轧机厚度控制系统仿真平台的设计与实现

　　1　引言

　　厚度自动控制(Automatic Gauge Contro,l AGC)系统[1]是提高带材厚度精度的重要方法,是一个非常复杂的控制体系,工程设计周期一般都很长。在控制系统的实验过程中,对于一个年产几百万吨成品铝箔的连续的大型轧制设备而言,为控制系统提供很多的在线试验机会不大可能,也不太现实,因为不稳定、不成熟的控制系统直接用到现场去可能会损坏现场设备,延误工厂的生产效率,有时可能还会危及现场工作人员的安全。因而,建立一个安全、可靠、离线的试验环境就显得尤为必要。

　　目前国内外在轧机仿真系统[2]研制方面,大多数设计都是纯软件包的形式,研究的目的是用于优化控制与建模等,而不是用于实际的工程仿真实验,这种纯软件仿真的一个缺点就是在此平台下仿真成功的控制系统还不能直接应用到现场去。

　　本课题就是针对以上问题,采用计算机建模与仿真技术结合当前最先进的虚拟仪器技术,以某铝箔厂2500mm轧机为研究背景提取其数学模型,在一台PC上建立该轧机的动态仿真模型(仿真机),并且仿真机的信号输入输出通过外部硬件接口实现,信号类型也和现场轧机保持一致。利用此仿真机代替现场轧机来验证控制系统。为科研人员提供了一个真正的可以完全模仿现场轧机的,离线的仿真环境[3]。并且在此仿真机下验证成功的轧机厚度控制系统可以不必再做其它的修改和完善就可以直接应用到现场中去。

　　2　仿真机模型架构设计

　　为了能够准确仿真现场轧机,仿真模型的建立不仅要通过软件建立准确的软环境,在接口方面如信号类型等也必须与现场轧机保持一致。这样在仿真机上验证成功的轧机控制系统,只要把接口信号从仿真模型转移到现场轧机中,就能达到预期控制效果。

　　图1是仿真模型与现场的对比图。考虑到本课题设计的控制系统软硬件都是采用美国NI的软硬件设备。为保证接口信号类型的一致性,在仿真机一端采用基于PCI插槽的NI6229数据采集卡接收控制系统发送来的控制信号,送到软环境中,操作轧机运转,并反馈实时监控数据到控制系统,形成闭环控制。仿真机接口设计与现场轧机输入输出端子保持一致。

　　3　轧机体系分析及数学模型建立

　　3.1　轧机系统分析

　　在轧制的过程中厚度控制方式[4]有很多种,最基本的一种是位置方式,系统结构图如图2所示。

　　其详细实现过程是:在轧制开始之前,预先进行辊缝设定,将轧机的辊缝设定到一个理论合适值。即控制系统将理论设定值传到下位机DDC(DirectDigitalControl),DDC将设定的数字量经过液压控制器转换成相应的模拟量电压信号,加载到伺服阀控制器上,然后经过放大、变化成电流信号控制伺服阀开度,通过伺服阀的开度调节,控制进入液压缸中的油量的变化,从而实现液压缸活塞的上下动作,进而控制轧机上部轧辊的位置,也就是控制轧机轧制辊缝的大小,此系统为压下系统,下轧辊的位置保持不变。开始轧制后,由轧制机架下的位移传感器,将液压缸位移的变化转换成辊缝的调节量,反馈给DDC,构成闭环控制,实现轧机辊缝的自动调节[5]。