摘要：化学涂层控制系统的核心是压力调节方式。将涂层液体通过两个电机辊挤压方式均匀地涂在镀锌板表面上。２个电机辊子的材料特性不同，一个表面是钢结构，一个表面是胶结构。根据设备这一特点，提出了ＰＩＤ控制策略。并且设计了一套基于ＰＲＯＦＩＢＵＳＤＰ现场总线的控制系统。实践证明，投入此控制系统后，板材表面膜层均匀，薄厚适当，镀锌板表面抗氧化能力，耐蚀性，环保要求等指标都有所提升。
关 键 词：位置控制器；步进电机；ＰＩＤ控制；循环系统
ＣｈｅｍｉｃａｌＣｏａｔｉｎｇｏｆＣｏｌｌｅｄＧａｌｖａｎｉｚｅｄＳｈｅｅｔＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｒｅｏｆｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｃｏａｔｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｇｕｌａｔｏｒ．Ｔｈｅｃｏａｔｉｎｇｌｉｑｕｉｄｔｈｒｏｕｇｈｔｗｏｍｏｔｏｒｓｒｏｌｌｅｒｓｑｕｅｅｚｅｓｐｒｅａｄｃｈｅｍｉｃａｌｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｇａｌｖａｎｉｚｅｄｓｈｅｅｔ．Ｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｔｗｏｍｏｔｏｒｒｏｌｌｅｒｓｉｓａｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，ｏｎｅｓｕｒｆａｃｅｉｓａｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｏｎｅａｎｏｔｈｅｒｓｕｒｆａｃｅｉｓａｐｌａｓｔｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｉｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｔｈｅｄｅｖｉｃｅ，ｔｈｅａＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｉｓｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ａｌｓｏ，ｎｄｄｅｓｉｇｎｅｄａｓｅｔｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｃｏａｔｉｎｇｓｏｎＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰｆｉｅｌｄｂｕｓｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｐｒａｃｔｉｃｅｓｈａｖｅｓｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔｉｎｔｈｉｓｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｓｈｅｅｔｍｅｔａｌｓｕｒｆａｃｅｃｏａｔｉｎｇｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｔｈｉｎａｎｄｔｈｉｃｋａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ，ｇａｌｖａｎｉｚｅｄｓｈｅｅｔｓｕｒｆａｃｅａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔｃａｐａｃｉｔｙ，ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓａｎｄｏｔｈｅｒｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｈａｖｅｂｅｅｎｅｎｈａｎｃｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｇａｌｖａｎｉｚｉｎｇ；ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｅｒ；ＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌ
１ 引 言
化学涂层系统包括步进电机，位置控制器，施料辊，涂料辊，小车，ＴｏｐＨｅａｄａｎｄＢｏｔｔｏｍＨｅａｄ（液压系统），液压夹，液压锁，液压销，钝化液循环系统，耐指纹循环系统等。控制部分主要分为压力控制和循环系统控制。
２ 工作原理
装在托盘里的钝化液或耐指纹液溶液，通过镀锌板两侧的涂料辊和施料辊之间的作用力，从施料辊到涂料辊。最终再由涂料辊与镀锌板之间的Ｓ型作用力，将溶液均匀涂到镀锌板面上。
两侧的施料辊和涂料辊都同是坐在各自ＴｏｐＨｅａｄａｎｄＢｏｔｔｏｍＨｅａｄ上的。ＴｏｐＨｅａｄａｎｄＢｏｔｔｏｍＨｅａｄ同时动作，将两侧的施料辊和涂料辊一样夹向带钢表面，直到Ｈｅａｄ夹动作液压行程到达极限为止。当Ｈｅａｄ在自动模式动作时，液压夹，液压锁，液压销必须处在合的状态，以保证小车平稳不晃动，只有这样才能保证涂到带钢表面的膜均匀。图１ 系统构造
３ 系统网络结构设计
现场总线技术的核心是网络技术。控制系统的计算机网络是一个实时网络，信息处理要满足实时性!完整性!一致性和可靠性的要求。基于化学涂层控制系统的特点，采用了如下的网络结构设计。结构图，如图２所示。图２ 网络系统结构
４ 系统软硬件配置
硬件配置 上位机系统采用工业控制计算机。上位机可对ＰＬＣ进行编程和调试，对ＰＬＣ现场采集的数据信息进行集中监视和记录。ＰＬＣ控制器采用Ｓ７４００ＰＬＣ控制器。电源模块：ＰＳ４０７通讯模块：ＣＰ４４３５，ＣＰ４４３１。远程站：通讯模块：ＥＴ２００，输入输出：ＥＭ３２１，ＥＭ３２２，ＥＭ３３１。２）软件配置 系统中所有计算机均采用ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ系统，系统稳定。ＰＬＣ主站程序在上位机中通过编程软件ＳＴＥＰ７Ｖ５４。
５ 压力控制思想
化学涂层动作过程是施料辊和涂料辊从静止状态到夹紧带钢；再由正生产状态到停车状态的全部步骤。其中包括一些压力调节前的启动条件，压力调节中的运行条件，以及在此状态下施料辊和涂料辊的旋转和带钢速度之间的关系。带钢板面化学涂层膜的优劣，说到底就是涂料辊与施料辊之间压力控制的精确度。如果涂料辊与施料辊之间的压力控制能达到响应速度快，超调范围小，稳定性好，那么膜的质量就是相当高的，反之就是质量差的。压力的设定值在１２０ＫＧ，实际压力是在设定值的±３％以内上下波动，并且在躲避焊缝这一过程中，在３ｓ钟左右就能调节到压力稳定，这样的压力波动涂出来的膜非常均匀，已经符合工艺要求。这样压力调节是比较优秀的，涂出来的膜也是优秀的。如图３（ＰＤＡ）所示。当化学涂层投入时，施料辊和涂料辊一起旋转，由变频器控制。方向为相互咬合方向。旋转起来之后施料辊向涂料辊方向运行，直到压力到达设定值之止。可是施料辊（如图４中的Ｐｉｃｋｕｐ辊）是由安装在辊臂同一方向的、两侧步进电机共同作用实现的。并且在辊任一方向运行时，两辊臂之间的图３ ＰＤＡ记录设定值与实际值曲线差值不能大于４ｍｍ。如果大于了４ｍｍ，就可能造成辊臂或施料辊的损坏。经过反复调试后发现，绝对的同步只能存在于在开始调节压力之前的这段时间，或是正在压力调稳后的状态。当两辊之间产生压力时，就换成压力调节了，与同步没有任何关系。在两辊接触开始压力调节到压力调稳，两臂之间的距离最大也不会超过１ｍｍ。所以，只要把施料辊的两个步进电机ｒｐｍ设置相等就可以了［１］。由于涂料辊在涂料一定时期（最短时可能要一天之内）就要换一次，而每组涂料辊的辊径不一样。这就导致涂料辊与施料辊从等待位（不投设备）到工作位（投入设备）之间的距离不一样，有的涂料辊辊径还特别小，所以加大了等待位与工作位之间的距离。为了使压力调节时间最短，调节精度最高，在等待位和工作位之间又增加了一个准备位。即每次从压力调稳后到撤到压力，施料辊从工作位直接退回到准备位，而不是退到原始的等待位。加入了这个位置后，大大缩短了调节时间，调节的精度也有了不同程度上的提高。施料辗运动位移，如图４所示。图４ 施料辊运动位移涂膜薄厚的控制：因为不同厚度的膜，表面抗氧化能力，耐蚀性等性能是不同的，用途也会有差异的。为了拓展产品的多样性，所以在化学涂层是控制涂膜的厚度，很有必要。一般情况下涂料辊和施料辊之间压力大小，２个Ｈｅａｄ与镀锌板形成的Ｓ形角度的大小，都可以改变涂膜的薄厚的。涂料辊之间的压力越大，涂膜越薄，反之越厚。Ｓ形角度越大，涂膜越薄，反之越厚。但在实际操作中，生产线上的操作人员一般只改变涂料辊与施料辊之间· １ ５ ２ · 增刊 冯明峰：冷轧镀锌板生产线上化学涂层的控制系统的压力，就可以改变涂膜薄厚了；Ｈｅａｄ与镀锌板形成的Ｓ角度，一般只有在换不同辊径的涂料辊时才需要改变，真正生产时并不常改变Ｓ角度的。考虑到涂料辊与施料辊之间的压力控制，是由接触产生，而压力大小与两辊挤压程度是非线性关系，所示首选运用ＰＩ脉冲式布尔量输出进行控制。这种方式的输出，对于位置控制器的接收方式也是有一定要求的，而在本生产线选用的位置控制器，是通过Ｐｒｏｆｉｂｕｓ网络，把ＰＬＣ与控制器接通，再通过控制字与状态字的发送与接收，实现了这种控制方式。所谓ＰＩ式脉冲式布尔量输出（如图５所示），指的是输出也是由ＰＶ和ＳＰ之间的比较产生的，但是输出的ＢＯＯＬ值，在ＳＰ＞ＰＶ时，并不是一直为１，而是一个连续的脉冲信号，脉冲的宽度由ＳＰ、ＰＶ、Ｐ（比例系统）、Ｉ（积分时间）共同作用产生的。Ｐ的作用：提高响应时间。Ｉ作用：减小超调。它的原理就像温度调节器一样。当ＳＰ与ＰＶ的差值较大时，ＢＯＯＬ输出脉冲既频繁，宽度也较长；当ＳＰ与ＰＶ的差值较小时，ＢＯＯＬ输出的脉冲的次数就非常少了，宽度也非常的窄。经过作者反复调试，最终把Ｐ和Ｉ和Ｄ值确定了下来。达到良好的调节结果。这里需要说明的是，每一个施料辊两端各有一个位置控制器，所以四组ＰＩＤ值还是有一定的差别的［２３］。 具体得法：Ｍｎ＝ＫＣｅｎ＋ＫＩｅｎ＋ＭＸ＋ＫＤ（ｅｎ－ｅｎ－１）ＣＰＵ实际使用以上简化算式的改进形式计算ＰＩＤ输出这个改进型算式是：Ｍｎ＝ＭＰｎ＋ＭＩｎ＋ＭＤｎ图５ 步进电机控制器输出特性
５ 结 语
本文将一种先进的控制系统结构理念：基于ＰＬＣ与位置控制器和步进电机的闭环控制系统应用于冷轧板镀锌线控制系统当中。经过调试，实现了ＰＬＣ对压力控制系统和循环控制系统的控制。通过循环给料，在涂料辊和施料辊之间的压力形成液体料传递，最终涂料到带钢表面，实现了镀锌板表面抗氧化能力，耐蚀性，环保要求，为实现化学涂层的编程和调试在镀锌线应用的国产化提供了实践条件。
参考文献：［１］ 李君凯．步进电机控制系统［Ｊ］．自动化与仪器仪表，２００３（１）．［２］ 宁爱华．步进电机的微机控制方法与高速特性分析［Ｊ］．西南民族大学学报（自然科学版），２００３（８）．［３］ 刘清．一种控制步进电机转速的方法［Ｊ］．微特电机，２００４（１）
