CN203955778U - 一种高精度矫直机自动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种高精度矫直机自动控制系统，属于自动控制领域，本实用新型使高精度矫直机的矫直精度直线度(弯曲度)达到0.3mm/m以上；从高精度矫直机液压系统油源压力和油缸活塞位移的闭环控制、矫直运行过程数据的连续检测、标定各组矫直辊传动的无级调速控制等入手，设计高精度矫直机自动控制系统的硬件结构，达到高精度自动控制的三维旋转矫直的国际领先水平，本实用新型能够保证矫直过程中各组辊缝精度的一致性；均布、均衡矫直力的稳定性；非线性变量增益自动补偿的可靠性，使高精度矫直机的矫直精度由直线度0.3mm/m提高到0.2mm/m；矫直后的被矫材达到了无盲区、无微裂、无划痕、无椭圆、无反弹的矫直目标。
Description
技术领域
本实用新型属于自动控制领域，具体涉及一种高精度矫直机自动控制系统。
背景技术
随着我国工业快速发展，稀有金属及其合金材料在航空航天、电子通讯、核发电等工业领域应用的越来越广泛，对其管材、棒材的直线度(弯曲度)要求达到0.3mm/m至0.2mm/m，我国目前生产的矫直机矫直精度大多停留在1mm/m以上，最高也只能达到0.5mm/m左右，满足不了0.3mm/m的高直线度矫直需求，更无法满足壁厚在0.5mm以下的极薄壁管材的矫直需求；因此，稀有金属及其合金材料轧制后的精整生产线和核发电等新兴产业都需要配置高精度矫直设备；而稳定的高精度矫直设备必须配备高精度矫直自动控制系统，才能实现高精度矫直目标。
发明内容
针对现有技术的缺点，本实用新型提出一种高精度矫直机自动控制系统，以达到提高矫直精度、可靠性，实现矫直后被矫材无盲区、无微裂、无划痕、无椭圆、无反弹的目的。
一种高精度矫直机自动控制系统，包括磁致式位移传感器、油压传感器、人机界面、PLC控制器、放大器、直流调速控制器、直流电机、减速器、增量式光电编码器、比例换向阀和比例溢流阀，其中，所述的磁致式位移传感器安装于矫直机油缸的活塞连杆处，油压传感器设置于矫直机液压站的液压阀块上，磁致式位移传感器的输出端连接于PLC控制器的第一通道模拟量输入端，油压传感器的输出端连接PLC控制器的第二通道模拟量输入端，人机界面通过总线连接PLC控制器；PLC控制器的第一通道模拟量输出端通过放大器连接比例换向阀的输入端，PLC控制器的第二通道模拟量输出端通过放大器连接比例溢流阀的输入端，PLC控制器通过总线与直流调速控制器连接；所述的比例换向阀设置于矫直机油缸侧，在矫直机油缸与比例换向阀之间设置有比例溢流阀；所述的直流调速控制器的输出端连接直流电机，直流电机的输出轴连接减速器的一端，减速器的另一端通过万向接轴连接矫直机辊的中心轴；在电机的尾端设置有增量式光电编码器，增量式光电编码器的输出端连接直流调速控制器的输入端。
所述的减速器，其同时连接多个矫直辊的中心轴。
所述的比例换向阀个数、比例溢流阀个数和磁致式位移传感器的个数均与矫直机中活动辊的个数相同，油压传感器的个数为矫直机中活动辊的个数的2倍。
本实用新型优点：
本实用新型一种高精度矫直机自动控制系统，使高精度矫直机的矫直精度直线度(弯曲度)达到0.3mm/m以上；本实用新型从高精度矫直机液压系统油源压力和油缸活塞位移的闭环控制、矫直运行过程数据的连续检测、标定各组矫直辊传动的无级调速控制等入手，设计高精度矫直机自动控制系统的硬件结构，达到高精度自动控制的三维旋转矫直的国际领先水平，本实用新型能够保证矫直过程中各组辊缝精度的一致性；均布、均衡矫直力的稳定性；非线性变量增益自动补偿的可靠性，使高精度矫直机的矫直精度由直线度0.3mm/m提高到0.2mm/m；矫直后的被矫材达到了无盲区、无微裂、无划痕、无椭圆、无反弹的矫直目标。
附图说明
图1为本实用新型一种实施例的系统结构框图；
图2为本实用新型一种实施例的高精度矫直自动控制装置结构框图，其中，1-人机界面，2-PLC编程器，3-操作台，4-电源柜，5-控制柜，6-车间管理计算机；
图3为本实用新型一种实施例的操作台结构示意图；
图4为本实用新型一种实施例的比例溢流阀压力曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型一种实施例做进一步说明。
本实用新型实施例中，如图1所示，高精度矫直机自动控制系统包括磁致式位移传感器、油压传感器、人机界面(HMI)、PLC控制器、放大器、直流调速控制器(6RA70)、直流电机、减速器、增量式光电编码器、比例换向阀、比例溢流阀及其相应的放大器，其中，所述的磁致式位移传感器安装于矫直机油缸的活塞连杆处，油压传感器设置于液压阀块上，用于检测矫直辊油缸的压力，磁致式位移传感器的输出信号连接于PLC控制器的第一通道模拟量输入端IW3，油压传感器的输出端连接PLC控制器的第二通道模拟量输入端IW5，人机界面(HMI)通过MPI总线连接PLC控制器；PLC控制器的第一通道模拟量输出端QW3连接比例换向阀放大器的给定输入端N0，PLC控制器的第二通道模拟量输出端QW7连接比例溢流阀放大器的给定输入端IN0，PLC控制器通过Profibus总线与直流调速控制器(6RA70)上的通讯板(CBP2)进行数据通讯；所述的比例换向阀设置于矫直机油缸侧，在矫直机油缸与比例换向阀之间设置有比例溢流阀；所述的直流调速控制器(6RA70)的输出电枢和励磁线连接直流电机，电机的输出轴通过联轴器连接减速器的一端，减速器的另一端通过万向接轴连接矫直机辊的中心轴；在电机的尾端设置有增量式光电编码器，编码器的输出端作为速度反馈连接至直流调速控制器(6RA70)的控制板输入端。
所述的减速器，其同时连接多个矫直辊的中心轴；所述的比例换向阀个数、比例溢流阀个数和磁致式位移传感器的个数均与矫直机中活动辊的个数相同，油压传感器的个数为矫直机中活动辊的个数的2倍。
本实用新型实施例中，比例换向阀采用4WRA型号；比例溢流阀采用DBETR型直动式比例溢流阀，放大器采用RT3013型数字式比例放大器，直流调速控制器采用6RA70型号；PLC控制器采用SIMATIC S7-300型号(包括314C型CPU)，人机界面采用MP-277型，减速器采用ZLY180-18型号，电机采用Z4-160-31(27kw)型；增量式光电编码器采用E6B2-CWZ5B型号，磁致式位移传感器采用MD10-DC8-2QC型号；油压传感器采用P20S-GB400CN14M4B型号；上辊1-6辊位移传感器4-20mA对应0-150.00mm，下辊2、5辊位移传感器4-20mA对应0-40mm；液压系统油压检测：4-20mA对应0-40MPa。
如图2所示，为高精度矫直自动控制系统结构框图，本实施例中，设置有控制柜、电源柜、操作台、PLC编程器、MP-277型人机界面和车间管理计算机，其中：
电源柜：为本实用新型矫直自动控制系统提供电源，同时为系统配套的矫直机主机提供电源。
控制柜：安装3组大辊上、下直流调速控制器和3组小辊上、下直流调速控制器，分别与矫直机大、小辊直流电机相连，控制矫直辊运行速度。
控制系统操作台(MOP)设置有314C型CPU：本实用新型的矫直自动控制系统用于控制12辊“异辊距”辊系结构的高精度矫直机，构造为大辊2-2(3)共6辊、小辊2-2(3)共6辊，计12辊，形成大、小辊复合辊系。本实用新型的控制系统主要硬件结构安装在控制系统操作台内；
分别对矫直整机实施下列控制功能：
1、控制12个矫直辊的直流电机转速，达到控制矫直速度的标定值；
2、控制有升降功能的6个上矫直辊和2个下矫直辊，使大、小辊各3组的辊缝精度值达到并保持设定的标定值；
3、有升降功能的8个矫直辊的上升和下降由液压油缸的活塞位移量的增、减实现辊缝精度的标定值。保持标定值是由控制系统的位移传感器测定，经PLC控制器给出正负调正量的输出信号，自动调正液压油缸的油压。
4、矫直机对被矫材施加矫直力时，要保持矫直力的均布、均衡状态。为此，本实用新型的控制系统还要完成以下两项基本控制功能。一是控制油源压力稳定在压力标定值上，这点将在矫直机和控制系统都进入正常状态下，控制系统将自动把油源压力调正到标定值。二是矫直过程中由于许多客观因素的变化，例如液压油温的上升或下降会影响油压，这种非线性变量增益是本实用新型的控制系统必须控制的内容。系统设计了非线性变量增益自动补偿功能，保证矫直力均布、均衡、辊缝精度和矫直辊运行速度的矫直功能目标的实现。
控制系统PLC编程器与本实用新型的控制系统主计算单元CPU314C相连，是自动控制系统的编程器件；如图3所示操作台结构框图，即PLC控制器框图，操作台通过PROFIBUS总线连接人机界面和编程器。
控制系统的触摸屏(MP-277型人机界面)：本实用新型的控制系统依据矫直机和控制系统的矫直功能，编制了十几个矫直操作菜单，供客户调用。
本实用新型实施例中，控制系统还设置了CP343-1型的通讯模块：与本实用新型的控制系统的以太网、车间管理计标机连接，用于矫直机生产信息及车间管理使用。
本实用新型实施例中，主要由工业微机“可编程序控制器(PLC)及6RA70型全数字直流调速系统组成，整个系统硬件结构采用工业以太网结构，将操作员站、PLC站及工厂综合自动化车间管理系统均整合到百兆工业以太网内，具有极好的通讯速率及抗干扰性能。
本实用新型实施例中，上下主辊电机采用西门子的直流伺服驱动控制器6RA70系列全数字直流调速装置驱动主电机传动，由单圈脉冲为2048的脉冲编码器检测矫直速度，通过Profiubs-DP网络将直流电机速度信号反馈送给PLC组成速度负反馈系统；由6RA70直流调速装置通过Profiubs-DP网络将扭矩数据送入PLC，然后发出命令控制直流伺服驱动控制器-6RA70系列全数字直流调速装置的电流输出，从而保证了上下两辊的扭矩同步精度要求，保证了上下两辊速度同步、扭矩同步，从而得以保证使高精度矫直机的矫直精度由直线度(弯曲度)0.3mm/m提高到0.2mm/m以上，也极大地提高了矫直后产品表面的光洁度。
本实用新型实施例中，液压比例换向阀配合安装在液压缸活塞里的位移传感器组成液压伺服比例控制系统，保证了各个辊反弯力一致性精度要求；高精度磁致式位移传感器(分辨率为5μm)将精确测量上下辊油缸活塞的位置数据，将位置数据送入PLC进行位置闭环控制；可以并根据工艺要求进行反弯量的设定(根据工艺数据设定反弯量，从而设定反弯力)。
本实用新型实施例中，该设备的液压系统在反弯缸油路中设计有比例溢流阀，可以根据不同材质，不同管径的原料设定配方，从而设定不同的压力保护值以保护被矫材料不被过大的油压损坏。
本实施例中，反弯缸内的压力由比例溢流阀做为最终控制，比例溢流阀的压力设定值根据压力曲线图按比例设定，如图4所示。
本实用新型实施例中的高精度矫直自动控制系统是针对辽宁银捷YC12GJ70钽铌合金管材高精度矫直机的技术、精度指标设计。本技术方案控制原理同样适用于其他各类规格型号的高精度矫直设备需求。
Claims (3)
1.一种高精度矫直机自动控制系统，其特征在于：包括磁致式位移传感器、油压传感器、人机界面、PLC控制器、放大器、直流调速控制器、直流电机、减速器、增量式光电编码器、比例换向阀和比例溢流阀，其中，所述的磁致式位移传感器安装于矫直机油缸的活塞连杆处，油压传感器设置于矫直机液压站的液压阀块上，磁致式位移传感器的输出端连接于PLC控制器的第一通道模拟量输入端，油压传感器的输出端连接PLC控制器的第二通道模拟量输入端，人机界面通过总线连接PLC控制器；PLC控制器的第一通道模拟量输出端通过放大器连接比例换向阀的输入端，PLC控制器的第二通道模拟量输出端通过放大器连接比例溢流阀的输入端，PLC控制器通过总线与直流调速控制器连接；所述的比例换向阀设置于矫直机油缸侧，在矫直机油缸与比例换向阀之间设置有比例溢流阀；所述的直流调速控制器的输出端连接直流电机，直流电机的输出轴连接减速器的一端，减速器的另一端通过万向接轴连接矫直机辊的中心轴；在电机的尾端设置有增量式光电编码器，增量式光电编码器的输出端连接直流调速控制器的输入端。
2.根据权利要求1所述的高精度矫直机自动控制系统，其特征在于，所述的减速器，其同时连接多个矫直辊的中心轴。
3.根据权利要求1所述的高精度矫直机自动控制系统，其特征在于，所述的比例换向阀个数、比例溢流阀个数和磁致式位移传感器的个数均与矫直机中活动辊的个数相同，油压传感器的个数为矫直机中活动辊的个数的2倍。
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Cited By (2)
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Granted publication date: 20141126 Effective date of abandoning: 20160330 |
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