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        基于PLC和比例調(diào)速閥的軋鋼機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2018-02-07 19:37:47官倫
        山東工業(yè)技術(shù) 2018年4期

        摘 要:全自動(dòng)軋鋼機(jī)傳送帶采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng),其轉(zhuǎn)速在工作中受液壓源和負(fù)載影響較大,為提高這種液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)傳送帶的速度控制精度,設(shè)計(jì)了基于PLC和比例調(diào)速閥的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng),給出了硬件構(gòu)成,設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)編碼器采集轉(zhuǎn)速及顯示轉(zhuǎn)速的程序,設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制程序,該系統(tǒng)有效的穩(wěn)定了軋鋼機(jī)傳送帶的轉(zhuǎn)速。

        關(guān)鍵詞:PLC;比例調(diào)速閥;軋鋼機(jī);轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.042

        1 前言

        軋鋼機(jī)是一種進(jìn)行金屬軋制的機(jī)械設(shè)備,它采用軋輥將軋件拖入軋縫中,將軋件軋制成需要形狀,常見的板帶軋鋼機(jī)應(yīng)用廣泛。而板帶軋鋼機(jī)的傳送帶是軋鋼機(jī)重要部件,它需要的傳動(dòng)力矩大,要求可以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速可以進(jìn)行精確控制。而液壓馬達(dá)具有它所需要的特性,所以軋鋼機(jī)的傳送帶常采用液壓馬達(dá)來驅(qū)動(dòng)。在實(shí)際應(yīng)用中,發(fā)現(xiàn)一臺(tái)全自動(dòng)的軋鋼機(jī),其傳送帶采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng),由于沒有采用閉環(huán)控制,當(dāng)液壓馬達(dá)受到壓力源壓力變化、負(fù)載變化、壓力油溫度變化等因素的影響時(shí),液壓馬達(dá)帶動(dòng)的傳送帶經(jīng)常出現(xiàn)速度不穩(wěn)現(xiàn)象,影響了產(chǎn)品質(zhì)量。為解決液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)傳送帶的速度穩(wěn)定問題,我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)基于PLC和比例調(diào)速閥的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定,很好的解決了傳送帶運(yùn)動(dòng)速度的穩(wěn)定問題。

        2 轉(zhuǎn)速控制原理

        通過觀察和研究,發(fā)現(xiàn)這臺(tái)設(shè)備的電氣控制采用三菱FX3U型PLC,我們依托這臺(tái)PLC,用它作為運(yùn)算控制單元。設(shè)備的傳送帶由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng),傳送帶的轉(zhuǎn)速與液壓馬達(dá)同步,為了精確采集轉(zhuǎn)速信號(hào),在設(shè)計(jì)時(shí),把一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器通過聯(lián)軸器和傳送帶的一個(gè)軸相連,旋轉(zhuǎn)編碼器采集到的脈沖信號(hào)就是液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速信號(hào)。再把這個(gè)脈沖信號(hào)通過三菱FX3U型PLC高速脈沖輸入口(X0和X1口)輸入到PLC內(nèi),通過計(jì)算轉(zhuǎn)換成實(shí)際轉(zhuǎn)速顯示出來,我們用這個(gè)采集值和設(shè)定值在PLC內(nèi)進(jìn)行比較,如果采集值超出設(shè)定值一定范圍,顯示的轉(zhuǎn)速低于或高于PLC設(shè)定的轉(zhuǎn)速范圍,就把運(yùn)算后的偏差通過PLC模擬量模塊以0~10伏的電壓送給比例調(diào)速閥,最終通過調(diào)節(jié)比例調(diào)速閥的開度來控制液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速,讓轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在一個(gè)需要的范圍以內(nèi)。

        3 硬件選擇與構(gòu)成

        本轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的主要硬件如表1所示。系統(tǒng)主要由液壓馬達(dá)、可編程控制器、模擬量輸出模塊、旋轉(zhuǎn)編碼器、比例調(diào)速閥和按鈕等組成。本系統(tǒng)的液壓馬達(dá)選用寧波北侖弗蘭特液壓公司的OMP50-121F0260,它能帶軋鋼機(jī)動(dòng)傳送帶順利運(yùn)轉(zhuǎn),可編程控制器選用三菱FX3U-48MR,它的I/O點(diǎn)數(shù)較多,主要考慮本軋鋼機(jī)其它部件需要用可編程控制器控制,轉(zhuǎn)速采集采用長(zhǎng)春禹衡光學(xué)公司的A-CHA-102.4BM-G5-26F型編碼器,這種編碼器可以輸出兩組A/B脈沖,相位差90度,它每轉(zhuǎn)輸出1024個(gè)脈沖,通過這個(gè)脈沖可以測(cè)量轉(zhuǎn)速,同時(shí)還可以兩組脈沖來判斷轉(zhuǎn)向。與可編程控制器相連接的模擬量輸出模塊采用FX-2DA,它可以將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電流或電壓輸出,輸出的0~10V電壓剛好和比例調(diào)速閥的控制電壓匹配,可以隨意控制比例調(diào)速閥的開度。

        4 轉(zhuǎn)速控制的軟件設(shè)計(jì)

        4.1 轉(zhuǎn)速采集原理及程序設(shè)計(jì)

        轉(zhuǎn)速采集主要通過旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的高速脈沖信號(hào)來實(shí)現(xiàn),這個(gè)脈沖信號(hào)通過PLC的高速脈沖輸入口輸入PLC,我們這次用X0和X1輸入口,采用脈沖密度指令SPD指令進(jìn)行單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)采集,它的梯形圖指令格式是: SPD--S1--S2—D, 其中,S1是計(jì)數(shù)脈沖輸入口(X0~X5), S2是測(cè)量計(jì)數(shù)脈沖規(guī)定的時(shí)間數(shù)據(jù),單位是ms, D是S2時(shí)間里計(jì)數(shù)脈沖數(shù)的存儲(chǔ)地址,占用3點(diǎn),具體就是在16位SPD指令在執(zhí)行時(shí),會(huì)占用D、D+1、D+2三個(gè)寄存器。其中D用來存儲(chǔ)測(cè)量時(shí)間里所測(cè)得的脈沖個(gè)數(shù),D+1用來存儲(chǔ)SPD執(zhí)行時(shí)測(cè)量脈沖個(gè)數(shù)的當(dāng)前值,D+2是測(cè)量時(shí)間剩余時(shí)間的存儲(chǔ),是一個(gè)倒計(jì)時(shí)的時(shí)間值。如果是高速旋轉(zhuǎn),可以采用32位的DSPD指令,它占用6個(gè)寄存器,D至D+6。然后,我們把SPD測(cè)得的脈沖密度通過運(yùn)算轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制的轉(zhuǎn)速值,顯示在PLC里,就可以直觀的看到液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速值。

        轉(zhuǎn)速采集和轉(zhuǎn)速顯示梯形圖程序如下圖1,D10里顯示的就是實(shí)際轉(zhuǎn)速。

        4.2 軋鋼機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制原理及程序設(shè)計(jì)

        軋鋼機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)原理就是把測(cè)得的轉(zhuǎn)速值和給定值進(jìn)行比較,如果測(cè)得的轉(zhuǎn)速值小于給定值,就在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加一點(diǎn)電壓給比例調(diào)速閥,讓它把閥口開大一點(diǎn),如果測(cè)得轉(zhuǎn)速值大于給定值,就把加給比例調(diào)速閥電壓減小一點(diǎn),讓它把閥口開小一點(diǎn),直到滿足給定要求為止。

        如圖2所示,我們假設(shè)給定的轉(zhuǎn)速是50轉(zhuǎn)每分鐘,就用52轉(zhuǎn)和48轉(zhuǎn)作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的上下限值,通過比較指令和定時(shí)器送出減少或增加電壓的信號(hào)。例如,現(xiàn)在轉(zhuǎn)速是46轉(zhuǎn)每分鐘,這時(shí)程序就會(huì)每隔兩秒鐘增加一次輸出值,輸出值通過圖3的程序轉(zhuǎn)換為0~10V的模擬量,讓比例調(diào)速閥的閥口開大一點(diǎn),液壓馬達(dá)就會(huì)旋轉(zhuǎn)快一點(diǎn),直到轉(zhuǎn)速升到48轉(zhuǎn)每分鐘以上,程序停止增大輸出值,比例調(diào)速閥的閥口也穩(wěn)定在一定開度,液壓馬達(dá)穩(wěn)定在50轉(zhuǎn)左右。相反,如果現(xiàn)在的轉(zhuǎn)速是55轉(zhuǎn)每分鐘,這時(shí)程序就會(huì)每隔兩秒鐘減少一次輸出值,讓比例調(diào)速閥的閥口開小一點(diǎn),液壓馬達(dá)就會(huì)旋轉(zhuǎn)慢一點(diǎn),直到轉(zhuǎn)速下降到52轉(zhuǎn)每分鐘以內(nèi),程序停止減小輸出值,比例調(diào)速閥的閥口也穩(wěn)定在一定開度,液壓馬達(dá)重新穩(wěn)定在50轉(zhuǎn)左右。這樣就達(dá)到了快速自動(dòng)調(diào)節(jié)和穩(wěn)定軋鋼機(jī)傳送帶轉(zhuǎn)速的目的。

        5 結(jié)束語

        針對(duì)軋鋼機(jī)轉(zhuǎn)速控制的實(shí)際需求,設(shè)計(jì)以上基于PLC和比例調(diào)速閥的軋鋼機(jī)傳送帶控制系統(tǒng),在實(shí)際的試驗(yàn)中,不管是調(diào)高、調(diào)低液壓源的壓力或是增加傳送帶的負(fù)載,軋鋼機(jī)傳送帶均能很快的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,并且穩(wěn)定在給定值范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)速和調(diào)速的功能,試驗(yàn)驗(yàn)證效果好。本系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中較好的解決了軋鋼機(jī)傳送帶轉(zhuǎn)速穩(wěn)定問題,這也為其它液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速自動(dòng)穩(wěn)定系統(tǒng)提供了設(shè)計(jì)參考。

        參考文獻(xiàn):

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        作者簡(jiǎn)介:官倫(1974-),男,本科,高級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師,高級(jí)技師,官倫電工首席技能大師工作室主持人,從事電氣自動(dòng)化領(lǐng)域的研究。endprint

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