CN105537282A - 穿孔机机内辊控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种穿孔机机内辊控制系统及其控制方法，该控制系统包括：电流输出模块，用于输出预定范围的电流值；比例阀，用于根据所述电流输出模块输出的电流值对自身的开度进行调节；机内辊液压缸，用于根据所述比例阀的开度调整自身的运动速度，以控制机内辊的位置输出；位移传感器，用于检测所述机内辊液压缸的位移变化；控制器，包括第一反馈单元，用于将所述位移传感器检测的位置变化与给定目标位置进行比较，以通过PI控制对所述电流输出模块的输出进行反馈补偿。本发明解决了现有技术中穿孔机机内辊采用比例阀控制，存在零位飘移、输出特性变化而导致机内辊定位不准的问题，提高了定位准确度，进一步地，也增加了安全性。

Description

穿孔机机内辊控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及钢管生产设备技术领域，具体来说，涉及一种穿孔机机内辊控制系统及其控制方法。

背景技术

穿孔机机内辊是距离穿孔机主机最近的三辊导向装置，其对于毛管的壁厚精度起着相当重要的作用。在设备生产时，机内辊首先需要抱紧穿孔机的顶杆，对顶杆形成有力的支撑。当穿孔机进行穿孔过程钢坯经过主机时，机内辊要迅速打开至抱毛管位置，对毛管的转动范围形成限制。穿孔机生产工艺要求其位置控制性能比较高。

现有穿孔机机内辊采用比例阀控制，使用的控制方法较为陈旧，再加上比例阀工作一段时间后存在零位飘移、输出特性变化等情况，有时会在轧制过程中出现机内辊定位不准导致卡钢等停机情况，给生产造成损失。

针对相关技术中的上述问题，目前尚未提出有效地解决方案。

发明内容

本发明提供一种穿孔机机内辊控制系统及控制方法，以解决现有技术中穿孔机机内辊采用比例阀控制，存在零位飘移、输出特性变化而导致机内辊定位不准的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种穿孔机机内辊控制系统，该控制系统包括：电流输出模块，用于输出预定范围的电流值；比例阀，用于根据电流输出模块输出的电流值对自身的开度进行调节；机内辊液压缸，用于根据比例阀的开度调整自身的运动速度，以控制机内辊的位置输出；位移传感器，设置于机内辊液压缸内，用于检测机内辊液压缸的位移变化；控制器，包括第一反馈单元，第一反馈单元用于将位移传感器检测的位置变化与给定目标位置进行比较，以通过PI控制对电流输出模块的输出进行反馈补偿。

在本发明的一个可选的实施方式中，控制器还包括：第二反馈单元，用于实时采集位移传感器检测的位移变化，通过与时间参量微分运算获取当前机内辊液压缸的实际速度值、根据获取的实际速度值，建立比例阀的输入输出关系曲线、根据建立的比例阀的输入输出关系曲线，对初始比例阀特性曲线进行修正。

在本发明的一个可选的实施方式中，该控制系统还包括：压力传感器，设置于机内辊液压缸内，用于检测机内辊液压缸的压力；以及报警模块，用于在压力传感器检测机内辊液压缸的压力超过预置压力上限值时，发出警报。

根据本发明的另一个方面，提供了一种穿孔机机内辊控制系统的控制方法，穿孔机机内辊控制系统包括：电流输出模块，比例阀，机内辊液压缸，机内辊，位移传感器以及控制器，控制器包括第一反馈单元，该控制方法包括：电流输出模块输出电流至比例阀，以对比例阀的开度进行调节；机内辊液压缸根据比例阀的开度调整自身的运动速度，以控制机内辊的位置输出；以及第一反馈单元将位移传感器检测的位移变化与给定目标位置进行比较，并通过PI控制对电流输出模块的输出进行反馈补偿，以使机内辊的位置输出与给定目标位置相匹配；其中，位移传感器设置于机内辊液压缸内，用于实时检测机内辊液压缸的位移变化。

在本发明的一个可选的实施方式中，控制器还包括第二反馈单元，该控制方法包括：第二反馈单元实时采集位移传感器检测的位移变化，并通过与时间参量微分运算获取当前机内辊液压缸的实际速度值；根据获取的实际速度值，建立比例阀的输入输出关系曲线；根据建立的比例阀的输入输出关系曲线，对初始比例阀特性曲线进行修正。

在本发明的一个可选的实施方式中，根据获取的实际速度值，建立比例阀的输入输出关系曲线，包括：抽样记录预置数量的实际速度值；确定抽样记录的预置数量的实际速度值分别对应的电流输出模块输出的电流值；根据抽样记录预置数量的实际速度值和分别对应的电流输出模块输出的电流值，建立比例阀的输入输出关系曲线。

在本发明的一个可选的实施方式中，根据建立的比例阀的输入输出关系曲线，对初始比例阀特性曲线进行修正，包括：将建立的比例阀的输入输出关系曲线与初始比例阀特性曲线进行比较，确定比例阀的特性变化范围；根据确定的比例阀的特性变化范围，对初始比例阀特性曲线进行修正。

在本发明的一个可选的实施方式中，根据确定的比例阀的特性变化范围，对初始比例阀特性曲线进行修正，包括：当确定的比例阀的特性变化范围为第一阈值范围时，不进行修正；当确定的比例阀的特性变化范围为第二阈值范围时，对初始比例阀特性曲线进行离线修正；当确定的比例阀的特性变化范围为第三阈值范围时，控制系统发出报警。

在本发明的一个可选的实施方式中，通过PI控制对电流输出模块的输出进行反馈补偿，包括：确定预设的补偿幅度阈值；通过PI控制对电流输出模块的输出进行补偿幅度阈值范围内的反馈补偿。

在本发明的一个可选的实施方式中，控制系统还包括压力传感器，设置于机内辊液压缸内，用于检测机内辊液压缸的压力，控制方法包括：当压力传感器检测的机内辊液压缸的压力超过预置压力上限值时，控制机内辊打开，控制系统发出报警。

在本发明中穿孔机机内辊控制系统中，设置有用于对机内辊的位置输出进行反馈补偿的反馈单元，在穿孔机机内辊的工作过程中，通过位移传感器实时检测述机内辊液压缸的位移变化，与给定目标位置进行比较，在存在位移偏差时可进行反馈补偿，有效地解决了现有技术中穿孔机机内辊采用比例阀控制，存在零位飘移、输出特性变化而导致机内辊定位不准的问题，提高了定位准确度，进一步地，也增加了安全性。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本发明穿孔机机内辊控制系统的一种可选的结构框图；

图2是本发明穿孔机机内辊控制系统的另一种可选的结构框图；以及

图3是穿孔机机内辊控制系统的一种可选的控制原理图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的方法、组元、材料等，也可以实践本发明的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明。

实施例1

在本发明优选的实施例1中提供了一种穿孔机机内辊控制系统，图1示出该系统的一种可选的结构框图，如图1所示，该系统包括：

电流输出模块12，用于输出预定范围的电流值；优选地，电流输出模块12输出电流的范围是4～20mA，此处需要说明的是，电流输出模块12输出电流的范围可以根据比例阀的型号或者系统其它控制参量进行调整，本发明并不限于此。

比例阀14，该比例阀14与电流输出模块12输出端连接，用于根据所述电流输出模块12输出的电流值对自身的开度进行调节。

机内辊液压缸16，用于根据所述比例阀14的开度调整自身的运动速度，以控制与之连接的机内辊18的位置输出。

位移传感器20，设置于所述机内辊液压缸16内，用于检测所述机内辊液压缸16的位移变化。

控制器22，包括第一反馈单元222，所述第一反馈单元222用于将所述位移传感器20检测的位置变化与给定目标位置进行比较，以通过PI控制对所述电流输出模块的输出进行反馈补偿。优选地，在第一反馈单元222通过PI控制对所述电流输出模块12的输出进行反馈补偿时，先确定预设的补偿幅度阈值，即，系统预先设置补偿幅度阈值，如0.1mA，在确定补偿幅度阈值，通过PI控制对所述电流输出模块的输出进行限定幅度范围的反馈补偿。

通过上述描述可以看出，在上述的穿孔机机内辊控制系统中，设置有用于对机内辊的位置输出进行反馈补偿的第一反馈单元，在穿孔机机内辊的工作过程中，通过位移传感器实时检测述机内辊液压缸的位移变化，与给定目标位置进行比较，在存在位移偏差时可进行反馈补偿，有效地解决了现有技术中穿孔机机内辊采用比例阀控制，存在零位飘移、输出特性变化而导致机内辊定位不准的问题，提高了定位准确度，进一步地，也增加了安全性。

在本发明的一个优选的实施方式中，还对上述穿孔机机内辊控制系统进行了优化，具体来说，如图2所示，该穿孔机机内辊控制系统还包括：第二反馈单元224，用于实时采集所述位移传感器20的值，通过与时间参量微分运算获取当前所述机内辊液压缸16的实际速度值，根据获取的所述实际速度值，建立所述比例阀的输入输出关系曲线，并根据建立的所述比例阀的输入输出关系曲线，对初始比例阀特性曲线进行修正。

在一个可选的实施方式中，本发明还提供了上述根据获取的所述实际速度值，建立所述比例阀的输入输出关系曲线的具体实施方式，具体来说，包括如下步骤：抽样记录预置数量的所述实际速度值；确定所述抽样记录的预置数量的所述实际速度值分别对应的所述电流输出模块输出的电流值；根据抽样记录预置数量的所述实际速度值和分别对应的所述电流输出模块输出的电流值，建立所述比例阀的输入输出关系曲线。

在一个可选的实施方式中，本发明还提供了上述根据建立的所述比例阀的输入输出关系曲线，对初始比例阀特性曲线进行修正的具体实施方式，具体来说，包括如下步骤：将建立的所述比例阀的输入输出关系曲线与所述初始比例阀特性曲线进行比较，确定所述比例阀的特性变化范围；根据确定的所述比例阀的特性变化范围，对初始比例阀特性曲线进行修正。

在一个可选的实施方式中，本发明还提供了上述根据确定的所述比例阀的特性变化范围，对初始比例阀特性曲线进行修正的具体实施方式，具体来说，包括如下步骤：当确定的所述比例阀的特性变化范围为第一阈值范围时，即，变化在可接受的范围内时，不进行修正；当确定的所述比例阀的特性变化范围为第二阈值范围时，即，变化范围较大但仍可接受时，对所述初始比例阀特性曲线进行离线修正，也就是说，在机内辊不动作时，对初始比例阀特性曲线进行自动修正；当确定的所述比例阀的特性变化范围为第三阈值范围时，即，变化范围较大超过接收范围时，所述控制系统用于报警的模块可发出报警，发出报警的方式可以为文字显示，也可以为声音提示，本发明并不限于此。

在一个可选的实施方式中，本发明还对上述控制系统进行了进一步地优化，具体来说，如图2所示，穿孔机机内辊控制系统还包括：压力传感器24，设置于所述机内辊液压缸16内，用于检测所述机内辊液压缸16的压力；以及报警模块26，用于在所述压力传感器24检测所述机内辊液压缸16的压力超过预置压力上限值时，发出警报。

实施例2

基于上述实施例1中提供的穿孔机机内辊控制系统，在本优选的实施例中提供了一种穿孔机机内辊控制系统的控制方法，其中，控制系统电流输出模块，比例阀，机内辊液压缸，机内辊，位移传感器以及控制器，所述控制器包括第一反馈单元，所述控制方法包括：

S1：所述电流输出模块输出电流至所述比例阀，以对所述比例阀的开度进行调节；

S2：所述机内辊液压缸根据所述比例阀的开度调整自身的运动速度，以控制机内辊的位置输出；以及

S3：所述第一反馈单元将所述位移传感器检测的位移变化与给定目标位置进行比较，并通过PI控制对所述电流输出模块的输出进行反馈补偿，以使所述机内辊的位置输出与所述给定目标位置相匹配；其中，所述位移传感器设置于所述机内辊液压缸内，用于实时检测所述机内辊液压缸的位移变化。

在上述S3步骤中，优选地，通过PI控制对所述电流输出模块的输出进行反馈补偿，包括：确定预设的补偿幅度阈值；通过PI控制对所述电流输出模块的输出进行所述补偿幅度阈值范围内的反馈补偿。

在一个可选的实施方式中，所述控制器还包括第二反馈单元，所述控制方法包括：所述第二反馈单元实时采集所述位移传感器检测的位移变化，并通过与时间参量微分运算获取当前所述机内辊液压缸的实际速度值；根据获取的所述实际速度值，建立所述比例阀的输入输出关系曲线；根据建立的所述比例阀的输入输出关系曲线，对初始比例阀特性曲线进行修正。

在一个可选的实施方式中，上述根据获取的所述实际速度值，建立所述比例阀的输入输出关系曲线，包括：抽样记录预置数量的所述实际速度值；确定所述抽样记录的预置数量的所述实际速度值分别对应的所述电流输出模块输出的电流值；根据抽样记录预置数量的所述实际速度值和分别对应的所述电流输出模块输出的电流值，建立所述比例阀的输入输出关系曲线。

在一个可选的实施方式中，上述根据建立的所述比例阀的输入输出关系曲线，对初始比例阀特性曲线进行修正，包括：将建立的所述比例阀的输入输出关系曲线与所述初始比例阀特性曲线进行比较，确定所述比例阀的特性变化范围；根据确定的所述比例阀的特性变化范围，对初始比例阀特性曲线进行修正。

在一个可选的实施方式中，上述根据确定的所述比例阀的特性变化范围，对初始比例阀特性曲线进行修正，包括：当确定的所述比例阀的特性变化范围为第一阈值范围时，不进行修正；当确定的所述比例阀的特性变化范围为第二阈值范围时，对所述初始比例阀特性曲线进行离线修正；当确定的所述比例阀的特性变化范围为第三阈值范围时，所述控制系统发出报警。

在一个可选的实施方式中，上述控制系统还包括压力传感器，设置于所述机内辊液压缸内，用于检测所述机内辊液压缸的压力，所述控制方法包括：当所述压力传感器检测的机内辊液压缸的压力超过预置压力上限值时，控制所述机内辊打开。当所述压力传感器检测的机内辊液压缸的压力超过预置压力上限值时，所述控制系统发出报警。

基于上述的穿孔机机内辊控制系统的控制方法，在本发明图3中提供了该穿孔机机内辊控制系统的控制原理，如图3所示，本发明控制系统首先由模拟量输出模块给出比例阀4-20mA的速度给定，通过比例阀作用于机内辊液压缸，最后产生机内辊位置的变化。机内辊液压缸内的压力传感器检测液压缸内压力，用来确保机内辊没有抱死顶杆或毛管。如果压力传感器超过上限值，则机内辊迅速打开。通过位移传感器检测液压缸实际动作行程，与位置给定做比较，通过PI控制对速度给定进行有限幅的补偿。优选地，上述控制精度为0.1mm。

通过实时采集位移传感器的值，实际位置通过与时间做微分计算可以得到当前液压缸的实际速度值。抽样记录100个实际速度值的点，建立比例阀的输入输出关系曲线。通过比较每次机内辊运动时的曲线，可以实时检查到比例阀特性变化。当变化在可以接受的范围内时，不做修正；当变化范围较大但可以接受时，在机内辊不动作时对速度给定曲线进行自动修正；当变化范围过大时，显示报警。

从以上描述中可以看出，在本发明的穿孔机机内辊控制系统中，设置有用于对机内辊的位置输出进行反馈补偿的反馈单元，在穿孔机机内辊的工作过程中，通过位移传感器实时检测述机内辊液压缸的位移变化，与给定目标位置进行比较，在存在位移偏差时可进行反馈补偿，有效地解决了现有技术中穿孔机机内辊采用比例阀控制，存在零位飘移、输出特性变化而导致机内辊定位不准的问题，提高了定位准确度，进一步地，也增加了安全性。

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求范围内的各种修改和等效置换。

Claims (10)

1.一种穿孔机机内辊控制系统的控制方法，其特征在于，所述穿孔机机内辊控制系统包括：电流输出模块，比例阀，机内辊液压缸，机内辊，位移传感器以及控制器，所述控制器包括第一反馈单元，所述控制方法包括：

所述电流输出模块输出电流至所述比例阀，以对所述比例阀的开度进行调节；

所述机内辊液压缸根据所述比例阀的开度调整自身的运动速度，以控制机内辊的位置输出；以及

所述第一反馈单元将所述位移传感器检测的位移变化与给定目标位置进行比较，并通过PI控制对所述电流输出模块的输出进行反馈补偿，以使所述机内辊的位置输出与所述给定目标位置相匹配；其中，所述位移传感器设置于所述机内辊液压缸内，用于实时检测所述机内辊液压缸的位移变化。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制器还包括第二反馈单元，所述控制方法包括：

所述第二反馈单元实时采集所述位移传感器检测的位移变化，并通过与时间参量微分运算获取当前所述机内辊液压缸的实际速度值；

根据获取的所述实际速度值，建立所述比例阀的输入输出关系曲线；

根据建立的所述比例阀的输入输出关系曲线，对初始比例阀特性曲线进行修正。

3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据获取的所述实际速度值，建立所述比例阀的输入输出关系曲线，包括：

抽样记录预置数量的所述实际速度值；

确定所述抽样记录的预置数量的所述实际速度值分别对应的所述电流输出模块输出的电流值；

根据抽样记录预置数量的所述实际速度值和分别对应的所述电流输出模块输出的电流值，建立所述比例阀的输入输出关系曲线。

4.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据建立的所述比例阀的输入输出关系曲线，对初始比例阀特性曲线进行修正，包括：

将建立的所述比例阀的输入输出关系曲线与所述初始比例阀特性曲线进行比较，确定所述比例阀的特性变化范围；

根据确定的所述比例阀的特性变化范围，对初始比例阀特性曲线进行修正。

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述根据确定的所述比例阀的特性变化范围，对初始比例阀特性曲线进行修正，包括：

当确定的所述比例阀的特性变化范围为第一阈值范围时，不进行修正；

当确定的所述比例阀的特性变化范围为第二阈值范围时，对所述初始比例阀特性曲线进行离线修正；

当确定的所述比例阀的特性变化范围为第三阈值范围时，所述控制系统发出报警。

6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述通过PI控制对所述电流输出模块的输出进行反馈补偿，包括：

确定预设的补偿幅度阈值；

通过PI控制对所述电流输出模块的输出进行所述补偿幅度阈值范围内的反馈补偿。

7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制系统还包括压力传感器，设置于所述机内辊液压缸内，用于检测所述机内辊液压缸的压力，所述控制方法包括：

当所述压力传感器检测的机内辊液压缸的压力超过预置压力上限值时，控制所述机内辊打开，所述控制系统发出报警。

8.一种穿孔机机内辊控制系统，其特征在于，包括：

电流输出模块，用于输出预定范围的电流值；

比例阀，用于根据所述电流输出模块输出的电流值对自身的开度进行调节；

机内辊液压缸，用于根据所述比例阀的开度调整自身的运动速度，以控制机内辊的位置输出；

位移传感器，设置于所述机内辊液压缸内，用于检测所述机内辊液压缸的位移变化；

控制器，包括第一反馈单元，所述第一反馈单元用于将所述位移传感器检测的位置变化与给定目标位置进行比较，以通过PI控制对所述电流输出模块的输出进行反馈补偿。

9.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述控制器还包括：第二反馈单元，用于实时采集所述位移传感器检测的位移变化，通过与时间参量微分运算获取当前所述机内辊液压缸的实际速度值、根据获取的所述实际速度值，建立所述比例阀的输入输出关系曲线、根据建立的所述比例阀的输入输出关系曲线，对初始比例阀特性曲线进行修正。

10.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，还包括：

压力传感器，设置于所述机内辊液压缸内，用于检测所述机内辊液压缸的压力；以及

报警模块，用于在所述压力传感器检测所述机内辊液压缸的压力超过预置压力上限值时，发出警报。