CN102989844A - 卷板机中升降辊位移控制装置 - Google Patents

Abstract

一种卷板机升降辊位移控制装置，采用位移闭环液压控制系统，该装置结构包括PLC控制器、HNC100控制器、液压缸、比例阀、人机界面；所述的液压缸上安装有位移检测传感器，且其两端油路上安装有压力传感器；人机界面上人工设定的目标位移参数传递给所述的HNC100控制器；HNC100完成输入信号和反馈信号的比较，PID调节比例阀开口度和开口方向，液压油通过比例阀进入液压缸，作用于活塞，控制辊子升降的速度和方向。本发明能够自动控制辊的升降动作，自动化程度高；能实时动态监测辊的位置；卷板工艺精度达到±0.2mm，满足高效、高精度、高规格卷板生产要求；过载保护性能好；操作简单。

Description

卷板机中升降辊位移控制装置

技术领域

本发明涉及一种机器部件位移控制装置，尤其是卷板机中辊的位移控制。

背景技术

卷板机是机械装备业，尤其是容器类制造业必备的机械设备，主要用来将不同种类的钢板按照设计要求卷制成筒体类机械部件，属于机械加工类设备。在我国卷制钢板厚度180mm以下由电机驱动或机械和液压混合式驱动的卷板机已有厂家生产，但是卷制钢板厚度超过180mm以上的全液压卷板机在国内还没有厂家生产，尤其是机、电、液一体化的大规格卷板机更是在国内属于空白。近年来随着石油炼化行业的发展，对筒体类零部件的要求发生了很大的变化，要求直径大、筒体钢板母材厚度增厚、材料强度增高、筒体承受的压力提高，这些无疑对卷制筒体的设备能力提出了更高的要求，国内的现有技术不能满足这些要求。

目前，有些卷板机升降辊的位移控制通过蜗杆蜗轮付(伞齿轮)丝母丝杠付进行，即蜗轮箱内设有蜗轮、蜗杆，丝杠在蜗轮中心丝母内随蜗轮的转动而上下运动，为机械传动，其缺点是在卷制厚板材时一旦出现超载，可能会导致卷板机机组机械零部件损坏，即过载保护性能差；有些卷板机升降辊位移控制通过液压缸内的液压油作用于活塞而获得，为液压传动，到位量由压力继电器控制，其缺点是控制精度不高；有些卷板机控制多采用操作按钮、手柄手动操作，其缺点是自动化程度低，生产效率低，且卷板过程中，只能通过人眼判断而系统不能实时监测辊的位置，容易出现卷板曲率不合适或板材异型等现象。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的上述缺陷，适应容器类制造业的发展需要，满足卷板机卷板技术进步的要求。

本发明提出了一种卷板机升降辊位移控制装置，技术方案是：

为了保证升降辊的位置精度以及同一个辊子两端升降同步性的精度，本发明采用位移闭环液压控制系统，应用位移闭环控制算法及自适应压力控制算法，设计了卷板机升降辊位移控制装置。该装置结构包括PLC控制器、HNC100控制器、液压缸、比例阀、人机界面；所述的液压缸上安装有位移检测传感器，且其两端油路上安装有压力传感器；所述的PLC控制器控制整个系统的通讯和控制，读取从现场压力传感器测回的压力、位移传感器测回的位移、比例阀的开口，并把这些值传给人机界面显示屏；把人机界面上人工设定的目标位移参数传递给所述的HNC100控制器；HNC100完成辊子目标位置(即输入信号)和位移传感器反馈位置(即反馈信号)的比较，并进行PID调节，把调节好的信号转换成电压信号输出到所述的比例阀，调节其开口度和开口方向，液压油通过比例阀进入液压缸，作用于活塞，控制辊子升降的速度和方向。

所述的比例阀是液压驱动换向高频响比例阀，该比例阀具有高频响应特性，反应速度快。液压换向高频响比例阀开口方向决定辊是上升还是下降运动，比例阀的开口大小决定液压油的输入量，由此决定辊升降运动快还是慢。

所述的PLC控制器和HNC100控制器之间采用PROFIBUS-DP通讯；PLC控制器和人机界面之间采用以太网通讯。

所述的人机界面，包括设定屏和显示屏；操作工人在人机界面设定屏上设定目标位移参数；在显示屏上实时监测辊的位置。

所述的PLC控制器型号为SIEMENS S7-400，所述的HNC100控制器采用Rexroth产品。

本装置只需操作工人输入辊子要到达的目标位置，其余控制自动完成，自动化程度高且操作简单。该装置运行步骤如下：

1.操作工人根据工艺参数把辊子要到达的目标位置设置在设定屏上；

2.PLC控制器读取设定的目标位置值并把该值传送给HNC100控制器；

3.HNC100控制器把设定的目标位置值转换成电压信号输出到液压换向高频响比例阀，液压油通过液压换向高频响比例阀进入液压缸，液压缸内的液压油推动活塞，从而使辊子升降；同时HNC100控制器把辊子实际位置值实时传送给PLC控制器，PLC控制器把该值传给人机界面显示屏进行显示；

4.如果已经达到目标位置则停止调节，如果没有达到目标位置，HNC100控制器把辊子的实际位置值和目标位置值进行比较得到位置差，然后进行PID调节消除偏差，直到实际位置值和目标位置值相等为止，使辊子始终保持在设定位置。

本发明能够自动控制辊的升降动作，自动化程度高；能实时动态监测辊的位置；卷板工艺精度达到±0.2mm，满足高效、高精度、高规格卷板生产要求；过载保护性能好；操作简单。

附图说明

图1为卷板机工作原理图，

其中：1上辊、2下辊、3前侧辊、4后侧辊、5钢板、6液压缸；

图2为本发明的位移闭环液压控制装置逻辑关系图；

图3为位移闭环液压控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

图1所示是卷板机工作原理图，上辊1固定，下辊2做垂直升降运动，前侧辊3、后侧辊4的升降沿着各自轨道运行，如图1中的虚线所示。在钢板5卷制过程中，首先通过提升下辊2来压紧钢板，通过升降前侧辊3、后侧辊4的高度卷制不同半径的钢板。板料5在整个成形过程中上辊1、下辊2始终处于夹紧状态，这便使设备可在自身最大工作能力下对各种厚度的板料进行弯卷成形。

图2所示是位移闭环液压控制装置逻辑关系图，PLC控制器在本发明中是核心控制器，控制整个系统的通讯和控制，读取从现场压力传感器测回的压力、位移传感器测回的位移、比例阀的开口，并把这些值传给人机界面显示屏进行显示；把操作工人在人机界面设定屏上设定的目标位移参数传递给HNC100控制器；HNC100完成辊子目标位置和实际位置的比较，并进行PID调节，把调节好的信号转换成电压信号输出到液压换向高频响比例阀，调节液压换向高频响比例阀的开口度和开口方向，因此决定液压油进入液压缸的方向和流量，液压油作用于液压缸内的活塞，控制辊子的升降方向和速度。

其中，PLC控制器和HNC100控制器之间采用PROFIBUS-DP通讯。PLC控制器和人机界面之间采用以太网通讯。所述的PLC控制器型号为SIEMENS S7-400，所述的HNC100控制器采用Rexroth产品。

图3所示是位移闭环液压控制原理图，描述了本装置的原理。

本装置操作步骤如下：

1.操作工人根据工艺参数把辊子要到达的目标位置设置在设定屏上；

2.PLC控制器读取设定的目标位置值并把该值传送给HNC100控制器；

3.HNC100控制器把设定的目标位置值转换成电压信号输出到液压换向高频响比例阀，液压油通过液压换向高频响比例阀进入液压缸，液压缸内的液压油推动活塞，从而使辊子升降；同时HNC100控制器把辊子实际位置值实时传送给PLC控制器，PLC控制器把该值传给人机界面显示屏进行显示；

4.如果已经达到目标位置则停止调节，如果没有达到目标位置，HNC100控制器把辊子的实际位置值和目标位置值进行比较得到位置差，然后进行PID调节消除偏差，直到实际位置值和目标位置值相等为止，使辊子始终保持在设定位置。

该装置在操作中只需操作工人输入辊子要到达的目标位置，其余控制自动完成，自动化程度高且操作简单。

系统采用位置闭环控制辊子的位置，精度可达±0.2mm。所谓位置闭环就是系统的控制以位置作为主要参考的数学函数：

$u\left(t\right)=K_{p}e\left(t\right)+\frac{K_p}{T_i}{\∫}_0^{t}e\left(t\right)\mathrm{dt}$

其中，u(t)为输出电压信号，e(t)为位置偏差信号，K_p为比例系数，T_i为积分时间常数。

注释：

注1：PLC是可编程逻辑控制器的简称，实际为一种工业控制计算机，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可用于各种规模的工业控制场合。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，组成各种控制系统容易，只用少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

注2：HNC是液压数字控制器简称，在电液位移同步应用中，能够满足控制精度和同步误差要求，简单易用。

注3：PID调节器，全称是比例积分微分调节器，是对被调量与给定值的偏差分别进行比例、微分和积分运算，取其和构成连续信号以控制执行器的模拟调节器。P的优点：响应速度快，调节动作迅速；I的优点：消除余差；D的优点：根据偏差信号的变化、趋势提前动作。

Claims (5)

1.一种卷板机升降辊位移控制装置，其特征是：该控制装置包括PLC控制器、HNC100控制器、液压缸、比例阀、人机界面；所述的液压缸上安装有位移检测传感器，且其两端油路上安装有压力传感器；所述的PLC控制器控制整个系统的通讯和控制，读取从现场压力传感器测回的压力、位移传感器测回的位移、比例阀的开口，并把这些值传给人机界面显示屏；把人机界面上人工设定的目标位移参数传递给所述的HNC100控制器；HNC100完成辊子目标位置(即输入信号)和位移传感器反馈位置(即反馈信号)的比较，并进行PID调节，把调节好的信号转换成电压信号输出到所述的比例阀，调节其开口度和开口方向，液压油通过比例阀进入液压缸，作用于活塞，控制辊子升降的速度和方向。

2.按权利要求1所述的卷板机升降辊位移控制装置，其特征是：所述的PLC控制器型号为SIEMENS S7-400，所述的HNC100控制器采用Rexroth产品。

3.按权利要求1所述的卷板机升降辊位移控制装置，其特征是：所述的PLC控制器和HNC100控制器之间采用PROFIBUS-DP通讯；PLC控制器和人机界面之间采用以太网通讯。

4.按权利要求1所述的卷板机升降辊位移控制装置，其特征是：所述的人机界面，包括设定屏和显示屏；操作工人在人机界面设定屏上设定的目标位移参数；在显示屏上实时动态监测辊的位置。

5.按权利要求1所述的卷板机升降辊位移控制装置，其特征是：所述的比例阀是液压驱动换向高频响比例阀，该比例阀具有高频响应特性，反应速度快。

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