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基于PLC的液压伺服比例阀在无缝钢管生产过程中的应用
日期:2007-5-29 0:03:25 来源:本文摘自《PLC&FA》  
点击: 作者:未知
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1  引言

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    无缝钢管生产线按工艺流程一般分为三个区域:穿孔区;连轧区;定径区(张减区)。穿孔区主要负责把坯料加工成为中空的钢管(毛管);连轧区主要负责把毛管轧制成为符合要求的半成品(荒管);定径区(张减区)主要负责对荒管进行外径的微小修正。穿孔区的工艺为斜轧,对毛管质量起着关键作用的设备是主轧机及三辊抱芯。三辊抱芯由液压伺服比例阀控制,其主要作用是保证三辊抱芯的实际位置位于参考位置的偏差范围内,从而起到导向作用。
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2  三辊抱芯功能简介

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    三辊抱芯装置机械结构如图1所示。
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图1  三滚抱芯的机械结构图

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    三个导辊按照120o分布,其中下面两个导辊,上面一个导辊,三滚的内切圆直径即为其导向物料的外径。三个导辊由同一个液压缸控制,油缸的动作通过一系列的机械机构可以同时改变三个导辊的位置,(三辊的内切圆直径)。一般根据工艺不同,穿孔区一般安装6组三辊抱芯装置,每个三辊抱芯前有2对热探。

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    轧制前三辊抱芯位于顶杆位置,对顶杆起到导向作用。轧制过程中,随着坯料被轧制成为毛管,6对三辊抱芯在得到各自的热探信号后,依次打开到毛管位,对毛管进行导向。当轧制结束后,三辊抱芯同时旋至打开位置,翻料臂将毛管翻出。更换顶杆后,三辊抱芯再次旋至顶杆位,重复以上过程,轧制另一个毛管。
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    在一根毛管轧制的过程中,三辊抱芯要动作3次,即顶杆位,毛管位,打开位,而这些动作均要求在0.5-1s内完成,并且保证1mm之内的位置偏差。所以三辊抱芯位置的精确度,动作快慢直接关系到整条生产线的运行以及产品的质量。
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3  三辊抱芯控制

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3.1 基本控制原理
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    三辊抱芯的控制基本分为两种。
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    (1)采用机械调整和节流阀配合驱动。这种方法的优点是驱动控制简单,设备动作时间短,即使用常规的三位四通阀,节流阀来控制液压缸的行程,但是这种方式的缺点也很明显,就是每次更换轧钢规格的时候都需要手动进行调节,浪费了大量的时间。其次是控制的精度比较低,对轧钢的质量造成很大的影响。
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图2  液压伺服比例系统

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    (2)用液压伺服比例阀进行控制,这种控制方法能很好的保证三辊抱芯的精度,一般误差都可以控制在0.5-1mm,此外如果采用单独的液压站来驱动6个三辊抱芯,系统压力比较稳定的情况下,其动作时间也能控制在0.5s内。更换轧钢规矩的时候,仅仅需要从HMI改变参考位置,节省了大量的时间。液压伺服比例系统的控制如图2所示。伺服比例阀通过自带的集成线性放大器,可以连续地调节伺服比例阀的开度,这是与普通液控阀的最大不同。由于伺服比例阀的开度是连续可调的,因此供给油缸的流量也是连续可调节的。这样就实现了对油缸的速度、推力的连续调节和控制,保证了三辊抱芯的位置总是在参考的位置范围内。

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3.2  控制系统配置及软件实现
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    采用ABB公司的AC450系列PLC控制。油缸的行程由内置的位移传感器给出4-20mA的模拟量输入信号。经过系统分析处理后,把开度指令转换成4-20mA的模拟量信号发送给伺服比例阀的集成放大器,控制其开度。由于输入的位移信号与三辊抱芯的开口度为线性关系,所以很容易推出它们之间的关系。具体步骤如图3所示(输入信号X;三辊抱芯的参考直径Y;输出信号Z,皆为4-20mA)。
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图3   液压伺服比例系统控制调节流程图

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    (1)将标准管1(直径已知)放入三辊抱芯内,手动将三辊抱芯抱紧标准管。在次状况下,可以得到内置位移传感器的输入信号-X1,标准管的直径已知-Y1。

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