CN104588493B - 矫圆装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种矫圆装置，用于对卷板机的侧辊与上辊之间的中心距进行实时调节，其特征在于，包括：设定部，用于设定所述侧辊与所述上辊之间的预定中心距；采集部，用于采集得到所述侧辊与所述上辊的实际中心距；执行部，与所述侧辊相连接；以及PID控制部，基于所述实际中心距与所述预定中心距控制所述执行部带动所述侧辊移动，包含：用于进行PID运算的PID运算单元以及控制单元，其中，所述PID运算单元根据所述实际中心距与所述预定中心距的偏差值进行PID运算得到运算结果，然后所述控制单元根据所述运算结果输出控制信号，所述执行部根据所述控制信号带动所述侧辊移动从而调节所述侧辊到所述上辊的所述中心距。

Description

矫圆装置及其控制方法

技术领域

本发明属于自动控制系统领域，具体涉及一种对卷板机的侧辊与上辊之间的中心距进行实时调节的矫圆装置及其控制方法。

背景技术

卷板机是一种将金属板材弯卷成所需要的圆形、弧形或锥形的加工设备，卷板机是利用三点成圆的原理进行工作的，通过调整卷板机的侧辊和上辊之间的相对位置来获得预定的形状。

但是，在实际操作的过程中，操作人员仅凭借以往的工作经验来调整上辊和侧辊之间的中心距从而获得直径不同的筒体或锥体。这样的操作不但没有考虑到金属板材的厚度对加工精度的影响，而且也没顾及到在加工过程中上辊和侧辊的中心距发生偏差从而使得成形的圆筒精度不高。所以，根据传统的经验在卷板机上进行矫圆，这样会造成很大的随机性，导致加工出的产品不能达到质量要求，也不符合装配要求，使生产效率大大降低。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种对卷板机的侧辊与上辊之间的中心距进行实时调节，从而实现高精度矫圆的矫圆装置及其控制方法。

本发明提供了一种矫圆装置，用于对卷板机的侧辊与上辊之间的中心距进行实时调节，其特征在于，包括：设定部，用于设定所述侧辊与所述上辊之间的预定中心距；采集部，用于采集得到所述侧辊与所述上辊的实际中心距；执行部，与所述侧辊相连接；以及PID控制部，基于所述实际中心距与所述预定中心距控制所述执行部带动所述侧辊移动，包含：用于进行PID运算的PID运算单元以及控制单元，其中，所述PID运算单元根据所述实际中心距与所述预定中心距的偏差值进行PID运算得到运算结果，然后所述控制单元根据所述运算结果输出控制信号，所述执行部根据所述控制信号带动所述侧辊移动从而调节所述侧辊到所述上辊的所述中心距。

在本发明提供的矫圆装置中，还可以具有这样的特征：其中，所述采集部包含：设在所述侧辊上采集相应的电信号的位移传感器以及将所述电信号转换为所述实际中心距的AD转换器，所述位移传感器是MSD-2-10高精度位移传感器。

在本发明提供的矫圆装置中，还可以具有这样的特征：其中，执行部包含：与侧辊相连接的液压缸以及根据控制信号调节阀芯开度的液压调节阀。

另外，本发明还提供了一种矫圆装置控制方法，用于对卷板机的侧辊与上辊之间的中心距进行实时调节，其特征在于，包括：通过设定部设定预定中心距；通过采集部采集实际中心距；将所述预定中心距与所述实际中心距的差值作为偏差值；以及对所述偏差值进行PID运算，相对应地得到所述控制信号，通过执行部根据所述控制信号带动所述侧辊移动。

发明的作用和效果

根据本发明所涉及的矫圆装置，因为采集部采集得到侧辊与上辊之间的实际中心距，PID控制部根据实际中心距与通过设定部设定的预定中心距的偏差值进行PID运算后输出控制信号，执行部根据控制信号带动侧辊移动从而调节侧辊到上辊的中心距，所以，本发明的矫圆装置实现对卷板机的侧辊到上辊的中心距进行实时调节，从而实现高精度矫圆。

附图说明

图1是本发明的实施例中矫圆装置的结构框图；

图2是本发明的实施例中数学模型图；

图3是本发明的实施例中PID运算框图；以及

图4是本发明的实施例中控制方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明矫圆装置及其控制方法作具体阐述。

图1是本发明的实施例中矫圆装置的结构框图。

如图1所示，在本实施例中，矫圆装置100用于对卷板机200的侧辊201到上辊202的中心距进行实时调节，从而对金属板材卷成的圆筒进行更高精度地矫圆，在本实施例中，卷板机200能够是倾斜下调式三辊卷板机或者对称式四辊卷板机，这两种卷板机都是通过控制侧辊和上辊之间的中心距实现高精度矫圆。

矫圆装置100包含：设定部10、采集部20、PID控制部30和执行部40。

设定部10用于设定侧辊201到上辊202的预定中心距。

采集部20用于采集得到侧辊201距离上辊202的实际中心间距值。采集部20包含：位移传感器和AD转换器。

位移传感器安装在侧辊201上，用于对侧辊201的位置状态进行检测，从而采集与侧辊201到上辊202之间距离相对应的电信号。在本实施例中，位移传感器采用型号是MSD-2-10的高精度位移传感，由于MSD-2-10位移传感器是基于霍尔原理的位移传感，测得的是电信号，与中心距d量纲不同，需要将测得的传感电信号送人AD转换器进行模数转换，AD转换器输出与d量纲相同的实际中心距。

PID控制部30根据实际中心距与预定中心距控制执行部40移动。PID控制部30包含：PID运算单元和控制单元。PID运算单元将实际中心距与预定中心距的偏差值进行PID运算并得到运算结果，控制单元根据运算结果输出控制信号。

执行部40根据控制信号带动侧辊201移动从而调节侧辊201到上辊202的中心距离。执行部40包含：DA转换单元、液压调节阀和液压缸。DA转换单元将PID控制部30输出的控制信号转换成液压调节阀能识别的阀芯控制信号，液压调节阀根据该阀芯控制信号调节阀芯的开度，从而调节液压缸的液体的流量。PID控制部30输出的控制信号与阀芯控制信号是一一对应的。液压缸与侧辊201相连接，液压缸根据液体的流量进行移动并且带动侧辊201进行移动。

图2是本发明的实施例中数学模型图。

如图2所示，上辊202的半径是r₁，侧辊201的半径是r₂、金属板材厚度是β、圆筒的半径是R、侧辊201在垂直方向的倾斜角是α，可以建立上辊202与侧辊201的理论中心距d与圆筒的半径R之间的数学关系式：

(R+r₂+β)²-(R-r₁+dcosα)²＝(dsinα)²

在已知圆筒半径为R的情况下，上辊202与侧辊201的理论中心距d的关系式为:

$d=(r_1-R)\cos \mathrm{\α}+\sqrt{{(R-r_1)}^2{\cos }^2\mathrm{\α}+2R(r_2+\mathrm{\β})+{(r_2+\mathrm{\β})}^2-{r_1}^2+2{\mathrm{Rr}}_1}$

在本实施例中，设定部10通过人机界面控制板实现，操作者在人机界面控制板上输入相对应的参数上辊202的半径r₁，侧辊201的半径r₂、金属板材厚度β、圆筒的半径R、侧辊201在垂直方向的倾斜角α，这些参数能够得到预定中心距。人机界面控制板还用于显示卷板机200当前的工作状态，操作者根据人机界面控制板能够进行实时检测。

图3是本发明的实施例中PID运算框图。

如图3所示，PID控制部30的PID运算单元将实际中心距与预定中心距的偏差值进行PID运算，即、进行比例、积分和微分运算。在本实施例中，PID控制部30是PID控制器，并且PID控制器的实现是通过处理器PLC，PLC有自带的PID的闭环控制模块，操作者只需设置一些参数即能使用。其中，PID控制器的比较单元(P)进行比例运算，能实时的成比例的反映偏差信号；积分单元(I)进行积分运算，能够消除静差，提高整个装置的无差度；微分单元(D)进行微分运算，能够反映偏差信号的变化趋势，从而有效防止偏差信号变得太大。PID的运算原理公式：

$u\left(t\right)=K_{P}e\left(t\right)+K_I{\∫}_0^{t}e\left(t\right)\mathrm{dt}+K_D\frac{d}{\mathrm{dt}}e\left(t\right)$

上式中u(t)是输出的控制信号，e(t)是实际中心距d₁(t)和理论中心距d(t)的偏差信号；K_Pe(t)是比例项，K_P是比例系数；是积分项、K_I是积分系数；是微分项，K_D是微分系数。

图4是本发明的实施例中控制方法流程图。

如图4所示，在本实施例中，矫圆装置100的控制方法的流程包括以下步骤：

步骤S1，通过设定部10设定预定中心距，然后进入步骤S2。

步骤S2，位移传感器采集与侧辊201与上辊202之间相应的电信号，然后进入步骤S3。

步骤S3，AD转换器将电信号转换为实际中心距，然后进入步骤S4。

步骤S4，PID控制部30将实际中心距减去预定中心距，得到偏差值，然后进入步骤S5。

步骤S5，PID运算单元将偏差值进行PID运算得到运算结果，控制单元根据运算结果输出控制信号，然后进入步骤S6。

步骤S6，DA转换单元将输出的控制信号转换为阀芯控制信号，然后进入步骤S7。

步骤S7，液压调节阀根据阀芯控制信号控制阀芯的开度，从而调节液体流量，然后进入步骤S8。

步骤S8，液压缸根据流量移动，并且带动侧辊201移动，然后进入结束状态。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的矫圆装置，因为采集部采集得到侧辊与上辊之间的实际中心距，PID控制部根据实际中心距与通过设定部设定的预定中心距的偏差值进行PID运算后输出控制信号，执行部根据控制信号带动侧辊移动从而调节侧辊到上辊的中心距，所以，本实施例的矫圆装置实现对卷板机的侧辊到上辊的中心距进行实时调节，从而实现高精度矫圆。

在本实施例中，由于位移传感器是MSD-2-10高精度位移传感器，传感精度可达0.5μm，并且线性度好、灵敏度高且频率响应快所以，本实施例具有能够精确测得侧辊位置的优点。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种矫圆装置，用于对卷板机的侧辊与上辊之间的中心距进行实时调节，从而对板材进行弯卷形成圆筒，其特征在于，包括：

设定部，用于输入所述上辊的半径、所述侧辊的半径、所述板材的厚度、所述侧辊在垂直方向的倾斜角、以及所述圆筒的预定半径，并且用于计算出所述侧辊与所述上辊之间的预定中心距；

采集部，用于采集得到所述侧辊与所述上辊的实际中心距；

执行部，与所述侧辊相连接；以及

PID控制部，基于所述实际中心距与所述预定中心距控制所述执行部带动所述侧辊移动，包含：用于进行PID运算的PID运算单元以及控制单元，

其中，所述设定部建立数学模型：

$d=(r_1-R)cos\mathrm{\α}+\sqrt{{(R-r_1)}^2{\cos }^2\mathrm{\α}+2R(r_2+\mathrm{\β})+{(r_2+\mathrm{\β})}^2-r_1^2+2{\mathrm{Rr}}_1}$

式中：r₁表示所述上辊的半径，r₂表示所述侧辊半径，β表示所述板材的厚度，R表示所述圆筒的半径，α表示所述侧辊所述倾斜角，d表示所述侧辊与所述上辊之间的所述预定中心距，

根据所述数学模型计算得到所述预定中心距，

所述PID运算单元根据所述实际中心距与所述预定中心距的偏差值进行PID运算得到运算结果，然后所述控制单元根据所述运算结果输出控制信号，

所述执行部根据所述控制信号带动所述侧辊移动从而调节所述中心距。

2.根据权利要求1所述的矫圆装置，其特征在于：

其中，所述采集部包含：设在所述侧辊上采集相应的电信号的位移传感器以及将所述电信号转换为所述实际中心距的AD转换器，

所述位移传感器是MSD-2-10高精度位移传感器。

3.根据权利要求1所述的矫圆装置，其特征在于：

其中，所述执行部包含：与所述侧辊相连接的液压缸以及根据所述控制信号调节阀芯开度的液压调节阀。

4.一种使用上述权利要求1-3中任意一项的所述矫圆装置的矫圆装置控制方法，用于对卷板机的侧辊与上辊之间的中心距进行实时调节，从而对板材进行弯卷形成圆筒，其特征在于，包括：

通过设定部得到预定中心距；

通过采集部采集实际中心距；

将所述预定中心距与所述实际中心距的差值作为偏差值；以及

对所述偏差值进行PID运算，相对应地得到所述控制信号，

通过执行部根据所述控制信号带动所述侧辊移动，

其中，所述设定部通过建立数学模型：

$d=(r_1-R)cos\mathrm{\α}+\sqrt{{(R-r_1)}^2{\cos }^2\mathrm{\α}+2R(r_2+\mathrm{\β})+{(r_2+\mathrm{\β})}^2-r_1^2+2{\mathrm{Rr}}_1}$

式中：r₁表示所述上辊的半径，r₂表示所述侧辊半径，β表示所述板材的厚度，R表示所述圆筒的半径，α表示所述侧辊所述倾斜角，d表示所述侧辊与所述上辊之间的所述预定中心距，

根据所述数学模型计算得到所述预定中心距。