB通訊板，從站6SE70變頻器CUVC板擴展槽上安裝SLB和CBP兩個通訊板用于通訊的，其中變頻器上SLB通訊板與通訊擴展模塊EXM448串聯行程閉環回路，用來建立變頻器與PLC間的通訊，為了保證工作輥（液壓彎輥）傳動控制的精度，可以采用simolink和profibus總線相結合的控制方式，使用profibus來發送速度、轉矩控制命令，光纖simolink用來傳輸IGBT觸發和控制信號，這樣可以近一步提高系統對負載的響應時間和控制精度。

FM458與PLC416是兩個獨立并行的CPU,兩者之間通過P總線進行數據通訊，其中FM458通過功能塊CTR和CTV來讀寫CPU416中的數據，CPU416則通過SFC59和SFC58兩個系統功能塊來讀取FM458數據。通過FM458和PLC416共同作用，可以實時根據板形精準快速的完成對彎輥控制系統中液壓和電氣傳動的控制。

3 總結

伺服閥液壓彎輥控制系統具有液壓和電氣雙重優點，功率大、慣性小、穩定性好、信號處理方便快速、精度高、便于遠程控制、操作方便易于維護，是南鋼軋機最核心的部分，確保了板帶質量，為南鋼創造了巨大的經濟效益。