基于plc冷连轧卷取机预测控制模块设计

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1、《电气自动化)2013年第35卷第4期电气传动和自动控制ElectricDrive＆AutomaticControI基于PLC的冷连轧卷取机预测控制模块设计陈景召，刘斌，蒋峥I武汉科技大学冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心。湖北武汉430081)摘要：针对冷连轧卷取机张力控制系统中被普遍关注的控制精度及设备改造成本问题，设计了一款基于PLC的广义预测控制模块，代替了常规控制系统稳态轧制过程中的张力PI控制器。在分析了卷取机张力系统的数学模型与常规控制方案后，着重介绍了基于PLC的预测控制算法模块设计方法，并将研究的算法模块嵌入到实际系

2、统中去。运行结果验证了模块的有效性与经济性。关键词：卷取张力；冷连轧；广义预测控制；可编程控制器；结构化控制语言DOI：10．3969／j·issn．1000—3886．2013．04．002[中图分类号]TP273[文献标志码]A[文章编号]1000—3886(2013)04—0004—02ColdMilICoilerTensionPredictiveControlModuleDesignBasedOnPLCCHENJing-zhao，LIUBin，JIANGZheng(EngineeringResearchCenterforMetal

3、lurgicalAutomationandDetectingTechnologyEducationDepartment，WuhanScienceandTechnologyUniversity，WuhanHubei430081，China)Abstract：Inthispaper，ageneralizationpredictivecontrolmoduleisdesignedonPLCforcoldmillcoilertensionsystem，toimprovethecontrolprecisionandtOreduceequipment

4、cost．Coldmillcoilertensionsystemmodelanditsgeneralcontrolschemesarestudied，andthenageneralizationpredictivecontrolalgorithmisimplementedinSIMENSS7PLCintheformofauniversalmodule．Furthermore．thegeneralPIcontrollerhasbeenreplacedbythismoduleinsteady—staterollingprocess．Syste

5、moperationresultsshowtheeffectivenessandeconomyofthepresentedmodule．Keywords：coilertension；coldmill；generalizationpredictivecontrol；programmablelogiccontroller；structuredcontrollanguageO引言1系统模型在冷连轧生产线上，卷取机张力系统的控制精度直接影响着研究对象为贵州某钢铁厂冷连轧生产线卷取机，系统主要参连轧机组生产能力的发挥以及产品质量的优劣，但由于卷取机

6、负数为：卷筒直径0．75m；最大卷取直径1．4m；穿带速度200—700载力矩受张力、材料弯曲、摩擦及加减速等多方面力矩的影响，就rpm；最大卷取速度12．5m／s，采用恒张力卷取；卷筒直流电机额张力控制而言，其方案通常比较复杂，且系统改造成本较高⋯。定功率250kw，转速范围250～750rpm，额定电枢电压330V，额针对控制精度及设备改造成本等重要问题，本文提出了一种新的定电枢电流840A。根据系统的工作特性与参数，得到的张力控系统改造方案，即在建张阶段仍采取一般系统的张力开环建张或制系统模型如图1所示。图1中的传递函数G(S)表征

7、了卷低速建张；而在稳态轧制阶段的张力闭环控制环节，设计了一款取张力与卷取电机转速之问的关系。根据金属单位时问流量相广义预测控制(GPC)模块，取代原系统中的PI控制器，以适应常等原理，推导出的传递函数如(1)式所示。规的PLc一调速传动装置方案，形成了业内普遍认可的间接一直r。，一!兰，1、一百DN，+6OiLs／接张力复合控制。GPC算法能够在线辨识，能够解决由卷径和其他参数变化带来的模型失配以及AGC工作带来的张力波动等问其中D为带卷外径，Ⅳ为卷取电机转速，E、、h、和，J均为常题，提高系统的鲁棒性与控制精度。同时，由于GPC模块基于

8、量，分别表示弹性模量、带材宽度、带材自然厚度、转速比和棍卷PLC设计，系统改造方案也得以简化，减小了系统的改造成本。距离，均可由系统实际参数确定。显然，由于带卷外径的变化图1张力控制系统模型收