Dieser Artikel erschien in der Fachzeitschrift *Wuhan Iron and Steel Technology*, Ausgabe 3, 2004, CN42-1209/TF. Zusammenfassung: Das Warmwalzwerk Nr. 2 von Wuhan Iron and Steel hat neue Verfahren und Anlagen zur Verbesserung der Qualität von Stahlbandblechen eingeführt. Die Querschneidanlage, eine 2250 mm breite Blechlinie, ist die erste ihrer Art in China und besteht aus zwei Richtmaschinen. Diese Richtmaschinen richten die Bleche nicht nur, sondern beseitigen auch innere Spannungen, wodurch die Blechqualität verbessert wird. Jede Richtmaschine ist mit einer hochmodernen Vierzylinder-Hauptpresse ausgestattet. Jeder Zylinder verfügt über eine Richtkraft von 14.000 kN bei einer geforderten Positionsgenauigkeit von < 0,05 mm. Die Entwicklung der Computersteuerungstechnik gewährleistet die zuverlässige Realisierung der Steuerungsfunktionen. Die Positionsregelung (AGC) der Hauptpresse ist ein zentrales Steuerungselement der Richtmaschine. Es verwendet einen FM458 zur Erfassung und Berechnung von Positions- und Kraftsignalen und leitet daraus den entsprechenden AGC-Ausgangswert ab, der anschließend dem Positionsregelkreis zur Positionsregelung zugeführt wird. Die Regelung der Position des Haupthydraulikzylinders im geschlossenen Regelkreis erfolgt durch Vergleich des von der SMS-Modellmaschine empfangenen Positionssynchronisations-Sollwerts und Kalibrierungswerts mit den von der SMS-Modellmaschine berechneten Werten für Neigung, Drehung und AGC-Berechnung. Der Ist-Positions-Sollwert wird berechnet und als Sollwert verwendet. Gleichzeitig wird der aktuelle Positionswert als Positionsrückmeldewert erfasst, vom Sollwert subtrahiert und die Differenz mittels eines Proportionalrechners verarbeitet, um einen Ausgangswert zu generieren. Dieser Ausgangswert steuert das Servoventil, um den Hydraulikzylinder auf den Sollwert der Position zu bewegen. Bei geringen Abweichungen zwischen Soll- und Istwert wird der Differenzintegrationsregelkreis aktiviert, um das Servoventil zu kompensieren. Stichwörter: Regelprinzip der Warmband-Querschneidanlage, Regelablauf. I. Überblick: Mit der Entwicklung verschiedener Branchen steigen die Anforderungen an die Qualität von warmgewalztem Bandstahl stetig. Diese Anforderung hat den Einsatz neuer Methoden zur effektiven Steuerung der Bandstahlverarbeitung vorangetrieben. Einige fortgeschrittene Industrieländer weltweit haben neue Verfahren und Anlagen eingeführt, um die Qualität von Bandstahlblechen zu verbessern. Die Querschneidanlage im Warmwalzwerk Nr. 2 von Wuhan Iron and Steel ist mit einer Breite von 2250 mm die erste ihrer Art in China. Die von der deutschen Firma SMS-DEMAG entwickelte Anlage besteht aus zwei Richtmaschinen. Diese richten nicht nur das Blech, sondern beseitigen auch innere Spannungen und verbessern so dessen Qualität. Richtmaschine Nr. 1 ist eine Bandrichtmaschine, die für das Richten des vom Abwickler abgewickelten Bandstahls zuständig ist. Richtmaschine Nr. 2 ist eine Blechrichtmaschine, die für das Richten der von der fliegenden Schere geschnittenen Bleche zuständig ist. Die beiden Richtmaschinen bilden ein weitgehend unabhängiges System. Jede Richtmaschine nutzt mehrere fortschrittliche Technologien und Anlagen, darunter eine Hauptpressvorrichtung mit vier hydraulischen Hauptzylindern, eine Keilpositionsregelung für die oberen hydraulischen Zylinder und eine Keilpositionsregelung für die unteren hydraulischen Walzenzylinder. Jeder Zylinder erzeugt eine Richtkraft von 14.000 kN, und die geforderte Positionsgenauigkeit beträgt < 0,05 mm. Die Entwicklung der Computersteuerungstechnik gewährleistet die zuverlässige Realisierung der Steuerungsfunktionen. II. Prozessdiagramm der Querschnittslinie III. Grundlegender Aufbau des Steuerungssystems Das Steuerungssystem der Richtmaschine besteht aus einer SIEMENS S7-400 SPS, zwei FM458 Anwendungsfunktionsprozessoren, zwei EXM438 E/A-Modulen, zwei PROFBUS Netzwerkverarbeitungsmodulen, einem Ethernet-Verarbeitungsmodul, einem Netzteilmodul, einer 18-Steckplatz-Grundplatine und einer ET200 Remote-E/A-Station. 3.1 Chassis: Das Chassis bildet die Hardware-Basis der SIEMENS SPS und dient zur Aufnahme der verschiedenen Module. Dieses System verwendet ein 18-Steckplatz-Zentralchassis der SIEMENS S7-400. Das Chassis verfügt über einen internen Kommunikationsbus, der die interne Kommunikation zwischen den Modulen sowie die Kommunikation zwischen der CPU-416 und der FM-458 ermöglicht. 3.2 CPU-Steuerung: Das Steuerungssystem der Richtmaschine besteht aus einer SIEMENS S7-400 SPS mit einem CPU-416-Modul. Dieses Modul übernimmt die Logiksteuerung, die Positionsregelung des oberen und unteren Keils, die Netzwerkkommunikation, die Kommunikation mit der FM-458 sowie die E/A-Steuerungsfunktionen für die beiden Richtmaschinen. Die Entwicklungssoftware ist STEP7, und das System läuft unter Windows. In der NT-Umgebung werden für die Remote-E/A ET200-Stationen verwendet, und die Positionssensoren sind über das PROFBUS-Netzwerk und anschließend über Glasfaserkabel mit dem Host-Rechner verbunden. 3.3 Anwendungsfunktionsprozessoren: Zwei FM-458-Anwendungsfunktionsprozessoren und E/A-Module steuern die Positionsregelung (AGC) der Hauptpressvorrichtungen der Richtmaschinen 1 und 2. Sie laufen unter Windows NT. Die FM458-Anwendungsfunktionsprozessoren müssen auf einer S7-400-Basisplatine mit SIMATIC P-BUS- und K-BUS-Bussen platziert werden. Der FM458 kann 128-MHz-64-Bit-Gleitkommaoperationen ausführen und hat eine schnelle Zykluszeit von 0,1 ms. Seine E/A-Anschlüsse werden über das EXM438-E/A-Modul hergestellt, das digitale und analoge E/A sowie Inkremental- und Absolutwertgeberkanäle bereitstellt. 3.4 PROFBUS-Netzwerkkommunikationsmodul: Das PROFBUS-Netzwerkkommunikationsmodul ist für die Kommunikation innerhalb des Systems zuständig. Verteilte E/A-ET200-Stationen und Positionssensoren sind alle an das PROFBUS-Netzwerk angeschlossen. IV. Steuerfunktionen 4.1. Positionssteuerung der Hauptpressvorrichtung AGC Die Positionssteuerung der Hauptpressvorrichtung AGC ist ein wichtiges Steuerungsglied der Richtmaschine. Die Steuerung erfolgt über FM458 und CFC, um Positions- und Kraftsignale zu erfassen und zu berechnen, den entsprechenden AGC-Ausgangswert zu ermitteln und diesen an den Positionsregelkreis zur Positionsregelung auszugeben. Das Hauptregelungsverfahren besteht darin, dass die SPS die Kräfte an Ein- und Auslass erfasst, sie zur Gesamtkraft addiert und die Differenz ermittelt. 1) Die Gesamtkraft wird mit dem AGC-Koeffizienten multipliziert und der kalibrierte Rückprallkoeffizient subtrahiert, um den Integralsollwert zu erhalten. Dieser Sollwert wird dann vom Integralrückkopplungswert subtrahiert, um den Integraleingang zu erhalten, der dem Integrator zugeführt wird. Der Integratorausgang wird mit der synchronen Proportionalverstärkung Kp multipliziert, nach Amplitudenbegrenzung an den Positionsregelkreis ausgegeben und zum Positionsregelungssollwert addiert. Dies trägt zur Positionsregelung bei. 2) Die durch Subtraktion erhaltene Differenz wird mit dem AGC-Koeffizienten und anschließend mit dem Neigungskoeffizienten multipliziert, um den Integralsollwert zu erhalten. Der Sollwert wird vom Integralrückkopplungswert subtrahiert, um den Integraleingang zu erhalten, der dem Integrator zugeführt wird. Der Integratorausgang wird mit der synchronen Proportionalverstärkung Kp multipliziert und nach Begrenzung der oberen und unteren Amplitude an den Positions-Neigungs-Regelkreis ausgegeben und zum Positions-Sollwert addiert. Dies trägt zur Positionsregelung bei. 4.2 Geschlossene Positionsregelung der Hauptpressvorrichtung Jede Richtmaschine verfügt über vier Haupthydraulikzylinder, die direkt mit dem oberen Walzenrahmen der Richtmaschine verbunden sind. Der Hauptpresshydraulikzylinder ist direkt für den Richtvorgang verantwortlich, und seine Positionsgenauigkeit beeinflusst direkt die Richtqualität. Er wird mit FM458 programmiert und gesteuert, und das spezifische Blockschaltbild ist in der folgenden Abbildung dargestellt: Die geschlossene Regelung der Position des Haupthydraulikzylinders wird durch die SPS erreicht, indem der Positions-Synchronisations-Sollwert und der vom SMS-Modell empfangene Kalibrierungswert verglichen werden. Anschließend wird der tatsächliche Positions-Sollwert durch Vergleich mit dem Neigungswert, dem Rotationswert und dem AGC-Berechnungsausgangswert des SMS-Modells berechnet. Gleichzeitig wird der aktuelle Positionswert als Positionsrückmeldewert erfasst, vom Sollwert subtrahiert und die Differenz vom Proportionalrechner verarbeitet, um einen Ausgabewert zu generieren. Dieser Ausgabewert steuert das Servoventil, um den Hydraulikzylinder auf den Sollwert der Position zu bewegen. Bei sehr geringer Differenz zwischen Soll- und Istwert wird der Differenzintegrationsregelkreis aktiviert, um das Servoventil zu kompensieren. Die Steuerung der Haupthydraulikzylinder-Kalibrierphase erfolgt ausschließlich in der Kalibrierphase über einen Kraftregelkreis. In der Kalibrierphase befindet sich der obere Walzenrahmen der Richtmaschine zunächst in maximal geöffneter Position. Nach dem Start des Kalibrierbefehls wird der obere Walzenrahmen der Richtmaschine mittels Positionsregelung nach unten gedrückt. Sobald der obere Walzenrahmen vollständig auf dem Kalibrierpad aufliegt und der Kontaktdruck aller vier Haupthydraulikzylinder erreicht ist, generiert die SPS einen Befehl zum Umschalten des Positionsregelkreises der Haupthydraulikzylinder auf einen Kraftregelkreis. Die Steuerung erfolgt gemäß dem Sollwert F1.1. Sobald die Kraft aller vier Zylinder den Wert F1.1 erreicht, generiert die SPS einen weiteren Befehl zum Umschalten auf den Sollwert F1.2 und steuert die Anlage entsprechend. Sobald die Kraft aller vier Zylinder F1.2 erreicht hat, generiert die SPS einen Befehl zum Auslesen des aktuellen Werts als Kalibrierwert und hebt anschließend den oberen Walzenrahmen in die maximale Position. Damit ist die Kalibrierung abgeschlossen. IV. Prozessablauf: Der automatische Steuerungsprozess der Richtmaschine ist im Flussdiagramm dargestellt. V. Fazit: Die SIEMENS S7-416 SPS und der Anwendungsfunktionsprozessor FM458 sind multifunktionale, stabile Steuerungen, die sich für schnelle und komplexe Steuerungsaufgaben eignen. Die Verwendung eines FM458 für die hydraulische Positionssteuerung jeder Richtmaschine zur Realisierung von Positionserkennung, Positionsberechnung, Positionsregelung, logischer Verriegelung und Betriebsanzeige ist eine effektive Methode. Im Zuge der Erstellung dieses Artikels möchte ich Xiong Jin, Lei Ruiguang und Chen Junzhou von der Elektrogruppe Nr. 3 des Warmwalzwerks Nr. 2 der Wuhan Iron and Steel Automation Company meinen aufrichtigen Dank für ihre Unterstützung und Beratung aussprechen. Zugehörigkeit des Autors: Ausrüstungsabteilung, Eisen- und Stahlunternehmen, Wuhan Iron and Steel (Group) Corporation; Adresse: Changqian, Bezirk Qingshan, Wuhan 430083, China; E-Mail: [email protected]