CN104808569B - 开炼机闭环电动调距控制和主动安全保护装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种开炼机闭环电动调距控制和主动安全保护装置及方法，包括三台配有运动控制卡的驱动器，其中第一驱动器和第二驱动器分别与第一调距电机和第二调距电机相连接，第一调距电机和第二调距电机分别与调距辊的蜗轮蜗杆传动机构相连接；第三驱动器与开炼机主电机相连接，开炼机主电机与驱动调距辊和固定辊运转的齿轮传动机构相连接。本发明以三个运动控制卡为核心完成数据读入、计算、处理及控制输出，运动控制卡之间通过工业现场总线实现数据交换，HMI人机界面设备通过以太网通讯方式与运动控制卡实现数据交换，通过工业现场总线通讯方式与开炼机PLC控制器实现数据交换。本发明能够大大减少过载故障的发生、提高生产效率、保证了生产工艺。

Description

开炼机闭环电动调距控制和主动安全保护装置及方法
技术领域
本发明属于橡胶制造机械控制技术领域，具体涉及一种开炼机闭环电动调距控制和主动安全保护装置及方法。
背景技术
目前，开炼机调距控制技术主要是采用液压调距控制和普通交流电机开环调距控制。液压调距控制系统是通过控制比例流量控制阀实现对开炼机调距辊的辊缝大小的控制。但液压调距控制及安全保护系统的成本比较高，配套设备占用空间比较大，并且液压调距控制系统的油污影响橡胶的质量。普通交流电机开环调距控制是通过普通交流电机实现对开炼机调距辊的辊缝大小的开环控制，但不能保证负载变化时的辊缝稳定，开炼机工作时随负载的变化辊缝波动较大，不能保证开炼机的生产工艺。目前的开炼机安全保护装置是基于检测到负载过载时的一种被动保护，在液压调距控制时，当负载过载时，通过液压装置将调距辊打开实现对开炼机机械的保护；普通交流电机开环调距控制则是在过载时通过定载金属安全保护片的破碎实现对开炼机机械的保护。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种开炼机闭环电动调距控制和主动安全保护装置及方法，从而减少过载故障的发生，缩短过载故障的恢复时间。
本发明的技术方案如下：一种开炼机闭环电动调距控制和主动安全保护装置，包括三台配有运动控制卡的驱动器，所述的三台驱动器所配置的运动控制卡通过工业现场总线通讯模块彼此相互连接，并通过以太网通讯模块分别与HMI人机界面设备相连接，所述的HMI人机界面设备通过工业现场总线通讯模块与开炼机PLC控制器连接；所述的三台驱动器中的第一驱动器和第二驱动器分别与第一调距电机和第二调距电机相连接，第一调距电机和第二调距电机分别与开炼机调距辊两侧的蜗轮蜗杆传动机构相连接；第三驱动器与开炼机主电机相连接，开炼机主电机与用于驱动开炼机的调距辊和固定辊运转的齿轮传动机构相连接。
进一步，如上所述的开炼机闭环电动调距控制和主动安全保护装置，其中，所述的第一调距电机、第二调距电机、开炼机主电机上分别设有旋转编码器，各旋转编码器与所在电机对应的驱动器相连接，将各旋转编码器检测到的电机转速信号反馈到各驱动器。
进一步，如上所述的开炼机闭环电动调距控制和主动安全保护装置，其中，在所述的调距辊和固定辊之间的辊缝两端分别设有用于测量辊缝大小的位移传感器，两个位移传感器分别与第一驱动器和第二驱动器连接。
进一步，如上所述的开炼机闭环电动调距控制和主动安全保护装置，其中，在所述的调距辊两端分别设有用于测量调距辊所受压力的压力传感器，两个压力传感器分别与第一驱动器和第二驱动器连接。
一种采用上述装置的开炼机闭环电动调距控制和主动安全保护方法，开炼机PLC控制器通过工业现场总线通讯方式将工艺设定的辊缝值写入到第一驱动器和第二驱动器所配置的运动控制卡中，电动辊缝调距控制过程中采用高速逼近、低速定位、在允许的位置误差范围内时不做位置调节动作的位置闭环控制方式；当开炼机主电机电流达到最大值，而辊筒速度不能达到工艺速度时，则判断为负载太重，为避免辊筒间压力过大，主动适当地降低开炼机主电机的速度，如果情况依旧，则开炼机主电机的驱动器通过工业现场总线主动通知第一调距电机和第二调距电机的驱动器，及时将调距辊和固定辊之间的辊缝适当调大，一旦辊筒速度达速，则快速恢复原来的工艺辊缝，保证工艺过程。
如上所述的开炼机闭环电动调距控制和主动安全保护方法，进一步来说，当需要减小辊缝时两台调距电机电流达到最大值，而辊缝位置没有发生变化时，则判断为负载太重，为避免辊筒间压力过大，两台调距电机的驱动器及时主动地驱动调距电机适当打开辊缝，减轻辊筒间的压力，适当延时后，再次主动减小辊缝，可反复若干次，直到达到目标辊缝。
另一种采用上述装置的开炼机闭环电动调距控制和主动安全保护方法，对压力传感器的压力检测值设立三重门限，分别为调整极限值、工艺压力极限值和设备压力极限值；当压力检测值在调整极限值之上迅速变大时，为避免辊筒间压力超过工艺压力极限值，两台调距电机的驱动器及时主动地驱动调距电机适当打开辊缝，减轻辊筒间的压力，适当延时后，再次主动减小辊缝，可反复若干次，直到达到目标辊缝；当压力检测值达到工艺压力极限值时，应用两台调距电机快速打开辊缝，然后通过工业现场总线通知开炼机主电机的驱动器，使开炼机主电机急停并反转一个安全角度，最后系统停机；当压力检测值超过设备压力极限值时，通知系统急停保护。
本发明的有益效果如下：本发明的开炼机闭环电动调距控制克服了液压调距控制的成本比较高、检测信号单一、配套设备占用空间大、液压调距控制系统存在油污污染并且影响开炼机的橡胶产品质量等问题，克服了普通交流电机开环调距控制不能保证负载变化时的辊缝稳定和不能保证开炼机的生产工艺等问题；多重式主动安全保护装置克服了液压调距控制和普通交流电机开环调距控制时的过载保护的被动方式，首次提出将辊筒驱动电机的工况信息纳入主动安全保护，多重式的主动安全信息判断、主动调整工况消除过载趋势、过载保护后自动恢复等功能，大大减少了过载故障的发生、减少了过载故障的恢复时间、提高了生产效率、保证了生产工艺。
附图说明
图1为本发明开炼机闭环电动调距控制和主动安全保护装置的系统组成结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
本发明所提供的开炼机闭环电动调距控制和主动安全保护装置主要包括如下硬件组成：
三台配有运动控制卡、以太网通讯卡和总线通讯卡的驱动器；
HMI人机界面设备和操作面板方便进行数据设定、修改及显示；
两台动力伺服电动机、涡轮、涡杆和丝杠组成的调距传动机构；
两个压力传感器测量调距辊两端所受的压力；
两个位移传感器测量调距辊与固定辊之间的两端辊缝；
三个旋转编码器测量辊筒主驱动电机和两个调距动力伺服电机的转速；
外部传感器使用的直流稳压电源；
以太网通信使用的交换机；
控制箱。
如图1所示，三台驱动器1、2、3所配置的运动控制卡4、5、6通过工业现场总线通讯模块彼此相互连接，经工业现场总线通讯卡8进行数据传输，并通过以太网通讯卡7分别与HMI人机界面设备9相连接，所述的HMI人机界面设备9通过工业现场总线通讯模块与开炼机PLC控制器10连接。所述的三台驱动器中的第一驱动器1和第二驱动器2分别与第一调距电机11和第二调距电机12相连接，第一调距电机11和第二调距电机12分别与开炼机调距辊17两侧的蜗轮蜗杆传动机构13、14相连接；第三驱动器3与开炼机主电机15相连接，开炼机主电机15与用于驱动开炼机的调距辊17和固定辊18运转的齿轮传动机构16相连接。第一调距电机11、第二调距电机12、开炼机主电机15上分别设有旋转编码器，各旋转编码器与所在电机对应的驱动器相连接，将各旋转编码器检测到的电机转速信号反馈到各驱动器。在所述的调距辊17和固定辊18之间的辊缝两端分别设有用于测量辊缝大小的位移传感器20，两个位移传感器20分别与第一驱动器1和第二驱动器2连接；在所述的调距辊17两端分别设有用于测量调距辊所受压力的压力传感器19，两个压力传感器19分别与第一驱动器1和第二驱动器2连接。
本实例给出的应用于开炼机电动调距及主动安全保护装置，其主要组成部分的功能如下：
由驱动侧和操作侧两个驱动器1、2分别控制相对应的动力伺服调距电机11、12，电机自带的旋转编码器检测到速度信号通过编码器接口反馈到驱动器1、2形成闭环，通过闭环失量控制方式使调距电机按照运动控制卡4、5设定速度运转，调距电机11、12通过蜗轮蜗杆传动机构13、14与调距辊17相连。压力传感器19和位移传感器20通过模拟量的输入口接入到驱动器1、2，便于实时检测调距辊17的压力和调距辊17与固定辊18之间的辊缝。两个运动控制卡4、5之间通过RS485通讯协议进行数据交换，以保证调距电机11、12之间的同步性。开炼机PLC控制器10、驱动器3及控制开炼机主电机15的运动控制卡6以工业现场总线方式相连，进行数据交换。HMI人机界面设备9、工程师站或管理层网络和驱动器的以太网通讯模块通过交换机建立的Ethernet网络进行数据交换，以便对数据和程序进行修改、监视。开炼机主电机15的驱动器经旋转编码器测得电机速度，通过闭环控制模式驱动开炼机主电机15，经齿轮传动机构16驱动调距辊17和固定辊18运转。
开炼机闭环电动调距控制及主动安全保护装置，以三个运动控制卡为核心完成数据读入、计算、处理及控制输出，运动控制卡之间通过工业现场总线实现数据交换，HMI人机界面设备通过以太网通讯方式与运动控制卡实现数据交换，通过工业现场总线通讯方式与开炼机PLC控制器实现数据交换。输入接口包括开炼机电动调距装置的操作按钮信号的数字量输入接口、检测速度信号的旋转编码器接口、检测压力和辊缝的模拟量输入接口；输出接口是动力伺服电机风机的启动停止控制信号。HMI人机界面包括监控画面、参数设定、模拟量动态趋势画面以及报警记录界面等多个画面。
开炼机PLC控制器通过工业现场总线通讯方式将工艺设定的辊缝值写入到运动控制卡中，电动辊缝调距控制程序中采用高速逼近、低速定位、死区抗干扰（在允许的位置误差范围内时不做位置调节动作）的位置闭环控制方法，使在设定的辊缝偏差范围之内调距电机保持静止，从而减少了传动机构之间的磨损。例如：当设定辊缝值和实际辊缝值的相差值在1毫米以上时，电动辊缝调距以允许的最高速度逼近；相差值在1毫米以内时，电动辊缝调距以最高速度的三分之一的速度进行定位控制；而相差值在允许的辊缝位置偏差范围以内时，电动辊缝调距保持静止。
通过操作按钮两侧调距电机可以实现单动联动和自动三种工作方式，联动和自动工作模式下具有同步性保护措施，使调距辊两侧具有良好的同步性，同时系统更易于操作和维护。
本发明提供了多重主动式安全保护系统，包括三种检测判断方法及主动安全保护动作：辊筒驱动主机电流与速度关联判断法及主动安全保护动作、调距电机电流与位置关联判断法及主动安全保护动作，以及调距系统压力直接检测法及主动安全保护动作。
辊筒驱动主机电流与速度关联判断法及主动安全保护动作：当开炼机主电机（辊筒驱动电机）电流达到最大值，而辊筒速度不能达到工艺速度时，可以判断为负载太重，为避免辊筒间压力过大，首先应用辊筒驱动主机降速减压法，主动适当地降低辊筒驱动电机的速度（降低到辊筒间压力开始下降），如果情况依旧，则开炼机主电机的驱动器通过总线主动通知调距电机的驱动器，及时将辊缝适当调大打开（打开到辊筒间压力开始下降），一旦辊筒速度达到工艺速度，则快速恢复原来的工艺辊缝，保证工艺过程。
调距电机电流与位置关联判断法及主动安全保护动作：当需要减小辊缝时调距电机电流达到最大值，而辊缝位置没有发生变化时，可以判断为负载太重，为避免辊筒间压力过大，调距电机的驱动器可以及时主动地适当打开辊缝（打开到辊筒间压力开始下降），减轻辊筒间的压力，适当延时后，再次主动减小辊缝，可反复若干次，直到达到目标辊缝，若干次后仍然不能达到目标辊缝时，产生报警信号。
调距系统压力直接检测法及主动安全保护动作：对压力传感器的压力检测值设立三重门限，分别为调整极限值、工艺压力极限值和设备压力极限值，例如：对200吨规格的压力传感器，调整极限值一般为150吨、工艺压力极限值为170吨、设备压力极限值为190吨。压力检测值在调整极限值之上迅速变大即压力变化率过大时，为避免辊筒间压力超过工艺压力极限值，调距电机的驱动器可以及时主动地适当打开辊缝（打开到辊筒间压力开始下降），减轻辊筒间的压力，适当延时后，再次主动减小辊缝，可反复若干次，直到达到目标辊缝。压力检测值达到工艺压力极限值时，应用调距电机快速打开保护法和辊筒驱动主机急停反转停机保护法，快速打开辊缝（完全打开到设备的最大辊缝），同时通过总线通知辊筒驱动电机的驱动器，使辊筒电机急停并反转一个安全角度（反转角度在60°～90°），最后系统停机；压力检测值超过设备压力极限值时，通知系统急停保护。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种形式上的改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种开炼机闭环电动调距控制和主动安全保护方法，其特征在于：包括三台配有运动控制卡的驱动器(1、2、3)，所述的三台驱动器(1、2、3)所配置的运动控制卡(4、5、6)通过工业现场总线通讯模块(8)彼此相互连接，并通过以太网通讯模块(7)分别与HMI人机界面设备(9)相连接，所述的HMI人机界面设备(9)通过工业现场总线通讯模块(8)与开炼机PLC控制器(10)连接；所述的三台驱动器中的第一驱动器(1)和第二驱动器(2)分别与第一调距电机(11)和第二调距电机(12)相连接，第一调距电机(11)和第二调距电机(12)分别与开炼机调距辊(17)两侧的蜗轮蜗杆传动机构(13、14)相连接；第三驱动器(3)与开炼机主电机(15)相连接，开炼机主电机(15)与用于驱动开炼机的调距辊(17)和固定辊(18)运转的齿轮传动机构(16)相连接，在所述的调距辊(17)和固定辊(18)之间的辊缝两端分别设有用于测量辊缝大小的位移传感器(20)，两个位移传感器(20)分别与第一驱动器(1)和第二驱动器(2)连接；
开炼机PLC控制器通过工业现场总线通讯方式将工艺设定的辊缝值写入到第一驱动器和第二驱动器所配置的运动控制卡中，电动辊缝调距控制过程中采用高速逼近、低速定位、在允许的位置误差范围内时不做位置调节动作的位置闭环控制方式；当开炼机主电机电流达到最大值，而辊筒速度不能达到工艺速度时，则判断为负载太重，为避免辊筒间压力过大，主动适当地降低开炼机主电机的速度，降低到辊筒间压力开始下降，如果情况依旧，则开炼机主电机的驱动器通过工业现场总线主动通知第一调距电机和第二调距电机的驱动器，及时将调距辊和固定辊之间的辊缝适当调大打开，打开到辊筒间压力开始下降，一旦辊筒速度达速，则快速恢复原来的工艺辊缝，保证工艺过程。
2.如权利要求1所述的开炼机闭环电动调距控制和主动安全保护方法，其特征在于：当需要减小辊缝时两台调距电机电流达到最大值，而辊缝位置没有发生变化时，则判断为负载太重，为避免辊筒间压力过大，两台调距电机的驱动器及时主动地驱动调距电机适当打开辊缝，减轻辊筒间的压力，适当延时后，再次主动减小辊缝，可反复若干次，直到达到目标辊缝。
3.如权利要求1所述的开炼机闭环电动调距控制和主动安全保护方法，其特征在于：在所述的调距辊(17)两端分别设有用于测量调距辊所受压力的压力传感器(19)，两个压力传感器(19)分别与第一驱动器(1)和第二驱动器(2)连接；对压力传感器的压力检测值设立三重门限，分别为调整极限值、工艺压力极限值和设备压力极限值；当压力检测值在调整极限值之上迅速变大时，为避免辊筒间压力超过工艺压力极限值，两台调距电机的驱动器及时主动地驱动调距电机适当打开辊缝，减轻辊筒间的压力，适当延时后，再次主动减小辊缝，可反复若干次，直到达到目标辊缝；当压力检测值达到工艺压力极限值时，应用两台调距电机快速打开辊缝，然后通过工业现场总线通知开炼机主电机的驱动器，使开炼机主电机急停并反转一个安全角度，最后系统停机；当压力检测值超过设备压力极限值时，通知系统急停保护。
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