330 / ЗаданКурсЖурналПолныйМПУСУ / 1РезкаСтали

Введение

ПГА 2 7*80 500 цеха гнутого профиля

ния использованы платы UNIO 48 сов

В широком спектре технологий про

металлургического комбината «Запо

местно с платами MPB 24 и модулями

изводства металла и, в частности, про

рожсталь». Основные параметры участ

опторазвязок серии 73G. Для обмена

ката черного металла существуют и до

ка порезки приведены в табл. 1.

информацией с пультом управления по

вольно часто применяются участки по

Таблица 1. Основные технические

каналу RS422 используется коммуника

перечной разделки, предназначенные

ционная плата PCL 745B. В качестве дат

для обрезки концов и/или порезки по

характеристики объекта

чиков скорости и положения ножниц и

лосы на мерные длины. Одним из спо

полосы использовались фотоимпульс

Скорость прокатки

собов решения данной технологичес

полосы, м/с, не более

2,3

ные датчики ПДФ5 с соответствующи

кой проблемы является организация

Длина отрезаемых штук, мм

500+12000

ми

контроллерами

(разработка

участка с использованием летучих нож

Толщина полосы, мм

2+7

УкрНИИПреобразователь).

ниц (ЛН). В отличие от гильотинных

Ширина полосы, мм

80+500

Пульт управления оснащен рабочей

ножниц, требующих фиксации металла

станцией AWS 825 (Advantech), на кото

в момент реза, ЛН осуществляют порез

Задачей системы управления является

рую возложены задачи визуализации и

ку на лету, то есть без остановки разре

управление механизмами листопра

изменения параметров хода технологи

заемого материала (отсюда название

вильной машины (ЛПМ), тянущих ро

ческого процесса (рис. 3). Кроме того, в

«летучие»). Очевидно, что такой способ

ликов (ТР), следящих роликов (СР) и ле

процессе наладки система AWS 825 ис

разделки обеспечивает максимальную

тучих ножниц (ЛН). Структурная схема

пользовалась в качестве отладочного

производительность всего участка мер

участка изображена на рис. 1.

средства. AWS 825 оснащена процес

ной порезки. Однако в связи с необхо

Аппаратная реализация

сорной

платой

PCA 6144V

димостью одновременного решения за

(5х86/133МГц), платой флэш диска ем

дач позиционирования и синхрониза

Принцип построения системы управ

костью 2 Мбайт и коммуникационной

ции скоростей движения полосы и нож

ления является традиционным для ме

платой PCL 745B. В качестве исполни

ниц в момент реза существенно услож

таллургического производства. То есть

няется система управления технологи

основные функции управления объек

ческим процессом. Учитывая динамич

том выполняет контроллер промыш

ность объекта (скорость металла и его

ленной автоматики (КПА), оснащенный

возможное ускорение) и высокие тре

разветвленной системой ввода вывода

бования к точности порезки, удовлетво

и размещенный в машзале, в непосред

рительное решение одновременно двух

ственной близости от исполнительных

указанных задач весьма затруднительно.

устройств — комплектных тиристор

Одной из попыток решения данной

ных электроприводов (КТЭ). КПА вы

проблемы явилась разработка и внедре

полнен на базе контроллера РСА 6143

ние системы автоматизации участка по

(Advantech) с процессором 80486 DX4

Цех гнутого профиля МК «Запорожсталь».

резки профилегибочного агрегата

(рис. 2). В качестве устройств сопряже

Профилегибочный агрегат ПГА 2,7*80,500

2/98

вания управляющего

действия.

Программное

обеспечение КПА написа

но на языке С с использова

нием компилятора Borland

C/C++ 3.1. Выбор версии

компилятора языка

определялся тем, что

отладка части

про

грамм осуществлялась

непосредственно из

оболочки компилято

ра, а поскольку разра

батываемые програм

мы осуществляли пе

ренастройку систем

ного таймера Т0, за

Условные обозначения: ЛПМ — листоправильная машина; СР — следящие ролики; ПДФ СР — фотоимпульсный датчик

прещенную

в

Win

положения следящего ролика; ТР — тянущие ролики; ФИ — фотоимпульсатор; ЛН — летучие ножницы; ПДФ ЛН —

среде DOS.

назначенный для встраиваемых систем

цедуры прерывания от СОМ портов

Программное обеспечение системы

и представляющий собой библиотеку

при приеме и передаче информации

управления реализовано в виде двух мо

графического интерфейса пользовате

минимизированы. Обработка получен

дулей (один из которых выполняется в

ля. К этой библиотеке для привязки к

ной информации и подготовка ее к пе

КПА, а второй на ПУ), связанных между

конкретному

объекту

подключались

редаче осуществляется в фоновом ре

собой по каналу RS 422. Модуль КПА

текстовые конфигурационные файлы,

жиме. При разработке программной

предназначен

для

описывающие ко

поддержки сети реализованы принци

оценки состояния пе

личество,

иерар

пы дуплексного режима обмена, вос

реключателей

управ

хию,

содержание,

становления обмена после сбоя, вос

ления на ПУ, датчиков

размеры,

цвета

и

становления информации при сбое, ад

и формирования уп

другие

параметры

ресации абонентов и переменных. Об

равляющих воздейст

меню

и

окон,

и

мен информацией может осуществ

вий на технологичес

предназначенная

ляться на уровне данных (переменной

кое оборудование. Мо

для этого объекта

длины и типов, а также массивов) и

дуль ПУ, в свою оче

библиотека графи

файлов.

редь, предназначен

ческих

образов

в

Алгоритм управления

Рис. 2. Внешний вид контроллера

для визуализации те

формате

PCX (за

кущего состояния КПА

промышленной автоматики

ставки, обои, пик

Традиционно алгоритм управления

и задания параметров

тограммы, образы

участками порезки, подобными ПГА

технологического процесса, а также ис

для анимации, в данном случае это бы

2 7*80 500, строится по цикловому ме

пользовался для мониторинга во время

ли изображения летучих ножниц в раз

тоду, согласно диаграмме движения

наладки системы. В режиме монито

ных положениях для имитации их ра

ножниц, изображенной на рис. 5 в виде

ринга пользователю доступны для на

боты, и другие).

блюдения и воздействия все перемен

Как уже было сказано, обмен инфор

ные, включенные в соответствующие

мацией между ПУ и КПА осуществляет

списки. Наблюдение за изменением пе

ся при помощи канала RS 422. Для про

ременных может осуществляться в сим

граммной поддержки канала использу

вольном виде (до 30 переменных)

ется оригинальный драйвер сети типа

и/или в режиме осциллографа (до 5 пе

master slave, позволяющий организо

ременных).

вать связь с периферийными контрол

При создании модуля визуализации

лерами (до 32 штук на шине) на

для ПУ (рис. 4) использовался ориги

скорости до 115 кБод. Драйвер сети, ис

нальный пакет программ, работающий

пользующий буфер FIFO СОМ портов,

в реальном времени в среде DOS, пред

организован таким образом, что про

Рис. 3. Внешний вид пульта управления

2/98

кривой 1. При этом цикл

мости

от

скорости

реза включает в себя сле

полосы.

дующие фазы:

Очевидно, что ис

1 — ожидание старта,

пользование

до на

исходя

из непрерывно

стоящего

времени

вычисляемой возможной

описанного

метода

точки

встречи.

Точка

управления ЛН явля

встречи ЛН с металлом

лось

мерой

вынуж

определяется из

одно

денной, вызванной в

значно

определенной

основном техничес

траектории разгона нож

кими

трудностями,

ниц;

связанными с невоз

2 — разгон ножниц до

можностью выполне

скорости

полосы. При

ния с помощью суще

этом в момент старта сис

ствовавших

средств

тема управления размы

достаточно большо

кается и дальнейшее дви

го количества вычис

жение ЛН определяется

лений

в

короткие

темпом задатчика интен

промежутки

време

сивности, установленно

Рис. 4. Вид рабочего экрана на пульте управления

ни.

Именно

такие

го в электроприводе;

требования предъяв

3 — синхронизация скоростей поло

лению, весьма неэффективен в связи с

ляет к системе управления другой спо

сы и ножниц перед резом. В этой фазе

тем, что обеспечить значения интерва

соб, основанный на сохранении управ

более поздние исполнения систем уп

лов разгона и торможения близкими к

ляемости системы на всех фазах цикла

равления с целью повышения точности

нулю, естественно, невозможно, а каж

реза. В данном случае накопление

реза решают также задачу позициони

дый шаг в этом направлении имеет вы

ошибки, связанной с возмущающими

рования;

сокую цену, поскольку влечет за собой

воздействиями в фазах разгона и тор

4 — поддержание скорости ЛН или их

увеличение мощности электропривода

можения отсутствует и поэтому исче

ускорения с целью обеспечения их бо

ЛН (электродвигатель и тиристорный

зает необходимость

использования

лее быстрого вывода из зоны реза;

преобразователь), повышение расхода

предельных режимов работы оборудо

5 — торможение ЛН с постоянным ус

электроэнергии и ускорение износа

вания. Более того, появляется возмож

тановленным при настройке системы

механизма. Так, например, исходя из

ность оптимизации цикла реза, с точки

темпом до скорости Vg;

требуемой производительности ПГА 2

зрения минимума потребляемой энер

6 — «дотяжка» ЛН на скорости Vg до

7*80 500, электропривод ЛН мог быть

гии.

фиксированной точки А на траектории;

оснащен тиристорным преобразовате

Решение этой задачи достигается пу

7 — торможение ЛН с фиксирован

лем с номинальным током 500 А. Одна

тем симметрирования периодов разго

ным темпом до их полной остановки.

ко по указанным причинам агрегат

на и торможения с остановом ЛН в

Переключение

фаз регулирования

укомплектован преобразователем с

верхней мертвой точке. Диаграмма ра

осуществляется с помощью настроен

номинальным током 1000 А. Реальная

боты ЛН при данном методе управле

ных на определенные точки траекто

загрузка его в периоды разгона и тор

ния представлена на рис. 5 в виде кри

рии ЛН каналов путевого фотоимпульс

можения достигает 1200 А. При этом

вой 2. Следует отметить также, что при

ного выключателя. Системы, построен

фактическая погрешность порезки

старом способе регулирования сниже

ные по такому принципу, работают до

при отсутствии изменения скорости

ние скорости полосы не уменьшает ве

статочно надежно, однако реальная по

полосы составляет 10 15 мм, в зависи

личину тока разгона (торможения), а

грешность при порезке составляет, как

правило, 10 30 мм. Существенное влия

ние на точность порезки в данном слу

чае оказывает длительность периодов

разгона и торможения: поскольку в это

время система позиционирования раз

мыкается,

происходит

накопление

ошибки, связанной с изменением ско

рости полосы, колебанием питающей

сети, погрешностью задатчика интен

сивности и т. п.

Некоторое уменьшение ошибки реза

достигается за счет подключения пози

ционирующего регулятора в фазе 3 и

введения дополнительной контроль

ной точки А на траектории ЛН (рис. 5).

Другим способом уменьшения влия

ния возмущающих факторов, практи

куемым в настоящее время, является

сокращение длительности фаз разгона

Рис. 5. Диаграмма изменения скорости летучих ножниц в цикле реза

и торможения. Данный способ, к сожа

2/98

РАЗРАБОТКИ

МЕТАЛЛУРГИЯ

лишь сокращает длительность соответ

грамму расчета управляющих воздейст

привода ЛН при максимальной произ

ствующей фазы, тогда как во втором

вий на подчиненные механизмы за вре

водительности участка не превышает

случае снижается амплитуда тока, что

мя около 0,4 мс. Период оценки текуще

расчетной величины 500 А. При этом

делает систему еще более эффективной,

го состояния датчиков и формирования

достигнута точность порезки не ниже

с точки зрения потребления электро

управляющих воздействий принят рав

±3 мм во всем допустимом диапазоне

энергии.

ным 2 мс.

скоростей и длин. Дальнейшее повыше

Реализация нового метода управле

Заключение

ние точности реза затруднительно, по

ния стала возможной, благодаря появ

скольку связано с необходимостью за

лению процессоров, способных быстро

Внедрение системы управления, ра

мены механического оборудования в

выполнять операции над числами с пла

ботающей на основе алгоритма, обеспе

связи с его износом. ●

вающей точкой. Так, например, исполь

чивающего управляемость системы на

зованный при модернизации ПГА

всех этапах регулирования, в принципе,

2 7*80 500 контроллер PCA 6143 с про

подтвердило изложенные в статье по

цессором 486DX4 выполняет подпро

сылки. Загрузка источника питания