CN103128142B - 基于plc控制的电工管弯管装置及其弯管方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PLC控制的电工弯管装置及其弯管方法，所述的弯管装置包括设置在基础平台上且含有动力单元、控制单元和执行单元的液压站以及设置在液压站后部的冷却单元和中频加热单元，还设置有内置PLC控制器的电器柜，所述的电器柜和所述的中频加热单元之间设置有用于弯管的摆臂结构；所述的弯管方法包括调整摆臂结构中的摆臂长度、夹持模具、给定煨弯角度值及回弹补偿值、煨弯加工等步骤。本发明的优点是：使用PLC对整个系统的工作过程进行控制，便于准确把握产品加工中加热煨弯和冷却定型的过程，解决了传统的弯制方式效率低下、成品质量极难控制以及经常在煨弯部位出现褶皱和椭圆度超标等质量缺陷的问题，提高了产品的合格率和加工效率。

Description

基于PLC控制的电工管弯管装置及其弯管方法

技术领域

本发明涉及一种弯管方法，更具体的说，本发明涉及一种基于PLC控制的电工弯管装置及其弯管方法。

背景技术

在工业电气施工中，大口径电工管的弯制加工，一直是困扰电气施工企业的一个难题。在传统的施工作业中，大口径电工管的弯制加工，大都采用液压弯管机来完成，而在使用液压弯管机进行加工作业时，往往存在以下缺陷：

(1)由于液压弯管机的加工方式是冷煨作业，成品的加工质量极难控制，经常出现煨弯部位褶皱或椭圆度超标等现象，致使产品的合格率和加工效率均处于比较低下的状态，严重的影响了电气安装工程的施工质量。

(2)由于使用液压弯管机进行弯管作业，产品的弯曲倍率均由加工模具来决定，所以，当被加工的电工管弯曲倍率有所改变时，就必须更换模具，因此，频繁的模具更换，致使加工成本提高。

(3)由于使用液压弯管机进行弯管作业，产品的弯曲半径只能采用手工测量的方式加以调整，所以，在加工过程中，需要经常停止煨弯作业，进行弯制角度的测量，不仅存在人为因素的测量误差，而且往往延误工时，以致影响整体工程的施工进度。

发明内容

本发明所要解决的问题，就是克服现有技术的缺陷，并为此提供一种基于PLC控制的电工弯管装置及其弯管方法，从而解决前述现有技术的电工管煨弯方式所存在的诸多问题。

本发明的技术方案如下：

一种基于PLC控制的电工弯管装置，包括基础平台，所述基础平台的前部设置有包含动力单元、控制单元和执行单元的液压站；所述液压站的后部设置有用于执行单元的冷却单元及中频加热单元；所述基础平台的尾部设置有内置PLC控制器的电器柜，所述的电器柜上设置有与所述的PLC控制器电连接的给定单元；所述的电器柜和所述的中频加热单元之间设置有用于弯管的摆臂结构。

所述的PLC控制器分别连接给定单元、动力单元、控制单元和检测单元，并与所述的给定单元、动力单元、控制单元和检测单元双向联络，所述的检测单元和控制单元分别连接执行单元，并与所述的执行单元双向联络；所述的PLC控制器包括具有14点24V DC输入、7点24V DC输出、4点模拟量输入、2点模拟量输出的西门子S7-200CPU224XP芯片，还包括具有4点模拟量输入的西门子EM231芯片。

所述的给定单元，包括2只具有显示功能的4-20mA芯片、1只5选1开关、1只启动按钮、2只用于显示工作状态的指示灯、1只用于液压泵控制的接触器以及3只中间继电器。

所述的执行单元，包括工作压力为20Mpa、流量为20L/min的液压缸，所述液压缸的工作压力和流量由2只电磁阀和1只比例阀予以控制，所述的液压缸为为行程2500mm的双向动作液压缸。

所述的检测单元，包括用于角度测量的补偿线路，所述的补偿线路包括内阻R1、R2、R3、R4以及通过电连接设置在所述摆臂结构上的可变旋转电位器RO，所述的补偿线路以其输出端Vout1和Vout2接入PLC控制器。

所述的摆臂结构，包括摆臂基座以及与所述的摆臂基座构成滑移副的基座立柱，还包括通过基座立柱安装在所述摆臂基座上且与所述的基座立柱构成滑移副的摆臂，所述的摆臂上设置有用于标示所述基座立柱与所述摆臂之间相对移动距离的第一刻度和第二刻度，所述摆臂的端部设置有对合结构的模具夹持装置，所述模具夹持装置内设置有对合结构的模具，所述的基座立柱上设置有连接检测单元中补偿线路的可变旋转电位器RO。

所述模具的内、外表面均设置有防滑纹，所述模具的规格分别为DN200、DN150、DN125、DN100、DN80。

所述的中频加热线圈由截面为方形的铜管制作，其上部设置为分别连接两根冷却水管的竖管，其底部设置为不闭合圆环，所述不闭合圆环的正面设置有沿其圆周均匀分布的若干个喷淋水孔，所述若干个喷淋水孔的中心线均向不闭合圆环的中心倾斜。

本发明的弯管方法包括以下步骤：

(1)根据需要煨弯加工的钢管外径与弯曲倍率调整所述摆臂结构中摆臂的长度，该长度等于被煨弯加工的钢管外径与弯曲倍率的乘积，该长度的两端分别以所述模具夹持装置的对合中心线与所述基座立柱的中心为界；

(2)根据需要煨弯加工的钢管规格选择模具并将其夹持在所述摆臂的端部；

(3)调整所述的基座立柱在所述摆臂基座上的位置，并使所述模具的中心与所述中频加热线圈的中心重合；

(4)将需要煨弯加工的钢管一端牢固夹持在所述的模具内，并使其另一端穿过所述的中频加热线圈；

(5)根据需要煨弯加工钢管的弯曲角度，通过给定单元进行角度及回弹补偿值的给定；

(6)按钮启动液压站运行，达到工作压力时，通过PLC控制器控制液压系统中的卸荷阀关闭，并使工作阀和比例阀打开，控制液压缸的柱塞移动，推动被模具夹持的钢管以所述的基座立柱为中心并以前述被煨弯加工的钢管外径与弯曲倍率的乘积所确定的摆臂长度为半径，开始对钢管进行煨弯加工；

(7)当检测单元检测到被煨弯钢管弯曲变形的角度与前述的给定值一致后，弯制工作结束，PLC控制器发出信号，使液压系统中的卸荷阀打开，工作阀关闭，液压缸柱塞退回原位。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)由于使用PLC对整个系统的工作过程进行控制，便于实现产品加工过程中加热煨弯和冷却定型的准确把握，避免钢管的煨弯部位出现褶皱或椭圆度超标等现象，从而提高产品的合格率和加工效率。

(2)由于使用PLC控制液压系统执行弯管的作业指令，且产品的弯曲倍率可以预先设定且连续可调，便于实现任意角度的大口径电工管的弯制加工，从而大大地提高了电气安装工程的施工质量。

(3)由于使用PLC控制摆臂结构中所述基座立柱在摆臂基座以及所述摆臂在基座立柱上的移动距离，且所述的摆臂上设置有与被煨弯钢管的规格相对应的弯曲半径的刻度值，故确定被煨弯钢管的弯曲半径时只需将所述摆臂调整到计算得出的刻度值处即可，无须在加工过程中再像现有技术停止作业以手工测量的方式加以调整，从而避免了人为因素的测量误差。

(4)由于可变旋转电位器RO安装在所述摆臂立柱转轴的端部，并可随摆臂立柱的轴心同步旋转，故在补偿线路的作用下，其旋转角度即为被煨弯钢管的弯曲角度，从而避免了影响产品弯制效果的测量误差。

(5)本发明的装置具有高精度、高成品率的优点，而采用本装置的加工方法可以使任意规格的大口径电工管实现任意角度和任意弯曲倍率的弯制加工，解决了传统的弯制方式加工效率低下、成品质量极难控制、经常在煨弯部位出现褶皱和椭圆度超标等质量缺陷的问题，大大提高了电气安装工序的施工质量，从而保证整体工程的生产进度。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是本发明装置的工作流程图。

图3是用于角度测量的补偿线路示意图。

图4是图1中摆臂结构的放大图。

图5是图4中所述摆臂结构的局部侧视图。

图6是图4中所述摆臂结构的后视图。

图7是图6中A处的放大图。

图8是图6中B处的放大图。

图9是图8中所述模具的端面图。

图10是图9的侧视图。

图11是本发明装置中冷却水管和中频加热线圈的连接状态示意图。

图12是图11中中频加热线圈的正视图。

图13是图12的侧视图。

图14是图12的后视图。

具体实施方式

为了解决现有技术的电工管煨弯方式所存在的诸多问题，本发明对现有技术进行了改进。以下结合附图及实施例对其改进作以详细说明，以便本发明的技术方案更容易被清楚理解。

图1示出了本发明装置的结构情况。

由图1可见，本发明基于PLC控制的电工弯管装置，包括基础平台1，所述基础平台1的前部设置有包含动力单元、控制单元和执行单元的液压站2；所述液压站2的后部设置有用于执行单元的冷却单元3及中频加热单元4；所述基础平台1的尾部设置有电器柜6，所述的电器柜6内设置有PLC控制器以及与所述的PLC控制器电连接的给定单元；所述的电器柜6和所述的中频加热单元4之间设置有用于弯管的摆臂结构5。

图2示出了本发明装置的工作流程。

由图2可见，所述的PLC控制器分别连接给定单元和动力单元，且与所述的给定单元和动力单元双向联络，此外，所述的PLC控制器还连接控制单元和检测单元，且与所述的控制单元和检测单元双向联络，所述的检测单元和控制单元分别连接执行单元，且所述的执行单元与所述的检测单元和控制单元双向联络。

所述的PLC控制器中，包括具有14点24V DC输入、7点24V DC输出、4点模拟量输入、2点模拟量输出的西门子S7-200CPU224XP芯片以及可以满足系统控制要求且具有4点模拟量输入的西门子EM231芯片各1只。

所述的给定单元中，包括具有显示功能的4-20mA芯片2只，5选1开关1只，启动按钮1只，用于显示工作状态的指示灯2只，用于液压泵控制的接触器1只，中间继电器3只。

所述的执行单元，包括前述液压站2中的液压缸，所述的液压缸为本发明工作动力的执行元件，其工作压力为20MPa，流量为20L/min，所述工作压力和流量的控制由液压系统中的2只电磁阀和1只比例阀来完成；所述的液压缸为双向动作液压缸，其柱塞的行程为2500mm。

所述的检测单元，包括用于角度测量的补偿线路和与之电连接且安装于所述摆臂结构5上的可变旋转电位器RO。

图3是检测单元中用于角度测量的补偿线路示意图。

图中标示的R0就是安装在摆臂结构5上的可变旋转电位器，R1、R2、R3、R4是线路的内阻，Vout1和Vout2是分别接入PLC控制器的补偿线路输出端。

图4是图1中摆臂结构5的放大图，图5是图4中所述摆臂结构5的侧视图。

由图4、图5可见，所述的摆臂结构5包括摆臂基座51以及安装在摆臂基座51上的摆臂52，所述摆臂基座51上设置有基座立柱54，所述摆臂52的端部设置有模具夹持装置55，所述的模具夹持装置55内设置有模具56，前述补偿线路中的可变定位器RO就安装在所述基座立柱54的旋转轴上。

图6是图4中所述摆臂结构5的后视图。

参照图6并结合图5可见,所述的基座立柱54与所述的摆臂基座51构成滑移副，所述的摆臂52与所述的基座立柱54构成另一个滑移副，两个滑移副的设置便于分别通过其相对移动的距离对被加工钢管的弯曲倍率进行灵活调整。

图7是图6中A处的放大图。

图7中所述摆臂52上第一刻度57和第二刻度58分别为不同的刻度值，其设置目的是方便确定被加工钢管的弯曲半径，不同的刻度值分别对应不同规格的被加工钢管的弯曲半径。

图8是图6中B处的放大图。

从图8可见，所述的模具加持装置55为对合结构，它通过法兰盘安装在所述摆臂52的端部。所述模具加持装置55的对合结构，可以方便调整其中心处的开空直径，便于根据需要煨弯加工的钢管型号和规格夹持不同规格的模具56。

图9、图10分别以端面图和侧视图示意了图8中所述模具56的结构。

由图9、图10可见，所述的模具56采用了与所述的模具加持装置55同样的对合结构，以便对其本身中心处的开孔直径进行调整，从而对多种不同规格的被煨弯加工的钢管实现可靠夹持。除此以外，本发明还在所述模具56的内、外表面设置了防滑纹561，用以增加其内、外表面的粗糙度，从而加大所述模具夹持装置55与所述模具56之间、所述模具56与被加工钢管之间、以及所述的模具56与模具56之间的夹持力。

图11示出了图1中来自冷却单元3的冷却水管31和来自中频加热单元4的中频加热线圈41的连接状态；图12、图13、图14分别以正视图、侧视图和后视图的方式示意了所述中频加热线圈41的结构。

参照图12、图13、图14并结合图11可见，所述的中频加热线圈41由截面为方形的铜管制作，其上部为两根竖管411，其下部为连接两根所述竖管411的不闭合圆环412；两根所述的竖管411分别连接两根冷却水管31，所述的不闭合圆环412用于穿过被煨弯加工的钢管，所述不闭合环管412的正面设置了沿其圆周均匀分布的喷淋水孔413，这些喷淋水孔413的中心线均向不闭合圆环管412的中心倾斜。

当被煨弯加工的钢管从所述不闭合圆环412的中心穿过时，由所述的PLC控制器控制中频电流通入所述的中频加热线圈41并对被煨弯加工的钢管加热。为使所述的中频加热线圈41在加热电流较大的情况下保持正常的工作状态，由所述的PLC控制器控制所述的冷却水管3向所述的中频加热线圈41中通入冷却水，并使该冷却水通过所述不闭合圆环412正面的喷淋水孔413喷出，对被加热煨弯的钢管快速冷却，以控制被煨弯钢管的弯制质量。

本发明中所用的模具56共设置有5套，其规格分别为DN200、DN150、DN125、DN100、DN80，这些模具56均可以通过对所述模具加持装置55中心处开空直径的调整获得可靠夹持。由于所述模具56中最小规格的DN80直径只有80mm，故当所述的模具加持装置55中心处的开空直径通过调整后仍然相对于规格DN80的模具外径过大时，则可以如图8所示的那样将一个内径可以契合于其外径的模具56套装在所述模具加持装置55的中心处，从而利用两个所述模具56内、外表面的防滑纹561实现两模具之间的可靠固定，并同时获得所述模具夹持装置55的可靠夹持，方便对多种不同规格的钢管进行煨弯加工。

本发明的弯管方法包括以下步骤：

(1)根据需要煨弯加工的钢管规格及弯曲倍率，调整摆臂结构5中所述摆臂52的长度，该长度的两端分别以所述模具夹持装置55的对合中心与所述基座立柱54的中心线为界，该长度的数值等于需要煨弯加工的钢管外径与其弯曲倍率的乘积；

(2)根据需要煨弯加工的钢管规格，选择相适合的模具56，并通过所述的模具夹持装置55将其夹持在所述摆臂结构5的摆臂52端部；

(3)沿所述的摆臂基座51移动调整所述基座立柱54的位置，并使所述模具56的中心与所述中频加热线圈41的中心重合；

(4)将需要煨弯加工的钢管一端放入所述的模具56内加以固定，并使其另一端穿过所述中频加热线圈41的不闭合圆环412的中心；

(5)根据需要煨弯加工钢管的弯曲角度，通过给定单元进行弯曲角度及回弹补偿值的给定；

(6)按下启动按钮，由PLC控制器发出开始信号，首先启动所述的液压站2使其运行，达到工作压力后，通过PLC控制器控制液压系统中的卸荷阀关闭，并使工作阀和比例阀打开，控制液压缸的柱塞移动，推动被所述模具56夹持的钢管以所述的基座立柱54为中心并以所述摆臂52的长度为半径，开始对钢管进行煨弯加工；

(7)当检测单元检测到被煨弯钢管弯曲变形的角度与前述的给定值一致后，弯制工作结束，PLC控制器发出信号，使液压系统中的卸荷阀打开，工作阀关闭，液压缸柱塞退回原位。

本发明的特点是：

(1)使用PLC对整个系统进行控制。

(2)通过安装在摆臂结构5上的可变旋转电位器R0实现角度测量，可以精确的测量出被加工钢管的弯曲角度。

(3)使用比例阀对液压油路进行控制，通过对液压缸柱塞推进速度的调整推动被加工钢管以所述的基座立柱54为中心并以所述摆臂52的长度为半径完成弯曲变形。

(4)使用PID算法对前述的比例阀进行控制，可以精确的控制前述推动被加工钢管完成弯曲变形的液压缸柱塞的行程。

(5)使用PLC控制并结合回弹补偿值的给定，可以实现对完成煨弯加工的钢管卸荷后的回弹补偿，以使弯制的角度更趋完美。

(6)通过PLC能够读取的电流值进行4mA-20mA范围的角度给定，虽然被煨弯钢管的常用角度为90°或90°-180°，但本发明却可以实现0°-180°之间任意角度的设置。

(7)通过PLC能够读取的电流值进行4mA-20mA范围的回弹补偿给定，可以实现0％-2％之间任意回弹量的角度补偿。

(8)通过对所述模具56自DN80至DN200之间任意规格的组合与更换，可以实现对不同型号的钢管弯制加工。

前述(5)中回弹补偿值的给定，可以通过经验值进行设置，比如：若要加工角度为90度的弯头，可以根据经验给定2度的回弹量，这样，所述PLC就会自动的将弯制角度设置为88度；同理，如果加工角度为60度，那么，给定2度的回弹量，则所述PLC就会将弯制角度自动设置为58度，以补偿被煨弯加工的钢管卸荷冷却后的回弹量。

以上参照附图和实施例，对本发明基于PLC控制的电工弯管装置及其弯管方法进行了示意性描述，该描述没有限制性。本领域的普通技术人员应能理解，在实际应用中，本发明中各部件的设置方式均可能发生某些改变，而其他人员在其启示下也可能做出相似设计。需要指出的是，只要不脱离本发明的设计宗旨，所有显而易见的改变及其相似设计，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于PLC控制的电工弯管装置，包括基础平台，所述基础平台的前部设置有包含动力单元、控制单元和执行单元的液压站；所述液压站的后部设置有用于执行单元的冷却单元及中频加热单元；所述基础平台的尾部设置有内置PLC控制器的电器柜，所述的电器柜和所述的中频加热单元之间设置有用于弯管的摆臂结构；其特征是：所述的电器柜上设置有与所述的PLC控制器电连接的给定单元，所述的PLC控制器还分别连接动力单元、控制单元和检测单元，并与所述的给定单元、动力单元、控制单元和检测单元双向联络，所述的检测单元和控制单元分别连接执行单元，并与所述的执行单元双向联络；所述的检测单元，包括含有内阻R1、R2、R3、R4的补偿线路，还包括通过电连接设置在所述摆臂结构上的可变旋转电位器RO，所述补偿线路的输出端Vout1和Vout2接入PLC控制器。

2.根据权利要求1所述的基于PLC控制的电工弯管装置，其特征是：所述液压站中的执行单元，包括工作压力为20Mpa、流量为20L/min的液压缸，所述液压缸的工作压力和流量由2只电磁阀和1只比例阀予以控制。

3.根据权利要求1所述的基于PLC控制的电工弯管装置，其特征是：所述的PLC控制器包括具有14点24V DC输入、7点24V DC输出、4点模拟量输入、2点模拟量输出的西门子S7-200 CPU 224XP芯片，还包括具有4点模拟量输入的西门子EM231芯片。

4.根据权利要求1所述的基于PLC控制的电工弯管装置，其特征是：所述的给定单元，包括2只具有显示功能的4-20mA芯片、1只5选1开关、1只启动按钮、2只用于显示工作状态的指示灯、1只用于液压泵控制的接触器以及3只中间继电器。

5.根据权利要求2所述的基于PLC控制的电工弯管装置，其特征是：所述的液压缸为行程2500mm的双向动作液压缸。

6.根据权利要求1所述的基于PLC控制的电工弯管装置，其特征是：所述的摆臂结构，包括摆臂基座以及与所述的摆臂基座构成滑移副的基座立柱，还包括通过基座立柱安装在所述摆臂基座上且与所述的基座立柱构成滑移副的摆臂，所述的摆臂上设置有用于标示所述基座立柱与所述摆臂之间相对移动距离的第一刻度和第二刻度，所述摆臂的端部设置有对合结构的模具夹持装置，所述模具夹持装置内设置有对合结构的模具，所述的基座立柱上设置有连接检测单元中补偿线路的可变旋转电位器RO。

7.根据权利要求6所述的基于PLC控制的电工弯管装置，其特征是：所述模具的内、外表面均设置有防滑纹，所述模具的规格分别为DN200、DN150、DN125、DN100、DN80。

8.根据权利要求1所述的基于PLC控制的电工弯管装置，其特征是：所述中频加热单元中的中频加热线圈由截面为方形的铜管制作，其上部设置为分别连接两根冷却水管的竖管，其底部设置为不闭合圆环，所述不闭合圆环的正面设置有沿其圆周均匀分布的若干个喷淋水孔，所述若干个喷淋水孔的中心线均向不闭合圆环的中心倾斜。

9.一种使用权利要求1至8中任一项所述的基于PLC控制的电工弯管装置进行弯管作业的方法，其特征是：该方法包括以下步骤：

(1)根据需要煨弯加工的钢管外径与弯曲倍率调整摆臂结构中摆臂的长度，该长度等于被煨弯加工的钢管外径与弯曲倍率的乘积，该长度的两端分别以模具夹持装置的对合中心线与基座立柱的中心为界；

(2)根据需要煨弯加工的钢管规格选择模具并将其夹持在摆臂的端部；

(3)调整基座立柱在摆臂基座上的位置，并使模具的中心与中频加热线圈的中心重合；

(4)将需要煨弯加工的钢管一端牢固夹持在模具内，并使其另一端穿过中频加热线圈；

(5)根据需要煨弯加工钢管的弯曲角度，通过给定单元进行角度及回弹补偿值的给定；

(6)按钮启动液压站运行，达到工作压力时，通过PLC控制器控制液压系统中的卸荷阀关闭，并使工作阀和比例阀打开，控制液压缸的柱塞移动，推动被模具夹持的钢管以基座立柱为中心并以前述被煨弯加工的钢管外径与弯曲倍率的乘积所确定的摆臂长度为半径，开始对钢管进行煨弯加工；

(7)当检测单元检测到被煨弯钢管弯曲变形的角度与前述的给定值一致后，弯制工作结束，PLC控制器发出信号，使液压系统中的卸荷阀打开，工作阀关闭，液压缸柱塞退回原位。