一種高精度矯直機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型一種高精度矯直機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域，本實(shí)用新型使高精度矯直機(jī)的矯直精度直線(xiàn)度(彎曲度)達(dá)到0.3mm/m以上；從高精度矯直機(jī)液壓系統(tǒng)油源壓力和油缸活塞位移的閉環(huán)控制、矯直運(yùn)行過(guò)程數(shù)據(jù)的連續(xù)檢測(cè)、標(biāo)定各組矯直輥傳動(dòng)的無(wú)級(jí)調(diào)速控制等入手，設(shè)計(jì)高精度矯直機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，達(dá)到高精度自動(dòng)控制的三維旋轉(zhuǎn)矯直的國(guó)際領(lǐng)先水平，本實(shí)用新型能夠保證矯直過(guò)程中各組輥縫精度的一致性；均布、均衡矯直力的穩(wěn)定性；非線(xiàn)性變量增益自動(dòng)補(bǔ)償?shù)目煽啃?，使高精度矯直機(jī)的矯直精度由直線(xiàn)度0.3mm/m提高到0.2mm/m；矯直后的被矯材達(dá)到了無(wú)盲區(qū)、無(wú)微裂、無(wú)劃痕、無(wú)橢圓、無(wú)反彈的矯直目標(biāo)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種高精度矯直機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種高精度矯直機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)工業(yè)快速發(fā)展，稀有金屬及其合金材料在航空航天、電子通訊、核發(fā)電等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的越來(lái)越廣泛，對(duì)其管材、棒材的直線(xiàn)度(彎曲度)要求達(dá)到0.3mm/m至
0.我國(guó)目前生產(chǎn)的矯直機(jī)矯直精度大多停留在lmm/m以上,最高也只能達(dá)到0.5mm/m左右,滿(mǎn)足不了 0.3mm/m的高直線(xiàn)度矯直需求,更無(wú)法滿(mǎn)足壁厚在0.5mm以下的極薄壁管材的矯直需求；因此，稀有金屬及其合金材料軋制后的精整生產(chǎn)線(xiàn)和核發(fā)電等新興產(chǎn)業(yè)都需要配置高精度矯直設(shè)備；而穩(wěn)定的高精度矯直設(shè)備必須配備高精度矯直自動(dòng)控制系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)高精度矯直目標(biāo)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提出一種聞精度矯直機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，以達(dá)到提高矯直精度、可靠性，實(shí)現(xiàn)矯直后被矯材無(wú)盲區(qū)、無(wú)微裂、無(wú)劃痕、無(wú)橢圓、無(wú)反彈的目的。
[0004]一種高精度矯直機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括磁致式位移傳感器、油壓傳感器、人機(jī)界面、PLC控制器、放大器、直流調(diào)速控制器、直流電機(jī)、減速器、增量式光電編碼器、比例換向閥和比例溢流閥，其中，所述的磁致式位移傳感器安裝于矯直機(jī)油缸的活塞連桿處，油壓傳感器設(shè)置于矯直機(jī)液壓站的液壓閥塊上，磁致式位移傳感器的輸出端連接于PLC控制器的第一通道模擬量輸入端，油壓傳感器的輸出端連接PLC控制器的第二通道模擬量輸入端，人機(jī)界面通過(guò)總線(xiàn)連接PLC控制器；PLC控制器的第一通道模擬量輸出端通過(guò)放大器連接比例換向閥的輸入端，PLC控制器的第二通道模擬量輸出端通過(guò)放大器連接比例溢流閥的輸入端，PLC控制器通過(guò)總線(xiàn)與直流調(diào)速控制器連接；所述的比例換向閥設(shè)置于矯直機(jī)油缸側(cè)，在矯直機(jī)油缸與比例換向閥之間設(shè)置有比例溢流閥；所述的直流調(diào)速控制器的輸出端連接直流電機(jī)，直流電機(jī)的輸出軸連接減速器的一端，減速器的另一端通過(guò)萬(wàn)向接軸連接矯直機(jī)輥的中心軸；在電機(jī)的尾端設(shè)置有增量式光電編碼器，增量式光電編碼器的輸出端連接直流調(diào)速控制器的輸入端。
[0005]所述的減速器，其同時(shí)連接多個(gè)矯直輥的中心軸。
[0006]所述的比例換向閥個(gè)數(shù)、比例溢流閥個(gè)數(shù)和磁致式位移傳感器的個(gè)數(shù)均與矯直機(jī)中活動(dòng)輥的個(gè)數(shù)相同，油壓傳感器的個(gè)數(shù)為矯直機(jī)中活動(dòng)輥的個(gè)數(shù)的2倍。
[0007]本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn):
[0008]本實(shí)用新型一種高精度矯直機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，使高精度矯直機(jī)的矯直精度直線(xiàn)度(彎曲度)達(dá)到0.3mm/m以上；本實(shí)用新型從高精度矯直機(jī)液壓系統(tǒng)油源壓力和油缸活塞位移的閉環(huán)控制、矯直運(yùn)行過(guò)程數(shù)據(jù)的連續(xù)檢測(cè)、標(biāo)定各組矯直輥傳動(dòng)的無(wú)級(jí)調(diào)速控制等入手，設(shè)計(jì)高精度矯直機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，達(dá)到高精度自動(dòng)控制的三維旋轉(zhuǎn)矯直的國(guó)際領(lǐng)先水平，本實(shí)用新型能夠保證矯直過(guò)程中各組輥縫精度的一致性；均布、均衡矯直力的穩(wěn)定性；非線(xiàn)性變量增益自動(dòng)補(bǔ)償?shù)目煽啃?，使高精度矯直機(jī)的矯直精度由直線(xiàn)度
0.3mm/m提高到0.2mm/m ;矯直后的被矯材達(dá)到了無(wú)盲區(qū)、無(wú)微裂、無(wú)劃痕、無(wú)橢圓、無(wú)反彈的矯直目標(biāo)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本實(shí)用新型一種實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0010]圖2為本實(shí)用新型一種實(shí)施例的高精度矯直自動(dòng)控制裝置結(jié)構(gòu)框圖，其中，1-人機(jī)界面，2-PLC編程器，3-操作臺(tái)，4-電源柜，5-控制柜，6-車(chē)間管理計(jì)算機(jī)；
[0011]圖3為本實(shí)用新型一種實(shí)施例的操作臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖4為本實(shí)用新型一種實(shí)施例的比例溢流閥壓力曲線(xiàn)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型一種實(shí)施例做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0014]本實(shí)用新型實(shí)施例中，如圖1所示，高精度矯直機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)包括磁致式位移傳感器、油壓傳感器、人機(jī)界面(HMI)、PLC控制器、放大器、直流調(diào)速控制器(6RA70)、直流電機(jī)、減速器、增量式光電編碼器、比例換向閥、比例溢流閥及其相應(yīng)的放大器，其中，所述的磁致式位移傳感器安裝于矯直機(jī)油缸的活塞連桿處，油壓傳感器設(shè)置于液壓閥塊上，用于檢測(cè)矯直輥油缸的壓力，磁致式位移傳感器的輸出信號(hào)連接于PLC控制器的第一通道模擬量輸入端IW3，油壓傳感器的輸出端連接PLC控制器的第二通道模擬量輸入端IW5，人機(jī)界面(HMI)通過(guò)MPI總線(xiàn)連接PLC控制器；PLC控制器的第一通道模擬量輸出端QW3連接比例換向閥放大器的給定輸入端NO，PLC控制器的第二通道模擬量輸出端QW7連接比例溢流閥放大器的給定輸入端INO，PLC控制器通過(guò)Profibus總線(xiàn)與直流調(diào)速控制器^RA70)上的通訊板(CBP2)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；所述的比例換向閥設(shè)置于矯直機(jī)油缸側(cè)，在矯直機(jī)油缸與比例換向閥之間設(shè)置有比例溢流閥；所述的直流調(diào)速控制器(6RA70)的輸出電樞和勵(lì)磁線(xiàn)連接直流電機(jī)，電機(jī)的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器連接減速器的一端，減速器的另一端通過(guò)萬(wàn)向接軸連接矯直機(jī)輥的中心軸；在電機(jī)的尾端設(shè)置有增量式光電編碼器，編碼器的輸出端作為速度反饋連接至直流調(diào)速控制器^RA70)的控制板輸入端。
[0015]所述的減速器，其同時(shí)連接多個(gè)矯直輥的中心軸；所述的比例換向閥個(gè)數(shù)、比例溢流閥個(gè)數(shù)和磁致式位移傳感器的個(gè)數(shù)均與矯直機(jī)中活動(dòng)輥的個(gè)數(shù)相同，油壓傳感器的個(gè)數(shù)為矯直機(jī)中活動(dòng)輥的個(gè)數(shù)的2倍。
[0016]本實(shí)用新型實(shí)施例中，比例換向閥采用4WRA型號(hào)；比例溢流閥采用DBETR型直動(dòng)式比例溢流閥，放大器采用RT3013型數(shù)字式比例放大器，直流調(diào)速控制器采用6RA70型號(hào)；PLC控制器采用SIMATIC S7-300型號(hào)(包括314C型CPU)，人機(jī)界面采用MP-277型，減速器采用ZLY180-18型號(hào)，電機(jī)采用Z4-160-31(27kw)型；增量式光電編碼器采用E6B2-CWZ5B型號(hào)，磁致式位移傳感器采用MD10-DC8-2QC型號(hào)；油壓傳感器采用P20S-GB400CN14M4B型號(hào)；上輥1-6輥位移傳感器4-20mA對(duì)應(yīng)0-150.00mm，下輥2、5輥位移傳感器4_20mA對(duì)應(yīng)
0-40mm ;液壓系統(tǒng)油壓檢測(cè):4_20mA對(duì)應(yīng)0_40MPa。
[0017]如圖2所示，為高精度矯直自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，本實(shí)施例中，設(shè)置有控制柜、電源柜、操作臺(tái)、PLC編程器、MP-277型人機(jī)界面和車(chē)間管理計(jì)算機(jī)，其中:
[0018]電源柜:為本實(shí)用新型矯直自動(dòng)控制系統(tǒng)提供電源，同時(shí)為系統(tǒng)配套的矯直機(jī)主機(jī)提供電源。
[0019]控制柜:安裝3組大輥上、下直流調(diào)速控制器和3組小輥上、下直流調(diào)速控制器，分別與矯直機(jī)大、小輥直流電機(jī)相連，控制矯直輥運(yùn)行速度。
[0020]控制系統(tǒng)操作臺(tái)(MOP)設(shè)置有314C型CPU:本實(shí)用新型的矯直自動(dòng)控制系統(tǒng)用于控制12輥“異輥距”輥系結(jié)構(gòu)的高精度矯直機(jī)，構(gòu)造為大輥2-2(3)共6輥、小輥2-2(3)共6輥，計(jì)12輥，形成大、小輥復(fù)合輥系。本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)主要硬件結(jié)構(gòu)安裝在控制系統(tǒng)操作臺(tái)內(nèi)；
[0021]分別對(duì)矯直整機(jī)實(shí)施下列控制功能:
[0022]1、控制12個(gè)矯直輥的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制矯直速度的標(biāo)定值；
[0023]2、控制有升降功能的6個(gè)上矯直輥和2個(gè)下矯直輥，使大、小輥各3組的輥縫精度值達(dá)到并保持設(shè)定的標(biāo)定值；
[0024]3、有升降功能的8個(gè)矯直輥的上升和下降由液壓油缸的活塞位移量的增、減實(shí)現(xiàn)輥縫精度的標(biāo)定值。保持標(biāo)定值是由控制系統(tǒng)的位移傳感器測(cè)定，經(jīng)PLC控制器給出正負(fù)調(diào)正量的輸出信號(hào)，自動(dòng)調(diào)正液壓油缸的油壓。
[0025]4、矯直機(jī)對(duì)被矯材施加矯直力時(shí)，要保持矯直力的均布、均衡狀態(tài)。為此，本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)還要完成以下兩項(xiàng)基本控制功能。一是控制油源壓力穩(wěn)定在壓力標(biāo)定值上，這點(diǎn)將在矯直機(jī)和控制系統(tǒng)都進(jìn)入正常狀態(tài)下，控制系統(tǒng)將自動(dòng)把油源壓力調(diào)正到標(biāo)定值。二是矯直過(guò)程中由于許多客觀因素的變化，例如液壓油溫的上升或下降會(huì)影響油壓，這種非線(xiàn)性變量增益是本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)必須控制的內(nèi)容。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了非線(xiàn)性變量增益自動(dòng)補(bǔ)償功能，保證矯直力均布、均衡、輥縫精度和矯直輥運(yùn)行速度的矯直功能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
[0026]控制系統(tǒng)PLC編程器與本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)主計(jì)算單元CPU314C相連，是自動(dòng)控制系統(tǒng)的編程器件；如圖3所示操作臺(tái)結(jié)構(gòu)框圖，即PLC控制器框圖，操作臺(tái)通過(guò)PR0FIBUS總線(xiàn)連接人機(jī)界面和編程器。
[0027]控制系統(tǒng)的觸摸屏(MP-277型人機(jī)界面):本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)依據(jù)矯直機(jī)和控制系統(tǒng)的矯直功能，編制了十幾個(gè)矯直操作菜單，供客戶(hù)調(diào)用。
[0028]本實(shí)用新型實(shí)施例中，控制系統(tǒng)還設(shè)置了 CP343-1型的通訊模塊:與本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)的以太網(wǎng)、車(chē)間管理計(jì)標(biāo)機(jī)連接，用于矯直機(jī)生產(chǎn)信息及車(chē)間管理使用。
[0029]本實(shí)用新型實(shí)施例中，主要由工業(yè)微機(jī)“可編程序控制器(PLC)及6RA70型全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)組成，整個(gè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)采用工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，將操作員站、PLC站及工廠(chǎng)綜合自動(dòng)化車(chē)間管理系統(tǒng)均整合到百兆工業(yè)以太網(wǎng)內(nèi)，具有極好的通訊速率及抗干擾性能。
[0030]本實(shí)用新型實(shí)施例中，上下主輥電機(jī)采用西門(mén)子的直流伺服驅(qū)動(dòng)控制器6RA70系列全數(shù)字直流調(diào)速裝置驅(qū)動(dòng)主電機(jī)傳動(dòng)，由單圈脈沖為2048的脈沖編碼器檢測(cè)矯直速度，通過(guò)Profiubs-DP網(wǎng)絡(luò)將直流電機(jī)速度信號(hào)反饋送給PLC組成速度負(fù)反饋系統(tǒng)；由6RA70直流調(diào)速裝置通過(guò)Profiubs-DP網(wǎng)絡(luò)將扭矩?cái)?shù)據(jù)送入PLC，然后發(fā)出命令控制直流伺服驅(qū)動(dòng)控制器-6RA70系列全數(shù)字直流調(diào)速裝置的電流輸出，從而保證了上下兩輥的扭矩同步精度要求，保證了上下兩輥速度同步、扭矩同步，從而得以保證使高精度矯直機(jī)的矯直精度由直線(xiàn)度(彎曲度)0.3mm/m提高到0.2mm/m以上，也極大地提高了矯直后產(chǎn)品表面的光潔度。
[0031]本實(shí)用新型實(shí)施例中，液壓比例換向閥配合安裝在液壓缸活塞里的位移傳感器組成液壓伺服比例控制系統(tǒng)，保證了各個(gè)輥反彎力一致性精度要求；高精度磁致式位移傳感器(分辨率為5 μ m)將精確測(cè)量上下輥油缸活塞的位置數(shù)據(jù)，將位置數(shù)據(jù)送入PLC進(jìn)行位置閉環(huán)控制；可以并根據(jù)工藝要求進(jìn)行反彎量的設(shè)定(根據(jù)工藝數(shù)據(jù)設(shè)定反彎量，從而設(shè)定反彎力)。
[0032]本實(shí)用新型實(shí)施例中，該設(shè)備的液壓系統(tǒng)在反彎缸油路中設(shè)計(jì)有比例溢流閥，可以根據(jù)不同材質(zhì)，不同管徑的原料設(shè)定配方，從而設(shè)定不同的壓力保護(hù)值以保護(hù)被矯材料不被過(guò)大的油壓損壞。
[0033]本實(shí)施例中，反彎缸內(nèi)的壓力由比例溢流閥做為最終控制，比例溢流閥的壓力設(shè)定值根據(jù)壓力曲線(xiàn)圖按比例設(shè)定，如圖4所示。
[0034]本實(shí)用新型實(shí)施例中的高精度矯直自動(dòng)控制系統(tǒng)是針對(duì)遼寧銀捷YC12GJ70鉭鈮合金管材高精度矯直機(jī)的技術(shù)、精度指標(biāo)設(shè)計(jì)。本技術(shù)方案控制原理同樣適用于其他各類(lèi)規(guī)格型號(hào)的高精度矯直設(shè)備需求。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度矯直機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于:包括磁致式位移傳感器、油壓傳感器、人機(jī)界面、PLC控制器、放大器、直流調(diào)速控制器、直流電機(jī)、減速器、增量式光電編碼器、比例換向閥和比例溢流閥，其中，所述的磁致式位移傳感器安裝于矯直機(jī)油缸的活塞連桿處，油壓傳感器設(shè)置于矯直機(jī)液壓站的液壓閥塊上，磁致式位移傳感器的輸出端連接于PLC控制器的第一通道模擬量輸入端，油壓傳感器的輸出端連接PLC控制器的第二通道模擬量輸入端，人機(jī)界面通過(guò)總線(xiàn)連接PLC控制器；PLC控制器的第一通道模擬量輸出端通過(guò)放大器連接比例換向閥的輸入端，PLC控制器的第二通道模擬量輸出端通過(guò)放大器連接比例溢流閥的輸入端，PLC控制器通過(guò)總線(xiàn)與直流調(diào)速控制器連接；所述的比例換向閥設(shè)置于矯直機(jī)油缸側(cè)，在矯直機(jī)油缸與比例換向閥之間設(shè)置有比例溢流閥；所述的直流調(diào)速控制器的輸出端連接直流電機(jī)，直流電機(jī)的輸出軸連接減速器的一端，減速器的另一端通過(guò)萬(wàn)向接軸連接矯直機(jī)輥的中心軸；在電機(jī)的尾端設(shè)置有增量式光電編碼器，增量式光電編碼器的輸出端連接直流調(diào)速控制器的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度矯直機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的減速器，其同時(shí)連接多個(gè)矯直輥的中心軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度矯直機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的比例換向閥個(gè)數(shù)、比例溢流閥個(gè)數(shù)和磁致式位移傳感器的個(gè)數(shù)均與矯直機(jī)中活動(dòng)輥的個(gè)數(shù)相同，油壓傳感器的個(gè)數(shù)為矯直機(jī)中活動(dòng)輥的個(gè)數(shù)的2倍。
【文檔編號(hào)】B21D3/00GK203955778SQ201420358160
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】譚葉林, 彭賽, 武靜宇, 祖龍起, 劉陽(yáng), 劉可, 崔志昌, 王建民, 王德民 申請(qǐng)人:遼寧銀捷裝備科技股份有限公司