PLC與AGC系統在鋁箔板厚度控制中的研究與應用

目前，鋁箔產品競爭日趨激烈，市場對鋁箔的種類、質量、精度的要求也越來越高，特別是對于厚度僅為幾十微米的鋁箔產品。為了能在市場中立于不敗之地，必須對鋁箔的生產過程進行技術革新或改造。現階段軋鋁箔行業的自動厚度控制(Automatic Gauge Control，AGC)系統，大多數是依靠工業PC進行控制，由于工業PC的穩定性和實時性不如PLC，所以本文針對冷軋鋁箔生產過程，采取增設液壓控制系統和以PLC為核心的AGC系統，實現了控制系統模塊化、網絡化的同時，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節，這些控制器和補償環節分別由不同的測量儀表和傳感器組成。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控制器之中。現階段的鋁箔生產過程中，為了獲得厚度更加精確的鋁箔，盡量減少坯料波動、軋制速度不穩定等因素對鋁箔厚度帶來的誤差，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。



組合控制的具體過程如圖1所示，通過PI調節器的增益參數來實現對輥縫、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；假如鋁箔厚度沒有達到期望的精度要求，AGC系統將會自動對鋁箔厚度進行二次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)作為誤差信號進行的。

2 AGC系統的硬件組成

如圖2所示，采用西門子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系統實時性的同時，也與分散的ET2 00通訊模塊組成FROFIBUS-DP網絡，進而減少了主站與測量點的接線。人機界面采用西門子公司生產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控制(APC)而言，AGC是鋁箔厚度的外環控制，其輸出信號主要是用來修正位置內環的輥縫設定值，通過液壓伺服驅動，使軋輥快速動作，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關量。模擬量信號可以使AGC系統的響應速度加快，進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。設置開關量信號，主要是方便操作人員通過這些開關和按鈕控制軋制鋁箔的過程，開關輸入量有測厚儀的狀態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。

AGC系統的控制原理框圖如圖3所示。該控制系統采用雙閉環控制方式，測厚儀、S7-400系列PLC和軋機構成鋁箔厚控制的外環，該外環控制由厚度監控環的下位機完成。內環使用了兩個閉環，分別是控制伺服液壓缸的位移傳感器回路和液壓壓下伺服機的壓力傳感回路。