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廈門光沃自動(dòng)化設(shè)備有限公司

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 IC698PSA350 

 1  引言
     無(wú)縫鋼管生產(chǎn)線按工藝流程一般分為三個(gè)區(qū)域:穿孔區(qū);連軋區(qū);定徑區(qū)(張減區(qū))。穿孔區(qū)主要負(fù)責(zé)把坯料加工成為中空的鋼管(毛管);連軋區(qū)主要負(fù)責(zé)把毛管軋制成為符合要求的半成品(荒管);定徑區(qū)(張減區(qū))主要負(fù)責(zé)對(duì)荒管進(jìn)行外徑的微小修正。穿孔區(qū)的工藝為斜軋,對(duì)毛管質(zhì)量起著關(guān)鍵作用的設(shè)備是主軋機(jī)及三輥抱芯。三輥抱芯由液壓伺服比例閥控制,其主要作用是保證三輥抱芯的實(shí)際位置位于參考位置的偏差范圍內(nèi),從而起到導(dǎo)向作用。

2  三輥抱芯功能簡(jiǎn)介
    三輥抱芯裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

基于PLC的液壓伺服比例閥在無(wú)縫鋼管生產(chǎn)過程中的應(yīng)用如圖


     三個(gè)導(dǎo)輥按照120o分布,其中下面兩個(gè)導(dǎo)輥,上面一個(gè)導(dǎo)輥,三滾的內(nèi)切圓直徑即為其導(dǎo)向物料的外徑。三個(gè)導(dǎo)輥由同一個(gè)液壓缸控制,油缸的動(dòng)作通過一系列的機(jī)械機(jī)構(gòu)可以同時(shí)改變?nèi)齻€(gè)導(dǎo)輥的位置,(三輥的內(nèi)切圓直徑)。一般根據(jù)工藝不同,穿孔區(qū)一般安裝6組三輥抱芯裝置,每個(gè)三輥抱芯前有2對(duì)熱探。

     軋制前三輥抱芯位于頂桿位置,對(duì)頂桿起到導(dǎo)向作

用。軋制過程中,隨著坯料被軋制成為毛管,6對(duì)三輥抱芯在得到各自的熱探信號(hào)后,依次打開到毛管位,對(duì)毛管進(jìn)行導(dǎo)向。當(dāng)軋制結(jié)束后,三輥抱芯同時(shí)旋至打開位置,翻料臂將毛管翻出。更換頂桿后,三輥抱芯再次旋至頂桿位,重復(fù)以上過程,軋制另一個(gè)毛管。

    在一根毛管軋制的過程中,三輥抱芯要?jiǎng)幼?次,即頂桿位,毛管位,打開位,而這些動(dòng)作均要求在0.5-1s內(nèi)完成,并且保證1mm之內(nèi)的位置偏差。所以三輥抱芯位置的精確度,動(dòng)作快慢直接關(guān)系到整條生產(chǎn)線的運(yùn)行以及產(chǎn)品的質(zhì)量。

3  三輥抱芯控制

3.1 基本控制原理

    三輥抱芯的控制基本分為兩種。

    (1)采用機(jī)械調(diào)整和節(jié)流閥配合驅(qū)動(dòng)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)控制簡(jiǎn)單,設(shè)備動(dòng)作時(shí)間短,即使用常規(guī)的三位四通閥,節(jié)流閥來(lái)控制液壓缸的行程,但是這種方式的缺點(diǎn)也很明顯,就是每次更換軋鋼規(guī)格的時(shí)候都需要手動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié),浪費(fèi)了大量的時(shí)間。其次是控制的精度比較低,對(duì)軋鋼的質(zhì)量造成很大的影響。

基于PLC的液壓伺服比例閥在無(wú)縫鋼管生產(chǎn)過程中的應(yīng)用如圖


    (2)用液壓伺服比例閥進(jìn)行控制,這種控制方法能很好的保證三輥抱芯的精度,一般誤差都可以控制在0.5-1mm,此外如果采用單獨(dú)的液壓站來(lái)驅(qū)動(dòng)6個(gè)三輥抱芯,系統(tǒng)壓力比較穩(wěn)定的情況下,其動(dòng)作時(shí)間也能控制在0.5s內(nèi)。更換軋鋼規(guī)矩的時(shí)候,僅僅需要從HMI改變參考位置,節(jié)省了大量的時(shí)間。液壓伺服比例系統(tǒng)的控制如圖2所示。伺服比例閥通過自帶的集成線性放大器,可以連續(xù)地調(diào)節(jié)伺服比例閥的開度,這是與普通液控閥的最大不同。由于伺服比例閥的開度是連續(xù)可調(diào)的,因此供給油缸的流量也是連續(xù)可調(diào)節(jié)的。這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)油缸的速度、推力的連續(xù)調(diào)節(jié)和控制,保證了三輥抱芯的位置總是在參考的位置范圍內(nèi)。

3.2  控制系統(tǒng)配置及軟件實(shí)現(xiàn)

    采用ABB公司的AC450系列PLC控制。油缸的行程由內(nèi)置的位移傳感器給出4-20mA的模擬量輸入信號(hào)。經(jīng)過系統(tǒng)分析處理后,把開度指令轉(zhuǎn)換成4-20mA的模擬量信號(hào)發(fā)送給伺服比例閥的集成放大器,控制其開度。由于輸入的位移信號(hào)與三輥抱芯的開口度為線性關(guān)系,所以很容易推出它們之間的關(guān)系。具體步驟如圖3所示(輸入信號(hào)X;三輥抱芯的參考直徑Y(jié);輸出信號(hào)Z,皆為4-20mA)。

基于PLC的液壓伺服比例閥在無(wú)縫鋼管生產(chǎn)過程中的應(yīng)用如圖


    (1)將標(biāo)準(zhǔn)管1(直徑已知)放入三輥抱芯內(nèi),手動(dòng)將三輥抱芯抱緊標(biāo)準(zhǔn)管。在次狀況下,可以得到內(nèi)置位移傳感器的輸入信號(hào)-X1,標(biāo)準(zhǔn)管的直徑已知-Y1。

    (2)將另外一根標(biāo)準(zhǔn)管(直徑已知)放入三輥抱芯內(nèi),手動(dòng)將三輥抱芯抱緊標(biāo)準(zhǔn)管。在次狀況下,可以得到內(nèi)置位移傳感器的輸入信號(hào)-X2,標(biāo)準(zhǔn)管的直徑已知-Y2。

    (3)將X1,X2,Y1,Y2帶入方程式Y(jié)=kX+b,求得k,b,就可以得到實(shí)際位置。

    (4)參考位置ref pos-實(shí)際位置act pos=Δpos,然后進(jìn)行PID調(diào)節(jié),得到4-20mA的模擬量輸出信號(hào),作用于伺服比例閥的集成放大器,控制其開度。

    (5)PID調(diào)節(jié)程序的流程如圖三所示。在本程序的PID調(diào)節(jié)器中,P,I調(diào)節(jié)是分開的。PLC系統(tǒng)首先檢查實(shí)際位置與參考位置的偏差Δ,當(dāng)偏差較大的時(shí)候,PI調(diào)節(jié)器均起作用,但主要是P(比例)調(diào)節(jié),這樣響應(yīng)比較快,這時(shí)候PID調(diào)節(jié)器給出較大

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