CN101700565B - 球墨铸铁管离心机的控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球墨铸铁管离心机的控制系统，设PLC(7)，数字阀(1)的控制装置为数字阀控制器(9)，所述的数字阀控制器(9)设有数字伺服阀，该数字伺服阀由步进电机驱动；所述的数字阀控制器(9)设有数字阀(1)的运动速度及位置的编码器(10)；所述的称重传感器(5)、驱动数字伺服阀的步进电机以及数字阀(1)上的编码器(10)分别通过信号线路与所述的PLC(7)连接。本发明还公开了该控制系统的控制方法。采用上述技术方案，提高了系统的安全性、可靠性和系统的抗干扰能力，特别适宜离心机操作环境与现有的维护水平，可以做到零调试和零维护，保证设备长期稳定地工作。

Description

球墨铸铁管离心机的控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于冶金工业生产的技术领域，涉及球墨铸铁管生产设备和工艺，更具体地说，本发明涉及一种球墨铸铁管离心机的控制系统。另外，本发明还涉及该控制系统的控制方法。

背景技术

目前的球墨铸铁管生产设备由三大部分组成：浇注系统、主机部分及拔管装置。

球墨铸铁管生产工艺过程是：铁水注入扇形包后，主机走到对应位置准备浇注。启动翻包油缸开始翻包，刚开始翻转时扇形包有一段空行程，当铁水流出时要求扇形包匀速翻转。铁水沿流槽流至主机内，开始浇注承口，此时主机油缸伸长到最大位置，待承口浇满后，主机匀速下行，主机油缸匀速收回。

在此过程中，翻包油缸一直匀速翻转至铁水接近承口处时，翻包缸反向收缩，扇形包回转约2度，等待下一次浇注。铁水浇至插口处时，主机油缸暂停，延时一段时间后继续下行，之后主机退出，拔管钳准备拔管，主机油缸快速伸长将铸管拔出，称重开始。

在整工艺个过程中，翻包采用比例伺服系统来控制翻包速度及翻转角度，主机走行过程定位及速度依靠普通油缸伸缩。称重信号在操作台采用二次表显示，操作工参考显示值与标准值差别，根据经验手动调节翻包翻转速度及主机走速来平衡下根管重。

上述现有的控制方式均为人工操作。由于翻包及走行速度与定位的精确度在整个生产过程中起着决定性作用，同时称重系统也直接关系到后续产品的质量问题，因此，仅以上述方式及经验值来操作已不能满足现有的工艺要求。

发明内容

本发明所要解决的第一个问题是提供一种球墨铸铁管离心机的控制系统，其目的是实现翻包与走行的数字阀速度和位置的精确自动控制。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明所提供的球墨铸铁管离心机的控制系统，所述球墨铸铁管离心机的执行机构包括数字阀，安装在翻包及主机上，接管位置安装称重传感器，所述的球墨铸铁管离心机的控制系统设PLC，所述的数字阀的控制装置为数字阀控制器，所述的数字阀控制器设有数字伺服阀，该数字伺服阀由步进电机驱动；所述的数字阀控制器设有数字阀的运动速度及位置的编码器；所述的称重传感器、驱动数字伺服阀的步进电机以及数字阀上的编码器分别通过信号线路与所述的PLC连接。

为使本发明更加完善，还进一步提出了以下更为详尽和具体的技术方案，以获得最佳的实用效果，更好地实现发明目的，并提高本发明的新颖性和创造性：

所述的PLC中设有电源模块、CPU模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块和开关量输出模块。

所述的PLC通过MPI现场总线与触摸屏连接。

所述的称重传感器为4只，分别通过信号线传送mV信号至称重信号变送器，所述的称重信号变送器转换输出4～20mA电流信号，通过信号线传送至PLC的模拟量输入模块。

所述的称重信号变送器输出称重信号与标准管重进行比较，将差值信号输送给所述的PLC，经PLC运算后以两组4～20mA电流形式输出至所述的数字阀控制器。

本发明要解决的第二个问题是提供以上所述的球墨铸铁管离心机的控制系统所采用的控制方法，该方法的技术方案是：

所述的称重传感器同时匹称重信号变送器，将称重结果以电流形式送至PLC7，为翻包及主机的速度与定位提供参考数据；

利用触摸屏选择管型；

管型选择完毕后，输入同等规格管型的浇注数量，点击“确认”键，实现自动运行；

CPU内部存储全自动程序，为节约读取时间提高控制精度，程序执行过程如下：

每种管型选取后，通过比较指令选取对应管型子程序，确认后调用此程序；

一种规格管型多只生产时，将接管到位信号作为重新调用程序的指令信号，同时提供计数指令；

每接一只管调用一次子程序，采用加指令完成一次加1计数；

最终当计数值与设定值相同，即同等规格浇注数量完成后停止生产计数，同时提供预警信号提醒操作人员；

在触摸屏上完成：在子程序中将各种参数设定值，均转换为浮点数；

称重信号进入PLC后也转换为浮点数；经过与标准管重比较做差后进行两组PID运算；

将两组运算结果分别提供给翻包及数字阀设定值进行累加；

累加结果根据PLC硬件要求转换为模拟量输出4～20mA信号匹配数据，将电流信号传送至数字阀控制器；

同时，每次称重信号待累加完毕后，信号自动清零，以便下组数据的填充。

本发明采用上述技术方案，所述的数字式离心机控制系统将原来复杂的速度控制和位置控制变成了简单的数字脉冲开环控制，因而大大提高了系统的安全性和可靠性，并且由于没有复杂的闭环反馈装置，也大大提高了系统的抗干扰能力，特别适宜离心机操作环境与现有的维护水平，从而大大提高了设备的可靠性，并且基本上可以做到零调试和零维护，可以保证设备长期稳定地工作。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明中的球墨铸铁管离心机结构示意图；

图2为图1所示结构的俯视示意图；

图3为本发明中的控制系统示意图。

图中标记为：

1、数字阀，2、翻包，3、主机，4、接管位置，5、称重传感器，6、称重信号变送器，7、PLC，8、触摸屏，9、数字阀控制器，10、编码器，11、信号线(传感器到变送器)，12、信号线(变送器到PLC)，13、MPI现场总线，14、信号线(PLC到数字阀控制器)，15、信号线(现场编码器到数字阀控制器)。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1、图2和图3所表达的本发明的结构，为一种球墨铸铁管离心机及其控制系统，本发明所提供的这种数字离心机控制系统包括：指令与检测系统、过程控制系统、执行机构三部分。所述指令与检测系统包括称重系统与触摸屏8。所述球墨铸铁管离心机的执行机构包括数字阀1，安装在翻包2及主机3上，接管位置4安装称重传感器5。所述的数字阀1包括数字阀控制器及数字阀本体。

本发明所要解决的问题是提供一种高精度、全自动的离心机控制系统，其目的是通过PLC为翻包2与走行的数字阀1提供准确的速度及定位值，同时通过检测每根管重，自动调节下根管生产过程中的油缸运行状态，实现精确自动控制。

为此，本发明提供的技术措施是：

如图3所示，本发明所提供的球墨铸铁管离心机的控制系统设PLC7，所述的数字阀1的控制装置为数字阀控制器9，所述的数字阀控制器9设有数字伺服阀，该数字伺服阀由步进电机驱动；所述的数字阀控制器9设有数字阀1的运动速度及位置的编码器10；所述的称重传感器5、驱动数字伺服阀的步进电机以及数字阀1上的编码器10分别通过信号线路与所述的PLC7连接。

所述过程控制系统为PLC7；指令与检测系统具备设定基本参数、传送现场一次信号的功能；过程控制系统接收指令后经内部程序运算传送给执行机构。整个过程简单易操作，同时所有状态值及检测值均为一次信号，运算、运行过程中均不需人工干预。

如图1所表达的本发明的结构是数字离心机全自动控制系统，所述系统所控制的主要设备为离心机翻包2与主机3内两部数字阀1。图2中接管位4处均布四台称重传感器5。图3内称重信号变送器6、触摸屏8及数字阀控制器9均安装于操作台位处。现场安装编码器10操作工只需每次在触摸屏8内设定管型数据及生产量点击确认键便可执行全自动运行。

以上所述的数字阀1是一个高度集成的液压元件，安装于翻包2及主机3上。接管位置4安装称重传感器5，将传感器电压信号通过称重信号变送器6转换为标准4～20mA电流信号送至PLC7。PLC7接收的各指令信号由触摸屏8统一给定。数字阀控制器9接收由PLC7输出4～20mA电流信号，转换为高频脉冲信号，数字阀1内部步进电机接收脉冲信号而转动，该转动带动数字伺服阀并转变为直线运动；数字阀控制器9通过采集现场编码器10数值来实现速度及位置反馈，从而实现精确调速与定位，达到高精度控制要求。

本发明的控制系统的具体实施示例分别如下：

一、PLC的构成：

本发明所述的PLC7中设有电源模块、CPU模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块和开关量输出模块。

二、PLC与数字阀控制器的连接：

本发明所述的PLC7通过信号线14与数字阀控制器9连接。

三、PLC与触摸屏的连接：

本发明所述的PLC7通过MPI现场总线13与触摸屏8连接。

所述触摸屏8均采集PLC7内部信号，根据各离心机管型对应输入1、2、3、……，点击确认键。PLC7内部调取对应管型程序，执行全自动运行。

四、现场编码器与数字阀控制器的连接：

本发明所述的现场编码器通过信号线15与数字阀控制器9连接。

五、称重传感器的信号传输：

本发明所述的称重传感器5为4只，分别通过信号线11传送mV信号至称重信号变送器6，所述的称重信号变送器6转换输出4～20mA电流信号，通过信号线12传送至PLC7的模拟量输入模块。

接管位置4设置称重传感器4只，通过信号线11)送mV信号至称重信号变送器6。称重信号变送器6转换输出4～20mA电流信号，通过信号线12传送至PLC7的模拟量输入模块。

六、称重信号变送器的信号连接：

本发明所述的称重信号变送器6输出称重信号与标准管重进行比较，将差值信号输送给所述的PLC7，经PLC7运算后以两组4～20mA电流形式输出至所述的数字阀控制器9。

称重信号变送器6输出称重信号与标准管重进行比较，将差值经PLC7运算后以两组4～20mA电流形式输出至翻包2与主机3走行的数字阀控制器(9)。

七、本发明提供的球墨铸铁管离心机的控制系统所采用的控制方法，该方法的技术方案是：

所述的称重传感器5同时匹称重信号变送器6，将称重结果以电流形式送至PLC7，为翻包2及主机3的速度与定位提供参考数据；

利用触摸屏8选择管型；

管型选择完毕后，输入同等规格管型的浇注数量，点击“确认”键，实现自动运行；

CPU7内部存储全自动程序，为节约读取时间提高控制精度，程序执行过程如下：

每种管型选取后，通过比较指令选取对应管型子程序，确认后调用此程序；

一种规格管型多只生产时，将接管到位信号作为重新调用程序的指令信号，同时提供计数指令；

每接一只管调用一次子程序，采用加指令完成一次加1计数；

最终当计数值与设定值相同，即同等规格浇注数量完成后停止生产计数，同时提供预警信号提醒操作人员；

在触摸屏8上完成：在子程序中将各种参数设定值，均转换为浮点数；

称重信号进入PLC7后也转换为浮点数；经过与标准管重比较做差后进行两组PID运算；

将两组运算结果分别提供给翻包2及数字阀1设定值进行累加；

累加结果根据PLC7硬件要求转换为模拟量输出4～20mA信号匹配数据，将电流信号传送至数字阀1控制设备；

同时，每次称重信号待累加完毕后，信号自动清零，以便下组数据的填充。

在所述指令与检测系统中，在接管位置4的四台称重传感器5同时匹配称重信号变送器6，将称重结果以电流形式送至PLC7，为下次翻包2及主机3的速度与定位提供参考数据。触摸屏8具备显示及操作功能：各设备运行状态及实时数据均可在线显示。同时，触摸屏8具备管型选择功能，为方便操作，将各种管型对应为阿拉伯数字，如DN80对应数字1、DN100对应数字2、DN125对应数字3，依次类推。管型选择完毕后，输入同等规格浇注数量(默认值为1)点击“确认”键实现自动运行，也可完成同种管型多枝生产的全自动过程。触摸屏8可根据工艺要求重新设定各管型的数字阀1速度、定位以及各种管重的标准值，设定完毕后点击“设定确认”键后执行更新后标准。同时触摸屏8具备自动/手动转换功能。

所述的CPU7内部存储全自动程序，为节约读取时间提高控制精度，程序编写细则如下：

每种管型选取后通过比较(CMP)指令选取对应管型子程序，确认后调用此程序。

同种管型多枝生产时，将接管到位信号作为重新调用程序的指令信号，同时提供计数指令。每接一枝管调用一次子程序，采用加(AND)指令完成一次加1计数。最终当计数值与设定值(同等规格浇注数量)相同后停止生产。同时提供预警信号提醒操作人员。

为保证运算的精确性，在子程序中将各种参数设定值(触摸屏8内完成)，均转换为浮点数。称重信号进入PLC7后也转换为浮点数。经与标准管重比较做差后进行两组PID运算。将两组运算结果分别提供给翻包2及走行数字阀1设定值进行累加。累加结果根据PLC7硬件要求转换为模拟量输出4～20mA信号匹配数据，将电流信号传送至数字阀1的控制设备。同时每次称重信号待累加完毕后，信号自动清零，以便下组数据的填充。

作为执行机构，数字阀1的控制设备接收PLC7输出4～20mA信号，并将电流信号转换为高频脉冲信号送至油缸内步进电机。由于所有元件均装在油缸内，当步进电机接收一个脉冲信号，油缸就移动一个固定的行程(如0.1mm)，当需要油缸移动10mm时，则连续向数字缸输出100个脉冲，当需要1秒钟移动10mm时，则输出频率为100/秒，若希望0.1秒走完10mm时，则输出频率取1000，以此类推。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种球墨铸铁管离心机的控制系统的控制方法，所述球墨铸铁管离心机的执行机构包括控制执行油缸的数字阀(1)，安装在翻包(2)及主机(3)上，接管位置(4)安装称重传感器(5)；

其特征在于：

所述的球墨铸铁管离心机的控制系统设PLC(7)，所述的数字阀(1)的控制装置为数字阀控制器(9)，所述的数字阀控制器(9)设有数字伺服阀，该数字伺服阀由步进电机驱动；所述的数字阀控制器(9)设有数字阀(1)的运动速度及位置的编码器(10)；所述的称重传感器(5)、驱动数字伺服阀的步进电机以及数字阀(1)上的编码器(10)分别通过信号线路与所述的PLC(7)连接；

所述的控制系统采用的控制方法为：

所述的称重传感器(5)同时匹配称重信号变送器(6)，将称重结果以电流形式送至PLC(7)，为翻包(2)及主机(3)的速度与定位提供参考数据；

利用触摸屏(8)选择管型；

管型选择完毕后，输入同等规格管型的浇注数量，点击“确认”键，实现自动运行；

所述的PLC(7)中设有CPU模块，所述的CPU模块内部存储全自动程序，为节约读取时间、提高控制精度，程序执行过程如下：

每种管型选取后，通过比较指令选取对应管型子程序，确认后调用此程序；

一种规格管型多只生产时，将接管到位信号作为重新调用程序的指令信号，同时提供计数指令；

每接一只管调用一次子程序，采用加指令完成一次加1计数；

最终当计数值与设定值相同，即同等规格浇注数量完成后停止生产计数，同时提供预警信号提醒操作人员；

在触摸屏(8)上完成：在子程序中将各种参数设定值，均转换为浮点数；

称重信号进入PLC(7)后也转换为浮点数；经过与标准管重比较做差后进行两组PID运算；

将两组运算结果分别提供给翻包(2)及数字阀(1)设定值进行累加；

累加结果根据PLC(7)硬件要求转换为模拟量输出4～20mA信号匹配数据，将电流信号传送至数字阀(1)控制设备；

同时，每次称重信号待累加完毕后，信号自动清零，以便下组数据的填充。

2.一种应用权利要求1所述的控制方法的球墨铸铁管离心机的控制系统，其特征在于：所述的PLC(7)中设有电源模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块和开关量输出模块。

3.按照权利要求2所述的球墨铸铁管离心机的控制系统，其特征在于：所述的PLC(7)通过MPI现场总线(13)与触摸屏(8)连接。

4.按照权利要求2所述的球墨铸铁管离心机的控制系统，其特征在于：所述的称重传感器(5)为4只，分别通过信号线(11)传送mV信号至称重信号变送器(6)，所述的称重信号变送器(6)转换输出4～20mA电流信号，通过信号线(12)传送至PLC(7)的模拟量输入模块。

5.按照权利要求2所述的球墨铸铁管离心机的控制系统，其特征在于：所述的称重信号变送器(6)输出称重信号与标准管重进行比较，将差值信号输送给所述的PLC(7)，经PLC(7)运算后以两组4～20mA电流形式输出至所述的数字阀控制器(9)。

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