APC位置自动控制,几个基本概念：1. 位置自动控制 在指定时刻将被控对象的 位置自动地控制到预先给定的目标值上，使 控制后的位置与目标位置之差保持在允许的 偏差范围之内的控制，通常简称为APC 。由 于所要求的位置量是预先给定的，所以又称 为预设定位置自动控制，或叫作APC设定。 在自动控制技术中，预设定位置自动控制是主要的控制方式之一。,2. 根据采用的控制装置不同，APC设定 可分为：DDC-APC当自动控制系统实施数字控制时的位置控制。SPC-APC当采用存储程序控制装置(SPC)进行的位置控制。PLC-APC用可编程序控制器(PLC)进行的位置控制。,3. 应用场合加热段：如炉前钢坯定位、推钢机行程控制、出钢机行程控制。轧制段：如立辊开口度设定、侧导板开口度设定、压下位置设定、轧辊速度设定、宽度计开口度设定等。其他：如夹送辊辊缝设定、助卷辊辊缝设定等,3.1 位置自动控制系统的基本组成和结构,一、APC系统的基本组成（以压下位置 自动控制系统为例 ）,二、 APC系统的的结构,由于采用了数字计算机，所以此系统是一个采样调节系统，系统的方块结构简图下图所示。,3.2 位置控制的基本要求和控制的基本 原理,一、位置控制的基本要求 1. 电机速度图的常用类型：等加（减）速度 和指数加（减） 速度，电动机的速度控制 一般是按梯形速度图进行的。,2. 位置自动控制的基本要求 为了准确地对轧制设备进行位置控制， 一般对位置自动控制有以下几点要求：电动机转矩不得超过电动机和机械系统的最大允许转矩；(2) 能在最短时间里完成定位动作，并且定位符合规定的精度要求；(3) 在控制过程中不应产生超调现象，并且系统应稳定；(4) 由于计算机是通过软件进行控制的，所以还要求控制算法简单。为了满足上述要求，必须按最佳控制曲线来进行控制。,二、位置控制的基本原理,理想定位过程的理论分析和控制算法（1）理想定位过程 设：位置偏差为S； 位置的初始偏差为So； 被控对象的最大线速 度为vm；最大允许加 速度和减速度都为am。 电机以am启动，使被控对象能迅速移动到 所要求的位置上，消除位置偏差使S=0。,（2）理想定位的控制算法 加速阶段： 位置偏差量 电机达到vm的时间 在t1时间内所消除的位置偏差为 则此时的位置偏差量, 减速阶段：要使S=0，且尽快达到， 必须综合考虑，即电机以vm继续移动 到什么时候进行减速，是一个很关键 的问题。通常解决的方法是采用最大 允许加速度和最大允许减速度相等的 原则。 在减速阶段移动的距离=加速阶段 移动的距离，即：S2=SO-S1，那么 速度减到零时，必定到达所要求的 设定位置，即S=0。,操作过程分3个阶段 1）首先以最大加速度am，加速到 v= vm； 2）维持v= vm运行直到S2 = ; 3）从 处开始，以最大减速度am减 速，直到v=0，S=0。,2. 系统实际情况分析及其控制（1）系统实际情况：受采样控制和传动装置 响应滞后的影响，使得切换时间不可能正 好是理想减速曲线的减速点，产生减速切 换过迟的情况，而减低位置控制的精度。（2）问题的解决采用双保险措施： 即在S=0附近的“抱闸” 有效范围内，依照 的规律，综合考虑相关因素，通 过经验+试验的方法，查找出一个小且合适 的常数，使 dv/dS = k，于是在位置设定值 附近 v 的变化较小，而易于减速切换。,当k确定后，则按v=ks判断开始减 速，此时其减速度设为：相应的最大的减速度： ；而系统的最大加速度是 ，故应分别进行讨论。也即分： 和讨论。,（3）速度整定曲线：将理想减速过程的 关系中的各切换点以折线 连接所表示的速度与位置偏差之间 的关系曲线，他是位置控制量实际 计算的依据。 实际位置控制时，减速时的位 置偏差量控制信号的计算就是按该 条件下的速度整定曲线进行的。,3.3 提高位置控制精度和可靠性的措施,一、间隙的消除 由电机驱动的被控对象，存在有齿隙，如减速齿轮传动中、位置检测环节（如自整角机发信机）中的被控对象是通过齿轮箱与电动机相连。为了消除间隙对位置设定精度的影响，位置自动控制系统在对某些控制回路（如带钢热连轧机的出钢机的控制、压下位置设定、立辊开口度设定、侧导板开口度设定等）设定时必须保证设备按单方向进行。,方法是：不论位置设定值是在当时实际位置的前方还是后方，计算机总是使电动机最后停止前的转向为某一规定方向。例如规定某方向为正向，那么如果位置设定值在当时实际位置的后方，然后再正转，调到所要求的位置上。这样就保证了设备在任何情况下，都能在固定的运动方向上停车，从而消除了间隙对位置设定精度的影响。,二、重复设定,由于惯性的作用，虽然偏差值S已 达到精度要求，但设备位置仍在继续移 动，结果会引起设定产生误差。 解决方法是：在位置自动控制过程中， 通常要连续进行三次设定，只有当连续 三次检测的偏差值均达目标要求，才判 为设定完成。,三、启动联锁条件的检查,当DDC计算机得到目标值之后，首先要检查该目标值是否合理，即检查它是否处于设备位置所能达到的最大值允许范围之内，若超出此有值范围，APC设定就不应进行，以防引起事故。 解决方法：在位置自动控制系统参与工作之前，必须检查该回路的联锁条件是否满足。,3.4 位置控制系统程序的公用性和程序 的组成,一、程序的公用性 1. 程序公用性的含义：对控制思想基本相同，完成控制过程的各个步骤相同，而控制的特点和控制参数各不相同（如减速度切换点、控制电压u、u = f（S）曲线对称或不对称、精度要求、间隙大小、运行的联锁条件等）时，在计算机中由一组APC程序（或称为APC程序包）来统一处理。,2. 程序公用性的目的：减少程序个数、 节约存贮器、节约时间、提高计算机 效率。 3. 对程序公用性的要求：既能解决它们 共同的问题，而又能兼顾每个回路的 特点。,4. 解决方法在存贮器中设立一种表格，称为APC表，表中存放该回路的目标值、允许误差、控制曲线的参数、采样周期、间隙值、联锁条件、过程输入输出信号的组号以及其他有关参数。每个回路对应于一个APC表 。,若干个APC回路由一台数字计算机通过APC程序实现位置自动控制。 在执行APC程序的过程中，对于不同控制对象的回路，只要以回路为索引去查相应的APC表，就可以根据该表注明的各项参数和标志位去进行相应的控制。,二、程序的组成,1.程序的组成（以DDC-APC为例）基本软件：主控程序、系统时间管理子程序及输出子程序。它们都是计算机操作系统的一部分。APC驱动器：它的功能是按一定的采样周期（如50s），周期性地检测被控量，计算出偏差值，然后向传动装置发出相应的控制信号，最后将被控量（如位置偏差）控制在规定的定位精度范围之内。,功能程序：它是一些人-机对话、与过程计算机联系的程序，受主控程序管理，按一定的优先级别投入运行。其主要功能程序有5项： 设定值读入程序：SCCDDC 启动检查程序：检查各回路是否符 合启动条件 启动准备程序：检查APC驱动器启动 条件是否满足,设定完成程序：在APC驱动程序之后 的一个程序监视报警程序：对位置DDC进行监视 DDC表格：表中存有每个回路的APC表，APC表中有该回路的各种设定值和实测值、判断程序的标志以及与DDC的有关参数等。APC驱动器和功能程序都要频繁地与DDC表格交换数据。,2.系统工作过程：采样中断之后，计算 机操作系统的有关程序、APC驱动器 投入工作，各功能程序则受主控程序 的管理，按优先级别顺序地投入运行， 进行DDC各个回路的计算（如辊缝设 定值、轧制速度设定值和侧导板设定 值等），从而得到所需的输出信号， 由操作系统子程序输出，去控制相应 设备的控制装置进行工作。,APC驱动器由外部时钟每隔50ms启动一次，它不受主控程序的管理，各个功能程序则受主控程序的管理，它们被规定为不同的程序优先级别和不同的处理周期。,3.5 存储程序控制的位置自动控制 （SPC-APC),一、SPC-APC的基本含义及其控制原理1.基本含义及应用场合 基本含义：是一种采用存储程序和人 工干预相结合的控制方式，即控制是 人为地事先按照一定的条件编制好的 轧制规程进行的，而当自动控制不能 进行时，系统是按以人工介入优先原 则采用人工干预进行处理。,特点：其数据的运算量不大与DDC-APC的最大差异主要是大量的逻辑判断在可逆轧制、翻钢频繁的初轧中，弥补计算机对图形识别能力较差而不能及时识别的特性应用场合：初轧、型钢、钢管和中厚 板等生产中，尤其普遍应用于初轧的 压下、推床、轧辊和前后辊道的控制 。,2. 控制原理：计算机根据事先编制好的代码查找相应的轧制规程号，随后由SPC装置适时地给出每道次设定数据的指令，由APC装置完成全部的控制。 以初轧的压下控制为例，控制框图如下：,在初轧的压下位置控制时，APC装置从自整角机（ST）以回转角为函数的位置实际值，经模-数变换（A/D）后，作为反馈信号构成闭环的APC系统。 SPC用的计算机按照道次自动地更新，给出每道次的设定值（S。），APC装置根据设定值和机械位置的实际值偏差（S=S-So），然后给出对应的速度指令，按照S的极性，来决定设备的开闭控制。,二、APC装置的调零 1.调零目的：设备开机前，由于电气和机械的原因，会使设备的实际位置与自整角机检测的信号之间产生偏差，计算机给出的初始值就不准确， 使精度下降，故须调零。2.调零方法：在设备检修之后，人到现场实测机械位置，将它作为调零的设定值，通过设定操作盘将它输给计算机，再按一下调零发信按钮(PBL），APC装置便能自动进行调零的运算，自动调整CPU的零位起始值。,（1）压下APC装置的调零 采用 “绝对值调零”方式，即上 下轧辊压靠，压靠时的压力可视情 况而定，将此时的位置作为压下装 置的零位，调零结束时应使轧辊的 实际位置与显示值一致或使二者之 间的偏差在允许偏差范围之内。,（2）推床APC装置的调零，有两种方式：绝对值调零：是在大修之后进行。左、 右推床分别以轧辊的端面(DS侧）为零 位，测量其实际位置而进行。 简易调零 ：是在SPC 、APC电源断电 又恢复后进行，使推床实际开口度与盘 上推床开口度显示值一致，必须在“绝对 调零”之后进行。调零的结束条件是SPC和APC电源正常后，推床实际开口度与盘上开口度显示值之间偏差值在允许范围之内。,