技术中心
 
 

基于PLC的液压伺服比例阀在无缝钢管生产过程中的应用

   日期:2007-07-12     作者:管理员    

 1  引言
     无缝钢管生产线按工艺流程一般分为三个区域:穿孔区;连轧区;定径区(张减区)。穿孔区主要负责把坯料加工成为中空的钢管(毛管);连轧区主要负责把毛管轧制成为符合要求的半成品(荒管);定径区(张减区)主要负责对荒管进行外径的微小修正。穿孔区的工艺为斜轧,对毛管质量起着关键作用的设备是主轧机及三辊抱芯。三辊抱芯由液压伺服比例阀控制,其主要作用是保证三辊抱芯的实际位置位于参考位置的偏差范围内,从而起到导向作用。

2  三辊抱芯功能简介
    三辊抱芯装置机械结构如图1所示。

基于PLC的液压伺服比例阀在无缝钢管生产过程中的应用如图


     三个导辊按照120o分布,其中下面两个导辊,上面一个导辊,三滚的内切圆直径即为其导向物料的外径。三个导辊由同一个液压缸控制,油缸的动作通过一系列的机械机构可以同时改变三个导辊的位置,(三辊的内切圆直径)。一般根据工艺不同,穿孔区一般安装6组三辊抱芯装置,每个三辊抱芯前有2对热探。

     轧制前三辊抱芯位于顶杆位置,对顶杆起到导向作

用。轧制过程中,随着坯料被轧制成为毛管,6对三辊抱芯在得到各自的热探信号后,依次打开到毛管位,对毛管进行导向。当轧制结束后,三辊抱芯同时旋至打开位置,翻料臂将毛管翻出。更换顶杆后,三辊抱芯再次旋至顶杆位,重复以上过程,轧制另一个毛管。

     在一根毛管轧制的过程中,三辊抱芯要动作3次,即顶杆位,毛管位,打开位,而这些动作均要求在0.5-1s内完成,并且保证1mm之内的位置偏差。所以三辊抱芯位置的精确度,动作快慢直接关系到整条生产线的运行以及产品的质量。

3  三辊抱芯控制

3.1 基本控制原理

    三辊抱芯的控制基本分为两种。

    (1)采用机械调整和节流阀配合驱动。这种方法的优点是驱动控制简单,设备动作时间短,即使用常规的三位四通阀,节流阀来控制液压缸的行程,但是这种方式的缺点也很明显,就是每次更换轧钢规格的时候都需要手动进行调节,浪费了大量的时间。其次是控制的精度比较低,对轧钢的质量造成很大的影响。

基于PLC的液压伺服比例阀在无缝钢管生产过程中的应用如图


    (2)用液压伺服比例阀进行控制,这种控制方法能很好的保证三辊抱芯的精度,一般误差都可以控制在0.5-1mm,此外如果采用单独的液压站来驱动6个三辊抱芯,系统压力比较稳定的情况下,其动作时间也能控制在0.5s内。更换轧钢规矩的时候,仅仅需要从HMI改变参考位置,节省了大量的时间。液压伺服比例系统的控制如图2所示。伺服比例阀通过自带的集成线性放大器,可以连续地调节伺服比例阀的开度,这是与普通液控阀的最大不同。由于伺服比例阀的开度是连续可调的,因此供给油缸的流量也是连续可调节的。这样就实现了对油缸的速度、推力的连续调节和控制,保证了三辊抱芯的位置总是在参考的位置范围内。

3.2  控制系统配置及软件实现

    采用ABB公司的AC450系列PLC控制。油缸的行程由内置的位移传感器给出4-20mA的模拟量输入信号。经过系统分析处理后,把开度指令转换成4-20mA的模拟量信号发送给伺服比例阀的集成放大器,控制其开度。由于输入的位移信号与三辊抱芯的开口度为线性关系,所以很容易推出它们之间的关系。具体步骤如图3所示(输入信号X;三辊抱芯的参考直径Y;输出信号Z,皆为4-20mA)。

基于PLC的液压伺服比例阀在无缝钢管生产过程中的应用如图


    (1)将标准管1(直径已知)放入三辊抱芯内,手动将三辊抱芯抱紧标准管。在次状况下,可以得到内置位移传感器的输入信号-X1,标准管的直径已知-Y1。

    (2)将另外一根标准管(直径已知)放入三辊抱芯内,手动将三辊抱芯抱紧标准管。在次状况下,可以得到内置位移传感器的输入信号-X2,标准管的直径已知-Y2。

    (3)将X1,X2,Y1,Y2带入方程式Y=kX+b,求得k,b,就可以得到实际位置。

    (4)参考位置ref pos-实际位置act pos=Δpos,然后进行PID调节,得到4-20mA的模拟量输出信号,作用于伺服比例阀的集成放大器,控制其开度。

    (5)PID调节程序的流程如图三所示。在本程序的PID调节器中,P,I调节是分开的。PLC系统首先检查实际位置与参考位置的偏差Δ,当偏差较大的时候,PI调节器均起作用,但主要是P(比例)调节,这样响应比较快,这时候PID调节器给出较大

的开度,使油缸高速、大推(拉)力运行;当偏差较小的时候,P调节停止,只有是I(积分)调节,这时候PID调节器给出较小的开度,使油缸低速、小推(拉)力运行。该程序在偏差不等于零的情况下,积分调节器就一直处于工作状态,这样就能保证实际位置无限靠近参考位置,一直处于动态调整中。

4  实际应用效果及调试注意事项

     PLC程序的PID控制在实际应用中起到了非常好的效果,偏差均能保证在1mm之内,动作时间能控制在0.5s。由于P,I调节是分开,当偏差大的时候,P快速调节;偏差小的时间,I进行微调。这样能既能保证运行时间又能保证定位的精度。实际调试中需要注意的几点:

    (1)6个三辊抱芯有时候同时动作,所以液体站必须保证稳定的压力,储压器要处于工作状态。
    (2)机械部件必须保证良好的润滑,负责摩擦阻力会影响油缸的运动。
    (3)液体部件要保证良好的密封,否则对系统的运行也十分不利。
    (4)调试中,P(比

例系数)的给定,积分系数,积分时间有比较好的配合;
此外PLC的扫描时间以及油缸位移传感器的采样时间要快,否则容易产生超调现象。

5  结束语

     该系统已经在衡阳无缝钢管厂,成都无缝钢管厂投入使用。系统运行可靠,定位精度、动作时间均能达到要求,为企业带来了可观的经济效益和良好的社会效益。


 

 
  
  
  
  
 
更多>同类技术
 
全年征稿 / 资讯合作
 
推荐图文
推荐技术
可能喜欢