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基于ＰＬＣ的重型全液压四辊卷板机电气控制系统设计与实现
杨艳伟 向 涛 向树民 张 劲
（）西安兰石重工机械有限公司，陕西西安７１００６５
摘 要：在对四辊卷板机工作原理详细介绍的基础上，研究重型全液压四辊卷板机电气控制系统的硬件设计和软件实现。采用Ｐｒｏｆｉ－并重点阐述位置闭环控制算法和旋转速度闭环控制算法，应用ＰｂｕｓＰ网络来实现ＰＬＣ的集散控制，ＬＣ技术实现了对全液压四辊卷板－Ｄ机的自动控制。实际应用证明，该控制系统的控制精度满足工艺要求。
关键词：全液压重型四辊卷板机；闭环控制ＰｒｏｆｉｂｕｓＰ网络；ＰＬＣ；－Ｄ
０ 引言
卷板机是对金属板材进行多道次连续弯曲，使板材产生永久性塑性变形的设备，具有卷制Ｏ型、多段Ｒ等不同形Ｕ型、状板材的功能，是容器类制造业必备的机械设备。在我国卷制钢板厚度１８０ｍｍ以下由电机驱动或机械和液压混合式驱动的卷板机已有厂家生产，但是卷制钢板厚度超过１８０ｍｍ以上的全液压卷板机在国内还没有厂家生产，尤其是机、电、液一体化石油炼化行业的大规格卷板机在国内更是属于空白。近年来，
的发展对筒体类零部件提出了更高的要求，要求直径大、筒体材料强度增高、筒体承受的压力提高，这些钢板母材厚度增加、
无疑对卷板机的设备能力提出了更高的要求。现以兰州兰石重工有限公司自主研发设计的Ｗ１２ＬＳＺ２８０×３０００重型全液－
卷板能力为３ｍ宽×３ｍ直径×２为压四辊卷板机（５０ｍｍ厚）例，主要研究该四辊卷板机电气控制系统的硬件设计与软件实现。
着各自轨道进行，如图２中的虚线所示。在整个钢板成型过程上、下辊始终处于夹紧状态
，这便使设备可在自身最大工作中，
２］
。能力下对各种厚度的板料进行弯卷成型［
图２ 四辊卷板机工作原理图
２ 控制系统硬件设计
系统动力线路采用三相３控制回路采８０Ｖ、５０Ｈｚ交流电，用２２０Ｖ交流电和２４Ｖ直流电。控制系统采用现场总线与工）业以太网（相结合的分布式控制结构，采用ＳＥｔｈｅｒｎｅｔＩＥＭＥＮＳ通过Ｐ４００ＰＬＣ作为主站，ｒｏｆｉｂｕｓＰ网络３连接ＳＩＥＭＥＮＳＳ７－－Ｄ
／ＥＴ２００Ｓ分布式ＩＯ远程站及ＲｅｘｒｏｔｈＨＮＣ１００同步控制器； 。系通过工业以太网连接ＳＩＥＭＥＮＳＭＰ３７７系列ＨＭＩＰａｎｅｌ
统Ｐ
ｒｏｆｉｂｕｓＰ网络组态如图３所示。－Ｄ
［］
１ 工作原理
该四辊卷板机主要机械组成为上辊、下辊、前侧辊、后侧液压驱动装置、减速机、液压马达，如图１所示。上辊固定辊、
在机架之间，下辊位于上辊的正下端，两侧辊位于下辊的两侧。下辊和两个侧辊的升降运动由两端的液压下辊均为旋油缸驱动。上、
转主驱动辊，上辊旋转采用减多台液压马达输出扭矩、速器合流的全液压驱动方式，
下辊旋转采用单个液压减速机传动结构。马达、
图３ 系统ＰｒｏｆｉｂｕｓＰ网络－Ｄ
３ 控制系统软件实现
在电气控制中，下辊、两侧辊的每个液压缸上都装有位移传感器，实时检测辊的当前位置；上辊和下辊的旋转机构液压马达上装有编码器，实时检测上辊和下辊的旋转线速度。ＨＮＣ１００根据接收的ＰＬＣ控制参数及位移传感器的位置反馈
图１ 四辊卷板机机械组成图
在钢板卷制过程中，首先通过提升下辊来压紧钢板，通过升降侧辊的高度卷制不同半径的钢板
［１］
信号做下辊、侧辊升降的闭环控制，完成辊的自动升降动作；ＰＬＣ根据接收的控制参数及编码器的旋转速度反馈信号做上、下辊旋转速度的闭环控制，完成上、下辊的自动旋转动作。电气系统控制的基本逻辑如图４所示。
。下辊、侧辊的升降沿
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图６ 旋转闭环控制框图
的设定力矩。这样对于不同的板厚，在筒内外圆线速度不同的情况下，下辊能够自动调整旋转力矩，很好地适应卷板工艺要求。
图４ 电气系统控制逻辑图
３．１ 升降辊位移闭环控制系统
在卷板过程中，为了保证下辊和两侧辊的位置以及同一个采用位置闭环控制，如图５所示。以下辊两端升降的同步性，
辊为例进行说明，首先由操作工人根据工艺参数把下辊要到达的目标位置（即输入信号）设置在设定屏上，ＰＬＣ读取这个设定然后ＨＮ值并把它传送给ＨＮＣ１００控制器；Ｃ１００控制器把下辊的实际位置值（即反馈信号）和输入信号进行比较，如果两者之间存在偏差就要进行调节，此处仅用Ｐ（比例）调节器就能满足要求。经过调节后的信号直接输出到比例阀，调节比例阀的开口度，比例阀的开口度就决定了进入液压
缸的液压油量；液压缸中的液压油驱动下辊做垂直升降动作。
４ 结语
在实际应用中，该控制系统能正常稳定运行，能准确自动控制升降辊的位置和上下辊的旋转速度，并解决了两个主驱动辊的速度匹配问题。该卷板机是由青岛兰石重型机械设备有限公司定制的，并于２０１１年５月２１日通过甘肃省科学技术厅为东南亚地区最大的一台重
型全液压四辊卷板专家组验收，机。
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图５ 位置闭环控制原理图
，其扫描周期为１ｍＨＮＣ控制器是力士乐的同步控制器，ｓ，比例阀的响应速度大于２当下辊受到干扰时，设定位置值０Ｈｚ和位移传感器反馈值存在偏差，只要存在偏差，ＨＮＣ控制器的消除偏差，使下辊动态地保持ＰＩＤ调节器就能快速动态调节，在设定位置。卷板工艺精度可达到±０．满足高效、高精２ｍｍ，度、高规格卷板生产要求；过载保护性能好；操作简单。
３．２ 上下辊旋转速度控制系统
上、下辊均为旋转主驱动辊，旋转时两个辊同时都要出力。由于卷板过程中曲率半径不断在变化，要达到线速度一致比较困难，为了达到工件旋转角速度同步，上辊旋转采用速度闭环自适应控制。旋转闭环控制框图如图６所示，ＰＩ参数跟随速当速度要求慢时参数调节慢，稳定且没有超调；当速度要求度，
快时参数调节快，跟随性快，快速性好，自动卷板时效果明显。
４］该旋转速度闭环控制主要参考的数学函数［为：
Ｋｐ
）（）ｕ（ｔ＝Ｋｐｅｔ＋
Ｔｉ
例系数；Ｔｉ为积分时间常数。
）ｔｄｔｅ（
０
ｔ
））式中，为输出电压信号；为旋转速度偏差信号；ｕ（ｔｅ（ｔＫｐ为比
下辊采用力矩控制，上辊旋转的实际力矩作为下辊旋转时
２０１５１１１０ 收稿日期：－－
，作者简介：杨艳伟（女，陕西渭南人，工程师，主要从１９８３—）事快锻压机、锻造操作机、卷板机、径锻机等设备电气控制系统的设计研发工作。
机电信息 ２０１５年第３３期总第
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