CN107416583A - 一种异型钢带复绕机的控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异型钢带复绕机的控制系统及控制方法，其特征在于：放线机构和收线机构之间设置有校直机构和预弯机构；校直机构包括校直工作台、第一夹紧轮组和第一校直轮组、第一液压油缸、第一伺服电动缸；预弯机构包括预弯工作台、第二夹紧轮组和第二校直轮组、第二液压油缸、第二伺服电动缸、位于第二夹紧轮组出口的预弯轮组；控制系统包括控制放线机构动作的第一排线伺服器和放线电磁制动器、第一压力传感器、第一电磁阀组、第一伺服电动缸控制器和第一钢带牵引变频器、第二压力传感器、控制第二校直轮组动作的第二电磁阀组、第二伺服电动缸控制器和第二钢带牵引变频器、控制收线机构动作的第二排线伺服器和放线收线变频器和中央控制器。

Description

一种异型钢带复绕机的控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及柔性复合海洋管线技术领域，特别是涉及一种异型钢带复绕机的控制系统及控制方法。

背景技术

柔性复合海洋管线是连接深水油气田水下井口和海面浮式采油设备的关键特种装备之一，柔性复合海洋管线具有工作压力高、耐腐蚀、抗结垢、摩阻小、产品使用寿命长(20年以上)、抗拉能力强等特点。而异型钢带做为生产此类管线的关键材料之一，在管线生产之前必须通过本发明中所涉及的复绕机装置预先对异性钢带进行恒定张力整齐排列成轴，在管线生产过程中在将异型钢带与其他材料同步释放缠绕。为了保证海洋管线的生产过程的连续性，异型钢带轴的缠绕质量成为尤为关键的环节之一。

对于异型钢带的生产厂家，仅仅也是出于便于运输的考虑，对异型钢带进行了简单无序地粗放缠绕成卷，这样的钢带卷无法满足柔性复合海洋管线的生产要求，而且目前传统的复绕收卷装置，一般只配置收放线装置与排线装置，只能针对常规扁平的标准钢带，无法满足这类异型钢带的卷取缠绕要求。对于异型钢带复绕机来讲，不但需要在缠绕过程中保持恒定张力值且缠绕排列整齐，还需要对缠绕过程中对钢带的异型结构进行保护。从复绕机机械装置上除了配置收放线装置与排线装置，还需要增加校直装置和预弯装置。随着异性钢带复绕机的配套装置的增加，所有的装置的协同控制系统采用常规的控制方式无法满足设备使用的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种异型钢带复绕机的控制系统及控制方法。该异型钢带复绕机的控制系统及控制方法具有管控方便、安全性能更好的特点。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种异型钢带复绕机的控制系统，所述异型钢带的端面成“Z”形结构；所述复绕机包括：放线机构和收线机构；在所述放线机构和收线机构之间设置有校直机构和预弯机构；

所述校直机构包括：校直工作台、位于校直工作台上的第一夹紧轮组和第一校直轮组、带动第一夹紧轮组动作的第一液压油缸、带动第一校直轮组动作的第一伺服电动缸、第一牵引电机；

所述预弯机构包括：预弯工作台、位于预弯工作台上的第二夹紧轮组和第二校直轮组、带动第二夹紧轮组动作的第二液压油缸、带动第二校直轮组动作的第二伺服电动缸、第二牵引电机、位于第二夹紧轮组出口的预弯轮组；

所述控制系统包括：

控制放线机构动作的第一排线伺服器和放线电磁制动器；

用于检测第一夹紧轮组施加于异形钢带上压力信号的第一压力传感器；

控制第一校直轮组动作的第一电磁阀组、第一伺服电动缸控制器和第一钢带牵引变频器；所述第一校直轮组由第一可调校直轮和第一固定校直轮组成；第一伺服电动缸控制器控制的第一伺服电动缸与可调校直轮连接；所述第一夹送轮组由第一可调夹送轮和第一固定夹送轮组成；第一钢带牵引变频器通过电机与第一固定夹送轮连接；

用于检测第二夹紧轮组施加于异形钢带上压力信号的第二压力传感器；

控制第二校直轮组动作的第二电磁阀组、第二伺服电动缸控制器和第二钢带牵引变频器；所述第二校直轮组由第二可调校直轮和第二固定校直轮组成；第二伺服电动缸控制器控制的第二伺服电动缸与可调校直轮连接；所述第二夹送轮组由第二可调夹送轮和第二固定夹送轮组成；第二钢带牵引变频器通过电机与第二固定夹送轮连接；

预弯机构上安装有用于测量钢带缠绕长度的编码器；

控制收线机构动作的第二排线伺服器和放线收线变频器；

以及中央控制器；其中：

所述中央控制器的I/O端口分别与第一压力传感器、第二压力传感器、编码器的信号输出端子电连接；所述中央控制器的I/O端口通过第一电磁阀组与第一液压油缸的控制端子相连接；所述中央控制器的I/O端口与第一伺服电动缸控制器电连接；所述中央控制器的I/O端口与第一钢带牵引变频器电连接；所述第一钢带牵引变频器通过第一牵引电机控制第一校直轮组的转速；所述中央控制器的I/O端口通过第二电磁阀组与第二液压油缸的控制端子相连接；所述中央控制器的I/O端口与第二伺服电动缸控制器电连接；所述中央控制器的I/O端口与第二钢带牵引变频器电连接；所述第二钢带牵引变频器通过第二牵引电机控制第二校直轮组的转速；所述中央控制器的I/O端口分别与第一排线伺服器、放线电磁制动器、第二排线伺服器、放线收线变频器电连接。

进一步：所述预弯轮组包括位于折弯路径两侧的多个导向轮。

进一步：所述校直机构还包括校直控制器，所述中央控制器通过校直控制器分别与第一电磁阀组、第一液压油缸的控制端子、第一伺服电动缸控制器、第一钢带牵引变频器进行数据交互。

进一步：所述预弯机构还包括校预弯制器，所述中央控制器通过预弯控制器分别与第二电磁阀组、第二液压油缸的控制端子、第二伺服电动缸控制器、第二钢带牵引变频器进行数据交互。

进一步：所述中央控制器包括可编程控制器、与可编程控制器电连接的工业触屏一体计算机。

一种异型钢带复绕机的控制系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤101、启动液压动力模块油泵电机组，分别手动控制收线机构和放线机构的举升和夹持液压缸动作，将原料钢带滚筒和成品钢带滚筒安装到位；

步骤102、手动逐一控制校直机构和预弯机构的牵引变频器，低速将钢带牵引到成品滚筒固定安装到位；

步骤103、在中央控制器中分别输入相关参数，具体相关参数包括：缠绕钢带的宽度值D₁、厚度值H₁、牵引夹持压力值P₁、校直器直线位移值W₁₁、预弯器直线位移值W₂₁、原料钢带滚筒的宽度值A₁、成品钢带滚筒的宽度值B₁、成品钢带滚筒的内径值R₁₁和成品钢带滚筒的外径值R₁₂、钢带缠绕张力值F₁、钢带放线阻力扭矩值T₁以及确定原料滚筒的初始排线方向；

步骤104、在参数设定完成后，发出启动作业指令，校直机构和预弯机构的伺服电动缸驱动机构同时移动到位，并且夹持油缸也同时驱动机构夹持异形钢带，油缸配套的压力传感器检测的压力值达到设定值，油缸控制进入自动保压过程；

步骤105、缓慢调节缠绕速度设定电位器，整套设备各模块协同工作在设定速度值,同时收线机构缠绕张力维持在恒定值。

本发明具有的优点和积极效果是：

通过采用上述技术方案，本专利能够实现对异型钢带原料的二次缠绕，不但在缠绕过程中保持恒定张力值下缠绕钢带排列整齐，同时在缠绕过程中对钢带的异型结构进行了保护，为柔性复合海洋管线的制造提供了有利的保障。

附图说明：

图1是本发明优选实施例的工艺结构图；

图2是本发明优选实施例中异形钢带的端面结构图；

图3是本发明优选实施例的电路框图；

图4是本发明优选实施例中校直机构的结构图；

图5是本发明优选实施例中预弯机构的结构图；

图6是本发明优选实施例的流程图；

其中：1、液压动力模块；2、中央控制器；3、放线机构；4、校直机构；5、预弯机构；6、收线机构；4-1、电气控制柜；4-2、固定式校直轮；4-3、可调式校直轮；4-4、伺服电动缸；4-5夹紧液压缸；4-6、可调式夹送轮；4-7、固定式夹送轮；4-8、控制液压阀组；5-1、预弯臂。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1至图6，一种异型钢带复绕机的控制系统，如图2所示，所述异型钢带的端面成“Z”形结构；包括液压动力模块1、中央控制器2、放线机构3、校直机构4、预弯机构5和收线机构6；在本优选实施例中：在传统复绕机的基础上，增加了校直机构和预弯机构，异性钢带被放线机构放出后，接着通过校直结构和预弯结构，最后缠绕在收线结构的收线卷轴上。按照钢带生产工艺要求，在校直结构和预弯结构之间还预留出钢带端头焊接区域；

其中，液压动力模块1包括油泵电机组、油液循环过滤和油液温度控制，通过采集模块中的压力传感器和温度传感器，并经过控制液压阀组给其他执行模块提供清洁可靠的液压动力源；

放线机构3主要包括排线伺服器和放线电磁制动器，排线伺服器控制伺服电机实现原料滚轮的整体移动从而实现排线，控制放线电磁制动器的工作电流实现放线的阻力力矩；放线机构3还包括实现对原料钢带滚筒举升和夹持的液压油缸动作的电磁阀组；

如图4所示：在本优选实施例中：所述校直机构包括：校直工作台、位于校直工作台上的第一夹紧轮组和第一校直轮组、带动第一夹紧轮组动作的第一液压油缸、带动第一校直轮组动作的第一伺服电动缸、第一牵引电机；第一夹紧轮组由可调式夹送轮4-6和固定式夹送轮4-7组成；其中，固定式夹送轮4-7位于可调式夹送轮4-6的下方；夹紧液压缸4-5的气缸杆驱动可调式夹送轮4-6上下运动，进而控制可调式夹送轮4-6和固定式夹送轮4-7之间的夹紧压力大小；第一校直轮组由固定式校直轮4-2和可调式校直轮4-3组成，所述可调式校直轮4-3位于固定式校直轮4-2的上方；伺服电动缸4-4的缸杆驱动可调式校直轮4-3上下运动进而控制固定式校直轮4-2和可调式校直轮4-3之间的间隙大小；为了便于现场控制，还可以包括校直工作台下方的电气控制柜4-1，通过电气控制柜4-1实现对校直机构动作的控制；电气控制柜4-1通过控制液压阀组4-8控制夹紧液压缸4-5的动作；电气控制柜4-1通过伺服电动缸4-4控制第一校直轮组的动作；作为优选，校直机构上安装有：用于检测第一夹紧轮组施加于异形钢带上压力信号的第一压力传感器。

如图5所示：在本优选实施例中：所述预弯机构包括：预弯工作台、位于预弯工作台上的第二夹紧轮组和第二校直轮组、带动第二夹紧轮组动作的第二液压油缸、带动第二校直轮组动作的第二伺服电动缸、第二牵引电机、位于第二夹紧轮组出口的预弯轮组；预弯轮组安装在预弯臂5-1上；与校直机构相同的是第二夹紧轮组和第二校直轮组和分别由一个固定轮组和位于固定轮组上方的压紧轮组组成，压紧轮组分别受夹紧液压缸和第二伺服电动缸驱动控制。作为优选，预弯机构上安装有：用于检测第二夹紧轮组施加于异形钢带上压力信号的第二压力传感器；预弯机构5-1上安装了用于测量钢带缠绕长度的编码器，在本优选实施例中，编码器安装于预弯轮组上，编码器通过对预弯轮组中某个轮子的转动速度，进而得出钢带缠绕的长度。为了便于现场控制，还可以包括预弯工作台下方的电气控制柜。

收线机构6包括排线伺服器和收线变频器，排线伺服器控制伺服电机实现原料滚轮的移动从而实现排线，收线变频器驱动变频器实现对钢带的恒张力收线控制；放线机构3也还包括实现对成品钢带滚筒举升和夹持的液压油缸动作的电磁阀组；

所述中央控制器的I/O端口分别与第一压力传感器、第二压力传感器、编码器的信号输出端子电连接；所述中央控制器的I/O端口通过第一电磁阀组与第一液压油缸的控制端子相连接；所述中央控制器的I/O端口与第一伺服电动缸控制器电连接；所述中央控制器的I/O端口与第一钢带牵引变频器电连接；所述第一钢带牵引变频器通过第一牵引电机控制第一校直轮组的转速；所述中央控制器的I/O端口通过第二电磁阀组与第二液压油缸的控制端子相连接；所述中央控制器的I/O端口与第二伺服电动缸控制器电连接；所述中央控制器的I/O端口与第二钢带牵引变频器电连接；所述第二钢带牵引变频器通过第二牵引电机控制第二校直轮组的转速；所述中央控制器的I/O端口分别与第一排线伺服器、放线电磁制动器、第二排线伺服器、放线收线变频器电连接

中央控制器2包括PLC控制器，其他各模块均与PLC控制器电连接。本实施例中，中央控制器2还包括工业触屏一体计算机，不但实现人机交互功能，而且还将生产过程数据实现记录存档，便于实现过程监控和质量追踪。该工业触屏一体计算机与PLC控制器进行工业以太网连接。

请参见图6，一种异型钢带复绕机的控制系统的控制方法，包括以下步骤：

(1)启动液压动力模块油泵电机组，油液温度控制选择自动控制模式，然后分别手动控制收线机构和放线机构的举升与夹持液压缸动作，将原料钢带滚筒和成品钢带滚筒安装到位；

(2)手动逐一控制校直机和预弯机的牵引变频器，低速将钢带牵引到成品滚筒固定安装到位；

(3)在工业一体计算机的人机界面中分别输入相关参数，具体有缠绕原料钢带的宽度值D₁、厚度值H₁、牵引夹持压力值P₁、校直器直线位移值W₁₁、预弯器直线位移值W₂₁、原料钢带滚筒的宽度值A₁、成品钢带滚筒的宽度值B₁、成品钢带滚筒的内外径值R₁₁和R₁₂、钢带缠绕张力值F₁、钢带放线阻力扭矩值T₁以及确定原料滚筒的初始排线方向；

通过公式的计算，可以得到成品钢带滚筒每层缠绕钢带的圈数n₁和滚筒缠绕的最大层数N_MAX，其中n₁作为成品钢带滚筒复绕时自动换层的参照值，N_MAX作为成品钢带滚筒复绕时极限保护值；

(4)在参数设定完成后，发出启动作业指令，校直机构和预弯机构的伺服电动缸驱动机构同时移动位移值分别为W₁₁和W₂₁，并且校直机构和预弯机构夹持油缸也同时驱动机构夹持钢带，油缸配套的压力传感器检测的压力值达到夹紧压力值P1+Δp，例如在本实施例中，Δp可以选取为0.2MPa。然而Δp不限于上述数值，可根据钢带的技术工艺需求设定符合要求的Δp值，夹持油缸控制进入在P1MPa和(P1+0.2)MPa之间的恒定压力控制过程；

(5)缓慢调节缠绕速度设定电位器，整套设备各模块协同工作在设定速度值v₁，同时收线机构缠绕张力维持在恒定值F₁。

在本发明的实施例中，对于所有设定参数均为自动记忆，即可以保证生产工艺的一致性，同时也降低了操作者的劳动强度。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种异型钢带复绕机的控制系统；所述异型钢带的端面成“Z”形结构；所述复绕机包括：放线机构和收线机构；其特征在于：在所述放线机构和收线机构之间设置有校直机构和预弯机构；

所述校直机构包括：校直工作台、位于校直工作台上的第一夹紧轮组和第一校直轮组、带动第一夹紧轮组动作的第一液压油缸、带动第一校直轮组动作的第一伺服电动缸、第一牵引电机；

所述预弯机构包括：预弯工作台、位于预弯工作台上的第二夹紧轮组和第二校直轮组、带动第二夹紧轮组动作的第二液压油缸、带动第二校直轮组动作的第二伺服电动缸、第二牵引电机、位于第二夹紧轮组出口的预弯轮组；

所述控制系统包括：

控制放线机构动作的第一排线伺服器和放线电磁制动器；

用于检测第一夹紧轮组施加于异形钢带上压力信号的第一压力传感器；

控制第一校直轮组动作的第一电磁阀组、第一伺服电动缸控制器和第一钢带牵引变频器；所述第一校直轮组由第一可调校直轮和第一固定校直轮组成；第一伺服电动缸控制器控制的第一伺服电动缸与可调校直轮连接；所述第一夹送轮组由第一可调夹送轮和第一固定夹送轮组成；第一钢带牵引变频器通过电机与第一固定夹送轮连接；

用于检测第二夹紧轮组施加于异形钢带上压力信号的第二压力传感器；

控制第二校直轮组动作的第二电磁阀组、第二伺服电动缸控制器和第二钢带牵引变频器；所述第二校直轮组由第二可调校直轮和第二固定校直轮组成；第二伺服电动缸控制器控制的第二伺服电动缸与可调校直轮连接；所述第二夹送轮组由第二可调夹送轮和第二固定夹送轮组成；第二钢带牵引变频器通过电机与第二固定夹送轮连接；

预弯机构上安装有用于测量钢带缠绕长度的编码器；

控制收线机构动作的第二排线伺服器和放线收线变频器；

以及中央控制器；其中：

所述中央控制器的I/O端口分别与第一压力传感器、第二压力传感器、编码器的信号输出端子电连接；所述中央控制器的I/O端口通过第一电磁阀组与第一液压油缸的控制端子相连接；所述中央控制器的I/O端口与第一伺服电动缸控制器电连接；所述中央控制器的I/O端口与第一钢带牵引变频器电连接；所述第一钢带牵引变频器通过第一牵引电机控制第一校直轮组的转速；所述中央控制器的I/O端口通过第二电磁阀组与第二液压油缸的控制端子相连接；所述中央控制器的I/O端口与第二伺服电动缸控制器电连接；所述中央控制器的I/O端口与第二钢带牵引变频器电连接；所述第二钢带牵引变频器通过第二牵引电机控制第二校直轮组的转速；所述中央控制器的I/O端口分别与第一排线伺服器、放线电磁制动器、第二排线伺服器、放线收线变频器电连接。

2.根据权利要求1所述的异型钢带复绕机的控制系统，其特征在于：所述预弯轮组包括位于折弯路径两侧的多个导向轮。

3.根据权利要求1所述的异型钢带复绕机的控制系统，其特征在于：所述校直机构还包括校直控制器，所述中央控制器通过校直控制器分别与第一电磁阀组、第一液压油缸的控制端子、第一伺服电动缸控制器、第一钢带牵引变频器进行数据交互。

4.根据权利要求1所述的异型钢带复绕机的控制系统，其特征在于：所述预弯机构还包括校预弯制器，所述中央控制器通过预弯控制器分别与第二电磁阀组、第二液压油缸的控制端子、第二伺服电动缸控制器、第二钢带牵引变频器进行数据交互。

5.根据权利要求1-4任一项所述的异型钢带复绕机的控制系统，其特征在于：所述中央控制器包括可编程控制器、与可编程控制器电连接的工业触屏一体计算机。

6.一种如权利要求1所述异型钢带复绕机的控制系统的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤101、启动液压动力模块油泵电机组，分别手动控制收线机构和放线机构的举升和夹持液压缸动作，将原料钢带滚筒和成品钢带滚筒安装到位；

步骤102、手动逐一控制校直机构和预弯机构的牵引变频器，低速将钢带牵引到成品滚筒固定安装到位；

步骤103、在中央控制器中分别输入相关参数，具体相关参数包括：缠绕钢带的宽度值D₁、厚度值H₁、牵引夹持压力值P₁、校直器直线位移值W₁₁、预弯器直线位移值W₂₁、原料钢带滚筒的宽度值A₁、成品钢带滚筒的宽度值B₁、成品钢带滚筒的内径值R₁₁和成品钢带滚筒的外径值R₁₂、钢带缠绕张力值F₁、钢带放线阻力扭矩值T₁以及确定原料滚筒的初始排线方向；

步骤104、在参数设定完成后，发出启动作业指令，校直机构和预弯机构的伺服电动缸驱动机构同时移动到位，并且夹持油缸也同时驱动机构夹持异形钢带，油缸配套的压力传感器检测的压力值达到设定值，油缸控制进入自动保压过程；

步骤105、缓慢调节缠绕速度设定电位器，整套设备各模块协同工作在设定速度值,同时收线机构缠绕张力维持在恒定值。