铝板初轧机自动位置控制系统
王 宏文‘ 李韶远’ 杨宏丽“
河北工业大学2.深圳职业技术学院
摘 要 文 章介绍r1种以PLC C200H为核心的铝板初轧机自动位置控制系统及其模糊控制器的设计方
法，对传统的比例积分调节器和模糊拉制器分别进行了理论分析和仿真研究，给出了系统的软、硬件结构，PLC
配置及现场运行结果。本系统的特点是动态响应快，成本低，工作可靠.操作简单，定位精度可达士。.02 nmm
关 健 词 :比例积分控制模糊控制自动位置控制系统
Automatic Position Control System for an Aluminum Plate Roughing Mill
Wa ng H o ng we n L i S h ao yu an Ya ngH ongh
Ab st ra d:A C2001 PLC-based automaticp oeitionc onrtols ystem fora na luminum plate roughing milla nd
it's fuzzy controller designing method are presented. The theoretic analysis for PI regulator and the simulating
study for FUZZY controller are respectively put forward. The software and hardware structures, the configarx
tfon of PLC, and the practical operation results are also described. The features of the system is of ,{nick dy
ndmic response, low cost, high reliability, simple and flexible operation. The positioning accuracy of the system
is within 土0. 02 mm
Ke yw o rds;PIc ontrol fuzzyc ontrol auotmaticp ositionc ontrols ystem
1 前言
张家 口铝 制品厂1号初轧机的压下位置自动
控制系统，是以C200H可编程控制器为核心，配
置了相应的位置检测元件及二次仪表、输出执行
机构和供操作人员使用的操作台，并设计了全部
轧制过程的应用软件。现场生产实践表明:本系统
工作可靠，操作简单，提高了铝板成材率。下面介
绍系统的概况。
1号 初 轧 机由1台交流电机传动。在此轧机
上要把厚50 mm,温度在450-500℃之间的铝锭
R制成6 mm左右的铝板，每块铝锭需轧制3-7
道次在改造前的生产条件下，每1道次的压下量
是靠目测轧机机架顶上机械指示盘的指针位置来
确定的，由此带来的后果有以下几点。
1) 每 1 班要有2名操作人员专门负责压下位
置的设定。平均每班轧约360个铝锭，就要设定
1 500次左右，操作人员劳动强度较大。
2) 后 续 轧制工艺要求轧机轧出的铝板厚度误
差为士。. 1 mm,超出此误差范围的铝板须回炉熔
化浇铸成铝锭后再重新轧制。而人工设置压下量
轧出的铝板厚度误差最大可达士1'm m左右，降
低了铝板成材率，提高了生产成本。
3) 当 操 作人员过度疲劳或机械指示盘指针窜
动时，容易造成1次压下量过大，使轧机“闷车”，
损坏机械及电气设备
鉴 于 上 述原因，我们对此轧机采用PLC实现
压下位置自动控制，以节省劳动力、减轻劳动强
度、提高压下位置定位精度并增加经济效益
2 系统的构成及原理
2.1 硬件系统的构成
压 下 位 置自动控制系统的构成如图1所示
其工作过程如下。
先 通 过 操作台上的拨码开关置人铝板轧制的
总道次及各个分道次的压下量，然后由现场操作
人员通过按钮站灵活地选择自动轧制、半自动轧
制、手动轧制、手动顺动轧制等控制方式PLC根
据安装在轧机压下螺丝上的编码器发出的脉冲信
号，判断压卞轧辊的位置并将其实时显示在数显
箱上，供现场操作人员参考，根据来自现场的轧制
和行程开关信号，PLC输出控制信号，决定压下
电机正转、反转、停车，即对应的轧辊压下、提升、
停止3种状态和辅助机械设备的顺序动作。
本 系 统 的PLC模块，配置了3个输人模块:
ID215X3,3个输出模块:OD411 X I,OD215 X 2,
1个高速计数器模块CT001-V 1,1个数模转换模
块:DA001 e
化因子G G,G 。均已选定，输人、输出的论域分
别为[-N,N],[-N,N],[-M,M]，两输人的
语言变量值均为3个(NB,ZE,PB),输出的语言
值为5个(NB,NS,ZE,PS,PB)。隶数度函数曲
线采用三角形，如图5所示。
图 1 位 置 控 制 系 统 框 图
2.2 APC数字控制器的设计
根 据 工 艺过程，缩短轧辊行程时间可以减少
轧制等待时间提高生产效率，因此需要设计1个
动态响应快、无静差、抗扰强并且鲁棒性好的数字
控制器。
系 统 的动 态结构如图2所示。
图4 P工FUZZY模糊控制器的动态结构图
(+)输入索属度函致曲线
控制卜」功放.医c_n'627o.3x ..s.}} +
系统动态结构图
(O A出隶月度函数曲线
首 先 按 照三阶工程最佳的方法设计传统的
PI控制器，得到在阶跃输人和阶跃扰动下的系统
位置输出，曲线如图3所示。可以看出使用传统的
控制方法其动态特性中超调量较大、调节时间
长、抗干扰能力差等缺点。
图 5 翰 人 、输 出 的 隶 属 度 函数曲线
运 用 M amdani型模糊推理算法，清晰化采用
重心法，公式为
Zo=df(z)=
卫·。(二)dz
卫U(z)dz
s0 模 糊 控 制规则采用“IF"""THEN”规则，规则
如表to
表1 模糊控制规则表
图 3 采 用 PI 控 制 器 的 位 里响应曲线
而 作 为 智能控制分支之一的模糊控制，却具
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