PLC與AGC系統(tǒng)在鋁箔板厚度控制中的研究與應用

目前，鋁箔產(chǎn)品競爭日趨激烈，市場對鋁箔的種類、質量、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)過程進行技術革新或改造?，F(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進行控制，由于工業(yè)PC的穩(wěn)定性和實時性不如PLC，所以本文針對冷軋鋁箔生產(chǎn)過程，采取增設液壓控制系統(tǒng)和以PLC為核心的AGC系統(tǒng)，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)模塊化、網(wǎng)絡化的同時，也大幅度地提高了鋁箔冷軋機系統(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出口的鋁箔厚度盡可能地控制在要求的目標值范圍之內(nèi)。因此，為獲得良好的控制精度，AGC系統(tǒng)設置了多種控制器和補償環(huán)節(jié)，這些控制器和補償環(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，始終作為補償值施加到冷壓機系統(tǒng)的液壓壓下伺服機構內(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到期望的精度要求，AGC系統(tǒng)將會自動對鋁箔厚度進行二次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)實時性的同時，也與分散的ET2 00通訊模塊組成FROFIBUS-DP網(wǎng)絡，進而減少了主站與測量點的接線。人機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完成主站與人機界面計算機的通信。位移信號的測量采用德國生產(chǎn)的MTS絕對值傳感器，左／右卷機的轉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速值。相對于液壓壓下伺服機構的位置內(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)的輥縫設定值，通過液壓伺服驅動，使軋輥快速動作，以達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量。模擬量信號可以使AGC系統(tǒng)的響應速度加快，進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)量和液壓機伺服的調(diào)節(jié)量組成。設置開關量信號，主要是方便操作人員通過這些開關和按鈕控制軋制鋁箔的過程，開關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。

AGC系統(tǒng)的控制原理框圖如圖3所示。該控制系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制方式，測厚儀、S7-400系列PLC和軋機構成鋁箔厚控制的外環(huán)，該外環(huán)控制由厚度監(jiān)控環(huán)的下位機完成。內(nèi)環(huán)使用了兩個閉環(huán)，分別是控制伺服液壓缸的位移傳感器回路和液壓壓下伺服機的壓力傳感回路。