基于PLC和AGC系統(tǒng)在鋁箔板厚度控制中的應(yīng)用

摘要：為實(shí)現(xiàn)鋁箔板厚度的精確控制，采用了西門子S7-400PLC為核心的AGC系統(tǒng)，同時把模糊PID控制原理應(yīng)用于某鋁廠的鋁箔板厚度控制系統(tǒng)，獲得了理想的效果。詳細(xì)闡述了AGC的工作原理、系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計。實(shí)踐表明，系統(tǒng)的軋制精度得到有效的提高，性能指標(biāo)滿足了生產(chǎn)的需要。
關(guān)鍵詞：PLC應(yīng)用；AGC系統(tǒng)；模糊PID控制；控制精度

目前，鋁箔產(chǎn)品競爭日趨激烈，市場對鋁箔的種類、質(zhì)量、精度的要求也越來越高，特別是對于厚度僅為幾十微米的鋁箔產(chǎn)品。為了能在市場中立于不敗之地，必須對鋁箔的生產(chǎn)過程進(jìn)行技術(shù)革新或改造。現(xiàn)階段軋鋁箔行業(yè)的自動厚度控制(Automatic Gauge Control，AGC)系統(tǒng)，大多數(shù)是依靠工業(yè)PC進(jìn)行控制，由于工業(yè)PC的穩(wěn)定性和實(shí)時性不如PLC，所以本文針對冷軋鋁箔生產(chǎn)過程，采取增設(shè)液壓控制系統(tǒng)和以PLC為核心的AGC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)模塊化、網(wǎng)絡(luò)化的同時，也大幅度地提高了鋁箔冷軋機(jī)系統(tǒng)的控制精度。

1 AGC系統(tǒng)的組合控制
AGC控制的目的是將軋機(jī)出口的鋁箔厚度盡可能地控制在要求的目標(biāo)值范圍之內(nèi)。因此，為獲得良好的控制精度，AGC系統(tǒng)設(shè)置了多種控制器和補(bǔ)償環(huán)節(jié)，這些控制器和補(bǔ)償環(huán)節(jié)分別由不同的測量儀表和傳感器組成。AGC控制的輸出值，始終作為補(bǔ)償值施加到冷壓機(jī)系統(tǒng)的液壓壓下伺服機(jī)構(gòu)內(nèi)環(huán)控制器之中?，F(xiàn)階段的鋁箔生產(chǎn)過程中，為了獲得厚度更加精確的鋁箔，盡量減少坯料波動、軋制速度不穩(wěn)定等因素對鋁箔厚度帶來的誤差，AGC系統(tǒng)利用組合控制的方法使鋁箔厚度誤差處于可以控制的范圍之內(nèi)。
組合控制的具體過程如圖1所示，通過PI調(diào)節(jié)器的增益參數(shù)來實(shí)現(xiàn)對輥縫、液壓伺服缸的位置以及壓力的控制，確保了鋁箔厚度誤差值處于允許范圍之內(nèi)。一次PI調(diào)節(jié)起到了反饋控制的作用，控制器在一定的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)對鋁箔厚度作初步的PI調(diào)節(jié)；假如鋁箔厚度沒有達(dá)到期望的精度要求，AGC系統(tǒng)將會自動對鋁箔厚度進(jìn)行二次PI調(diào)節(jié)，二次PI調(diào)節(jié)是基于一次PI調(diào)節(jié)的溢出部分(處于盲區(qū)位置)作為誤差信號進(jìn)行的。

2 AGC系統(tǒng)的硬件組成
如圖2所示，采用西門子S7-400系列PLC作為AGC系統(tǒng)的核心控制單元。利用FM485功能模板提高了AGC系統(tǒng)實(shí)時性的同時，也與分散的ET2 00通訊模塊組成FROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而減少了主站與測量點(diǎn)的接線。人機(jī)界面采用西門子公司生產(chǎn)TP27-6觸摸屏，使用S7-400系列的443-1CPU完成主站與人機(jī)界面計算機(jī)的通信。位移信號的測量采用德國生產(chǎn)的MTS絕對值傳感器，左／右卷機(jī)的轉(zhuǎn)速測量選用增量編碼器，利用FM485功能模板上的絕對值和增量編碼器模塊讀取位移和轉(zhuǎn)速值。相對于液壓壓下伺服機(jī)構(gòu)的位置內(nèi)環(huán)控制(APC)而言，AGC是鋁箔厚度的外環(huán)控制，其輸出信號主要是用來修正位置內(nèi)環(huán)的輥縫設(shè)定值，通過液壓伺服驅(qū)動，使軋輥快速動作，以達(dá)到迅速消除厚度誤差的目的。

參與控制的信號有模擬量和開關(guān)量。模擬量信號可以使AGC系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快，進(jìn)而提高了對于鋁箔的精度要求(μm級)，模擬輸入信號主要由傳感器采集的位移、壓力、速度值和測厚儀所測的厚度值組成，模擬輸出信號由速度調(diào)節(jié)量和液壓機(jī)伺服的調(diào)節(jié)量組成。設(shè)置開關(guān)量信號，主要是方便操作人員通過這些開關(guān)和按鈕控制軋制鋁箔的過程，開關(guān)輸入量有測厚儀的狀態(tài)信號和觸摸屏的控制信號，輸出則包括對測厚儀的控制以及與系統(tǒng)其他部分的通訊信號等。