冷轧硅钢热处理线涂机压力控制系统的研究与优化

　　涂机自动控制系统是压力控制系统的核心，采用西门子S7-400系列PLC控制系统，具备快速、坚固和极速通信能力，其在程序执行方面，指令执行时间极短;坚固、全部密封的模板在恶劣、不稳定的工业环境下依然可正常工作，分布式的内部总线允许在CPU与中央I/O间进行非常快的通信[1]。涂机自动控制系统具有独立的PLC控制系统，CPU采用416系列，CPU下带有多个站点，例如ET200站、变频器、设备本体编码器等。现场的数字量、模拟量信号通过电压、电流信号传送给现场的ET200站，ET200站通过Profibus-DP总线将信号传送给CPU进行处理，进而CPU对现场设备进行控制。

　　变频器采用西门子S120系列变频器，在冶金、塑料制品、包装行业、印刷业和木材加工行业都有着广泛的应用。基本功能有:多种传动用的开/闭环控制、丰富的自由功能模块、连接量(BICO)技术、电动机参数自优化、强大的故障诊断功能[2]。

　　2涂机压力控制原理与优化

　　2.1涂机压力控制原理涂机压力投入后，上辊作为支撑辊不进行调节，下辊两侧均有伺服电动机带动丝杠动作进行压力调节，压力实际值通过压头检测，通过压力传感器反馈至PLC形成闭环压力控制调节，压力闭环控制输出速度设定值传送给变频器进行控制，如图2所示。其中，PLC控制程序，以设定值为目标进行PI控制，使伺服电动机正反转来驱动下涂辊与上涂辊发生挤压，从而使压力实际值达到目标值，控制公式如下

　　差;Fref为压力设定值;Fact为压力反馈值;当|Fref-Fact|>0时，比例调节立即产生调节作用以减小偏差，但单纯的比例控制存在稳态误差不能消除的缺点。这里就需要引入积分环节使系统消除稳态误差，提高无差度[3]。因此，比例积分控制可以使涂机压力控制更精确。

　　目前冷轧硅钢热处理线涂机压力控制系统，使用Kp=0.3，TI=1500ms，压力控制比较稳定，如图3涂机压力PI控制响应曲线所示。

　　从曲线看，伺服电动机动作5.5s后涂机压力达到目标值，调节后目标值与实际值相差0.15kN以内，已经达到控制精度要求，满足生产工艺要求。

　　2.2涂机压力控制系统优化

　　2.2.1Profibus-DP网络系统优化

　　初始设计中，由于Profibus-DP从电气室到现场远程I/O控制柜之间的DP线长度超过200m(波特率为1.5Mb/s，DP电缆长度应不超过200m)，致使DP网络通信信号损耗较大，通信时偶尔出现DP断网现象，故障时大量信号丢失，影响涂机压力控制系统正常运行。

　　优化措施:在两个远程I/O控制柜之间增加一个DP中继器(DP中继器的作用是网络路由分配和信号增强)，安装在现场远程I/O控制柜连接端，保证了远距离的Profibus-DP线两端都具有中继器进行通信信号加强，从而保证DP网络系统稳定性。

　　2.2.2涂机压力PI控制优化

　　压力控制过程中，通过涂辊间带钢板型的波动会引起涂机压力的轻微波动，原设计控制系统会命令伺服电动机动作以保证压力的稳定，但是由于下涂辊伺服电动机功率较小，当PI调节输出较小设定速度时，电动机动作调节时偶尔会出现跟随性差的情况，此时PI调节会持续输出，当电动机转矩到达一定值时，电动机突然动作，导致涂机压力瞬间波动较大，进而影响带钢表面涂层的均匀性[4]。

　　优化措施:针对此现象我们通过多次试验并优化PI控制程序，当涂机压力实际值与设定值偏差在±0.15kN的窗口范围内时，控制系统自动退出PI压力控制使能，此时伺服电动机输出速度为零，上下涂辊会维持现有位置并保持压力恒定，当偏差超出窗口范围时，伺服电动机再转动参与压力调节，从而避免了由于伺服电动机偶尔的跟随性差而引起较大的压力波动。

　　优化后，除了缝合缝经过涂辊或者带钢板型较差导致压力波动变大外，压力控制进入窗口值范围内后，带钢运行的大部分时间伺服电动机不会频繁动作，使得压力控制更加精确和稳定，如图4压力控制曲线所示，提高了涂机压力控制精度，进而提高了带钢表面的涂覆质量。