基于PLC和AGC系統在鋁箔板厚度控制中的應用

摘要：為實(shí)現鋁箔板厚度的精確控制，采用了西門(mén)子S7-400PLC為核心的AGC系統，同時(shí)把模糊PID控制原理應用于某鋁廠(chǎng)的鋁箔板厚度控制系統，獲得了理想的效果。詳細闡述了AGC的工作原理、系統硬件和軟件設計。實(shí)踐表明，系統的軋制精度得到有效的提高，性能指標滿(mǎn)足了生產(chǎn)的需要。
關(guān)鍵詞：PLC應用；AGC系統；模糊PID控制；控制精度

目前，鋁箔產(chǎn)品競爭日趨激烈，市場(chǎng)對鋁箔的種類(lèi)、質(zhì)量、精度的要求也越來(lái)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(chǎng)中立于不敗之地，必須對鋁箔的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行技術(shù)革新或改造?，F階段軋鋁箔行業(yè)的自動(dòng)厚度控制(Automatic Gauge Control，AGC)系統，大多數是依靠工業(yè)PC進(jìn)行控制，由于工業(yè)PC的穩定性和實(shí)時(shí)性不如PLC，所以本文針對冷軋鋁箔生產(chǎn)過(guò)程，采取增設液壓控制系統和以PLC為核心的AGC系統，實(shí)現了控制系統模塊化、網(wǎng)絡(luò )化的同時(shí)，也大幅度地提高了鋁箔冷軋機系統的控制精度。

1 AGC系統的組合控制
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。因此，為獲得良好的控制精度，AGC系統設置了多種控制器和補償環(huán)節，這些控制器和補償環(huán)節分別由不同的測量?jì)x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的液壓壓下伺服機構內環(huán)控制器之中?，F階段的鋁箔生產(chǎn)過(guò)程中，為了獲得厚度更加精確的鋁箔，盡量減少坯料波動(dòng)、軋制速度不穩定等因素對鋁箔厚度帶來(lái)的誤差，AGC系統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。
組合控制的具體過(guò)程如圖1所示，通過(guò)PI調節器的增益參數來(lái)實(shí)現對輥縫、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。一次PI調節起到了反饋控制的作用，控制器在一定的調節范圍內對鋁箔厚度作初步的PI調節；假如鋁箔厚度沒(méi)有達到期望的精度要求，AGC系統將會(huì )自動(dòng)對鋁箔厚度進(jìn)行二次PI調節，二次PI調節是基于一次PI調節的溢出部分(處于盲區位置)作為誤差信號進(jìn)行的。

2 AGC系統的硬件組成
如圖2所示，采用西門(mén)子S7-400系列PLC作為AGC系統的核心控制單元。利用FM485功能模板提高了AGC系統實(shí)時(shí)性的同時(shí)，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(xiàn)。人機界面采用西門(mén)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(lái)修正位置內環(huán)的輥縫設定值，通過(guò)液壓伺服驅動(dòng)，使軋輥快速動(dòng)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(kāi)關(guān)量。模擬量信號可以使AGC系統的響應速度加快，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節量和液壓機伺服的調節量組成。設置開(kāi)關(guān)量信號，主要是方便操作人員通過(guò)這些開(kāi)關(guān)和按鈕控制軋制鋁箔的過(guò)程，開(kāi)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其他部分的通訊信號等。