基于多PLC通信与前馈控制的圆盘剪故障消除方法.pdf

电气与自动化许红兵等基于多 通信与前馈控制的圆盘剪故障消除方法第一作者简介:许红兵()男安徽无为人高级工程师硕士研究方向为供配电和自动化方面应用和开发.:./.基于多 通信与前馈控制的圆盘剪故障消除方法许红兵彭辉刘凡许润国(.铜陵有色金属集团股份有限公司金威铜业分公司安徽 铜陵 .中南大学 自动化学院湖南 长沙.铜陵瑞莱科技有限公司安徽 铜陵 .琼台师范学院海南 海口)摘 要:针对剪切线机组中圆盘剪机架打不开的故障进行机械、液压、电气解耦分析是刀轴膨胀滞后和圆盘剪电机动作不协调导致键与槽的错位所造成 对于控制系统中原来的 个独立放弃传统的搭建通信模块方式采用搭建中间继电器的方式建立信息交流并将其连锁信号作为圆盘剪和其他电机等建立速度和张力的必要条件 通过设置延迟动作时间及采用前馈控制方式以补偿液压响应的滞后时间并替代传统液压系统的优化调整解决了该机械故障提高了生产效率关键词:机械错位解耦双 通信连锁膨胀响应滞后前馈控制中图分类号:.文献标志码:文章编号:()(.):.:引言剪切线的主要任务是通过圆盘剪完成分条和修边分条是将带材分切成不同宽度的产品修边是切除带材边部的缺陷供给下游设备进行进一步生产如轧机、清洗线等 一般来讲剪切线主要是刀轴重叠量和轴向窜动问题较多某公司剪切线由三部分组成即甲外方提供的圆盘剪乙外方提供的皮带张力站其余部分由国内设计制造 在剪切不同带材时需要打开圆盘剪龙门架更换刀具和橡胶环但有时刀头机架打不开实际操作中必须拆开机架锁紧套耗时费力制约生产的连续性影响了设备精度故解决这个故障对于生产显得尤为迫切和重要现场拆开圆盘剪机架后发现其刀头的互锁结构错位即圆盘剪机架刀轴的 个公键与机架的 个母槽发生 左右的错位正是这个错位造成了机架打不开该错位和刀轴机械构造存在关联性 刀轴机械构造和液压控制刀轴基本结构如图 所示圆盘剪在换刀时机架正常打开和合上机架的基本原理和步骤如下:合上操作侧机架时刀轴锁紧 个公键对准定位套的 个母槽进入然后上下刀轴旋转 此时刀轴锁紧的 个公键对准操作侧机架定位套的 个公键阻挡刀轴脱落液压阀动作、刀轴锁紧和膨胀 打开机架时刀轴首先定位即寻找初始位然后反向旋转刀轴 此时刀轴锁紧的 个公键对准定位套的 个母槽释放刀轴锁紧和膨胀顺利退出机架如果二者错位则无法打开机架需要拆开操作侧机架的锁紧套调整位置后才能够打开机架电气与自动化许红兵等基于多 通信与前馈控制的圆盘剪故障消除方法1234567刀轴刀轴上的 个公键轴承座锁紧套上的 个母槽液压环机架锁紧套图 刀轴基本结构图 研究发现机械错位反映的只是现象其原因涉及到液压和电气 通过对这个机电液系统进行解耦分析发现主要是圆盘剪的刀轴锁紧和膨胀没有完全到位液压膨胀环的压力没有达到设定值 此时如果转动圆盘剪的电机必然导致刀轴锁紧的 个公键和定位套的 个母槽发生滑动、产生错位 检测其电气控制发现控制结果与控制命令存在时间差且滞后液压系统本身存在非线性、滞后、强耦合、不确定性及干扰等控制难题其中有液压缸内泄它会造成压力达不到设定值和液压油温度过高现象即所谓的滞后从图 可以看出液压系统出来 压力经过 次减压阀到刀头锁紧液压缸为 刀轴膨胀液压缸为通过旋转接头到达刀轴环节多机械和液压系统改造存在实施难度大和周期长的问题 因此需从电气控制角度探讨解决的合理性和可操作性APTabBAPTabBP3P3101.5101.5151.5151.5151.5101.5101.5101.5101.513 MPa28 MPa24 MPa945Messerwelle/ArbreMesserwelle/ArbreSpannring/BagueSpannring/Bague67842101113P1P1P2P2刀轴锁紧电磁阀、减压阀、比例减压阀压力开关、上下刀轴锁紧油缸、上下刀轴膨胀油缸刀轴膨胀电磁阀图 圆盘剪刀轴锁紧和膨胀液压控制图电气与自动化许红兵等基于多 通信与前馈控制的圆盘剪故障消除方法 多 功能及现状该剪切线是由三方设备配套组合的生产线相应的电气控制系统也是三方单独配置和完成的其中圆盘剪 的控制包括机架打开、合上等顺序操作刀轴锁紧膨胀等液压操作刀轴重叠量调整的伺服系统控制 整个机组 除了开卷机、卷取机等变频器挂在 网上特别是圆盘剪变频器也挂在该网上也就是说圆盘剪控制是在机组 完成的而这两个 改造前是完全独立的没有通信联系整个机组的顺序控制、电气传动包括圆盘剪电机驱动等由机组 完成 可以看出二者交集在于圆盘剪的驱动现场唯一的联系是 上有个机组联动的按钮分析认为有时机组操作人员在完成配刀后合上机架点动圆盘剪观察配刀情况时刀轴没有完全锁紧和膨胀这样就导致刀轴上 个公键没有同步发生滑动产生了公键与母槽的错位 因此必须建立两个 通信把刀轴膨胀后的信息传递到机组 可靠、有效地控制圆盘剪才是实现正确顺序控制的首要问题 多 通信之优选实现多 通信的传统做法是在 上增加接口通信模块来实现的改造前两个 之间没有通信可以采用西门子 协议来建立通信该协议遵循 协议中以太网协议以太网协议是/协议簇的一员它对 中的第 层协议进行了定义 硬件上增加 西门子以太网模块配置网线进行硬件组态和网络配置软件编制时分别在 中插入 定时中断程序块和数据块 并在两个 中调用()和()程序块来实现这是传统做法 从实际需要解决该问题来看实际上两个 之间并不需要大量数据交换只需传递开关量信号 因此设置中间继电器进行信号转换对于圆盘剪 来讲它只是一个普通开关量输出信号对于机组 来讲它的常开接点只是一个普通开关量输入信号 如图 所示实际操作时把圆盘剪机架 的液压膨胀环电磁阀信号和压力开关信号串联作为中间继电器导通条件通过其辅助触点 信号联锁到机组 中作为圆盘剪驱动的必要条件 改造后中间继电器担当了双 通信的任务搭建了不同控制系统信号物理隔离传输桥梁这也是本次改造的独特之处在可靠性、改造成本和可操作性等方面具有比较明显的优势 液压滞后与前馈控制在多次实验中发现存在两个问题)中间继电器信号连锁到圆盘剪驱动条件后仍然不时出现刀头打不开的现象)在延时后偶尔存在刀头打不开R24(+24 V)N24(0 V)R24(+24 V)N24(0 V)N24(0 V)PLCPLC313131314131414141124I17.6PS531K606K26K26中间继电器液压膨胀环电磁阀控制继电器压力开关机组 输入点图 双 搭建中间继电器通信原理图问题)液压执行机构从得到命令到完全膨胀仍然需要一定时间有的气相传输滞后时间达到 目前一般来讲传感器信号传输、控制器的控制算法计算和执行器的工作响应都会有延迟时间 该比例减压阀的压力流量方程如式()所示()()()()()()()()式中:()为流向负载流量为泄漏系数 为油液体积弹性模量 为减压阀进口处受控油腔的容积由泵出口、溢流阀进口和负载之间的容腔构成()、()为减压阀入口、出口压力为阀口流量系数 为阀口面积梯度()为阀芯位移 为油液密度 调整时滞方法多种多样当然可以通过如更换新阀和密度小液压油减少时滞如式()所示 液压油的可压缩性油缸容积填充以及泄漏等都需要一定的时间其中现场能够处理的内泄不仅是更换垫圈还包括打磨抹胶耗时费力 该比例减压阀的最大斜坡响应时间达到 调节范围受限于液压系统自身如果调节过小则容易引起给定值阶跃变化过度响应如震荡和压力冲击等如图 所示D/A+V24 V0 V0 VPLC图 比例减压阀放大器原理图通常时滞检测有实验法、解析法、自适应法根据液压系统本身情况现场实际检测如表 所示电气与自动化许红兵等基于多 通信与前馈控制的圆盘剪故障消除方法表 滞后时间测试表测试序号滞后计时/观察膨胀、锁紧(状态)测试序号滞后计时/观察膨胀、锁紧(状态)否否否是否是否是 因此在比较分析后在电气控制中采用时间补偿方法即前馈控制来解决液压滞后问题对联锁信号做 的延时多次试验发现 这个延时能更加可靠地实现点动、正反转、运行等要求 这种前馈控制方式有效地克服了处理液压滞后的耗时费力问题解决了时滞问题问题)延时 后的信号不仅要作为必要条件用来驱动圆盘剪即作为圆盘剪变频器的速度和转矩给定控制命令信号此外还要作为必要条件用来驱动其他设备电机包括开卷机、矫直机、张力辊、卷取机等即步调一致形式上包括点动和运行实现整个机组的顺序逻辑控制、工艺控制的协调统一 结语圆盘剪作为剪切线的核心它的换刀时间直接决定生产效率机架打不开故障现象反映的是机械错位通过对机、电、液的解耦分析找到了既有液压动作非线性、滞后等自身存在的固有问题又有两个控制系统部分各自独立缺少联系这样的系统集成商统筹协调的问题 经实际方案择优设计并不是通过搭建通信模块而是通过中间继电器来搭建双 联系实现两个控制系统的通信 改造后的生产运行结果表明:采用前馈控制来补偿液压响应滞后时间该机械故障得到了较好的解决使机电加以耦合消除了故障导致的换刀延误时间设备产能和生产的连续性得到了提升参考文献:景群平贾海亮张勇安等.特殊超高强钢切边圆盘剪关键技术研究.重型机械():.牛卫兵.圆盘剪主轴轴向窜动的研究.机械管理开发():.李伟齐建家刘喜平.机电一体化产品中的解耦和耦合分析方法.黑龙江工程学院学报():.许红兵 胡 铜生 叶叶 等.圆盘剪 及控制 系 统:中 国.黄伟巫茜.液压 系统的智能融合控制策略.机床与液压():.刘云贵.曲轴车铣中心液压系统油温高压力不稳故障.设备管理与维修():.马春祥李占宝李嘉树.立式车床主轴旋转液压缸的技术改造.液压气动与密封():.侯建华.西门子 协议研究及基于嵌入式平台的驱动开发.自动化仪表():.原通文姜川孟晖等.基于 和双 通讯的悬挂输送系统的设计与实现.制造业自动化():.贾建余琼吴昊等.连退机组圆盘剪控制系统改造.金属世界():.刘勋元.在线分析仪试样传输滞后时间的计算及分析.石油化工自动化():.张海亮.电动静液压主动悬架时滞稳定性分析及控制研究.西安:西安科技大学:.何仁吴海啸张涌等.比例减压阀的特性及在无级变速器速比控制中的应用.汽车工程():.李竹芳赵方蔡普.电液比例技术在电液制动试验台上的应用.机械工程师():.郭健名刘璇漆雕.圆盘剪自动控制系统的应用.工业仪表与自动化装置():.收稿日期:(上接第 页)6004002000-200-400-600-600-400-2000200400600213DDE,DDEDE123图 双凸轮理论轮廓曲线 结语本文通过对吹瓶机双凸轮驱动取送瓶机械手进行分析得到主要结论如下)采用三次样条插值法对机械手曲线进行拟合有效解决了在衔接点处速度和加速度不连续的问题同时也确保了机械手的动作要求和整体运行的平稳性)对过渡段摆动凸轮曲线采取分段式设计在保证机械手运行稳定的同时又降低了摆动凸轮从动件在运行过程中的最大加速度为后续双凸轮驱动取送瓶机械手的设计提供新的思路参考文献:孙膑.吹瓶技术的创新.塑料包装():.胡伟胡国清魏昕等.吹瓶机中机械手凸轮曲线解析计算的研究.机械设计与制造():.郭松旺.全自动旋转式 吹瓶机凸轮机构优化设计研究.广州:华南理工大学.胡安朋.基于旋转式吹瓶机取、送瓶系统的组合凸轮参数化设计.广州:华南理工大学.琚贻宏.平面机构运动的复矢量分析法.青岛建筑工程学院学报():.陈文略王子羊.三次样条插值在工程拟合中的应用.华中师范大学学报(自然科学版)():.刘晓麟林仕高欧元贤.双五次多项式过渡机械手轨迹规划.机械设计与制造():.武文佳.在数学建模中的应用.现代制造技术与装备():.收稿日期: