一种高精度矫直机自动控制系统及控制方法

一种高精度矫直机自动控制系统及控制方法
【专利摘要】本发明一种高精度矫直机自动控制系统及控制方法，属于自动控制领域，本发明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和软件方法，达到高精度自动控制的三维旋转矫直的国际领先水平，本发明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。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于自动控制领域，具体涉及一种高精度矫直机自动控制系统及控制方 法。 一种高精度矫直机自动控制系统及控制方法

【背景技术】
[0002] 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）要求达到〇.3mm/m至 0. 2mm/m，我国目前生产的矫直机矫直精度大多停留在lmm/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】

[0003] 针对现有技术的缺点，本发明提出一种高精度矫直机自动控制系统及控制方法， 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。
[0004] 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。
[0005] 所述的减速器，其同时连接多个矫直辊的中心轴。
[0006] 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。
[0007] 采用高精度矫直机自动控制系统进行的控制方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤1、根据实际需求通过人机界面设置被矫材的矫直速度，即实现对直流电机目 标转速的设定；设定矫直机活动辊的位移目标值，包括上、下辊之间的间距和反弯量；根据 实际需求设定被矫材的保护油压值，即设定比例溢流阀的溢流值；
[0009] 步骤2、根据实际需求手动调节上、下辊的角度，并手动将矫直机的活动辊移动至 底端进行清零，即上、下辊间距离为零，并将用于反弯的下辊移动至底端，将此时上、下辊的 接触位置作为位移相对零点；
[0010] 步骤3、启动矫直机，采用PLC控制器发送控制信号至比例换向阀，控制比例换向 阀的开口度，进而控制油缸内油压带动活塞杆运动，实现矫直机上、下辊间距的增加至设定 的位移目标值，并使用于反弯的下辊位移达到设定的反弯量；
[0011] 步骤4、在矫直机上、下辊间放入被矫材；
[0012] 步骤5、矫直机运行过程中，实时采用磁致式位移传感器采集活塞杆的位移量，反 馈至PLC控制器中与设定的位移目标值做差，采用PID控制算法计算位移补偿量，通过放大 器控制比例换向阀控制开口度，调节油缸内油量，进而控制矫直机活动辊的位移稳定在设 定位移目标值；
[0013] 步骤6、矫直机运行过程中，实时采用增量式光电编码器采集直流电机转速值，通 过直流控制器发送至PLC控制器内，根据直流电机转速的实际测量值与直流电机目标转速 设定的差值，采用PID控制算法计算直流电机转速的补偿量，并发送至直流控制器中实现 对直流电机转速的调节，使直流电机转速稳定于目标设定值；
[0014] 步骤7、矫直机运行过程中，实时采用油压传感器采集油缸内油压值是否超过设定 的被矫材的保护油压值，若是，则PLC控制器控制比例溢流阀进行溢流，使油缸内油压值恢 复至保护油压值以内，否则，返回步骤6继续实时采集；
[0015] 步骤8、当完成所有被矫材的矫直后，停止。
[0016] 步骤1所述的上、下辊之间的间距为被矫材的直径。
[0017] 步骤5所述的PID控制算法中比例系数的确定，采用实时动态调节方法，具体步骤 如下：
[0018] 步骤6-1、实时判断油缸活塞杆实际位移是否大于设定的位移目标值，若是，则执 行步骤6-2,否则，执行步骤6-3 ;
[0019] 步骤6-2、根据油缸内实际测量油压值和比例换向阀的流量压力增益值，确定控制 系统的增益值，并执行步骤6-4 ;
[0020] 公式如下：
[0021] Kx = Kp/sqrt ( Δ Ρ)
[0022] 其中，Κχ表示控制系统的增益值，Κρ表示比例换向阀的流量压力增益值，此时ΛΡ =油缸内实际测量油压值，sqrt(.)表示开方；
[0023] 步骤6-3、根据油缸内实际测量油压值与矫直机油源压力值的差值和比例换向阀 的流量压力增益值，确定控制系统的增益值，并执行步骤6-4 ;
[0024] 公式如下：
[0025] Kx = Kp/sqrt ( Δ Ρ)
[0026] 此时，ΛΡ =油缸内实际测量油压值与矫直机油源压力值的差值；
[0027] 步骤6-4、判断控制系统的增益值是否在设定的范围内，该范围为1?1000,若是， 则执行步骤6-5,否则，返回执行步骤6-1 ;
[0028] 步骤6-5、将获得的控制系统的增益值作为PID控制算法中的比例系数。
[0029] 本发明优点：
[0030] 本发明一种高精度矫直机自动控制系统及控制方法，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；本发明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和软件方法，达到高精度自动控制的 三维旋转矫直的国际领先水平，本发明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 直线度〇. 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。

【专利附图】

【附图说明】
[0031] 图1为本发明一种实施例的系统结构框图；
[0032] 图2为本发明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；
[0033] 图3为本发明一种实施例的操作台结构示意图；
[0034] 图4为本发明一种实施例的高精度矫直机自动控制方法流程图；
[0035] 图5为本发明一种实施例的辊缝反弯量压力控制系数自动调整流程图；
[0036] 图6为本发明一种实施例的辊缝反弯量位置控制系数自动调整程序流程图；
[0037] 图7为本发明一种实施例的比例溢流阀压力曲线图。

【具体实施方式】
[0038] 下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。
[0039] 本发明实施例中，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NO, 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。
[0040] 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。
[0041] 本发明实施例中，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。
[0042] 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 ：
[0043] 电源柜：为本发明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。
[0044] 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。
[0045] 控制系统操作台（Μ0Ρ)设置有314C型CPU:本发明的矫直自动控制系统用于控制 12辊"异辊距"棍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。本发明的控制系统主要硬件结构安装在控制系统操作台 内；
[0046] 分别对矫直整机实施下列控制功能：
[0047] 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；
[0048] 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；
[0049] 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。
[0050] 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，本发明 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发明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。
[0051] 控制系统PLC编程器与本发明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，S卩PLC控制器框图，操作台通过PR0FIBUS总 线连接人机界面和编程器。
[0052] 控制系统的触摸屏（MP-277型人机界面）：本发明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。
[0053] 液压比例阀控制部分：包括8个液压缸位移控制和4个压力标定控制。
[0054] 液压缸位移检测控制部分：包括8个油压传感器，传感器的控制电压为0?10V， 将对应0?300bar ;从PLC的模拟量输入检测值经整数转化成四个字节的实数，由CPU计 算后，再转成模拟量输出，控制相关液压阀开口量。
[0055] 控制系统的速度环、电流环控制部分：包括其反馈机构，将PLC与直流调速机构相 连接，及时处理速度、电流反馈信号，达到闭环控制目标，实现各矫直辊线速度一致，保证矫 直精度。
[0056] 液压站I/O输入输出的逻辑检测控制部分：液压站输出油压必须稳压，系统设计 了油源压力标定值，按此标定压力值由逻辑检测机构反馈检测值，由PLC处理反馈信号、随 时调正液压站输出的比例换向阀，保持油源压力稳定，不发生油源压力波动的不良现象。
[0057] 本发明实施例中，控制系统还设置了 CP343-1型的通讯模块：与本发明的控制系 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。
[0058] 本发明实施例中，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。
[0059] 本发明实施例中，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进行处理，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）〇. 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。
[0060] 本发明实施例中，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5 μ m)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）。
[0061] 本发明实施例中，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。
[0062] 采用高精度矫直机自动控制系统进行的控制方法，方法流程图如图4所示，包括 以下步骤：
[0063] 步骤1、根据实际需求通过人机界面设置被矫材的矫直速度，即实现对直流电机目 标转速的设定；设定矫直机活动辊的位移目标值，包括上、下辊之间的间距和反弯量；根据 实际需求设定被矫材的保护油压值，即设定比例溢流阀的溢流值；所述的上、下辊之间的间 距为被矫材的直径。
[0064] 本发明实施例中，各矫直参数确定方法如下：
[0065] 1)矫直力确定：
[0066] 当辊形确定之后，即可按辊缝曲线计算矫直力。
[0067] 圆棒材矫直辊辊型的导程t为：
[0068] t = π dtan α (2)
[0069] 式中，d为圆棒材的直径，α为圆棒材轴线与矫直辊轴间夹角。
[0070] 设圆材的弹性极限弯矩为札，可以计算矫直力为：
[0071] ^3- ,, _υ·7 . t (3)
[0072] 其中，F3表示S' d到Sb段内的矫直力；M3表示S' d到Sb段内的弯矩；Sb、S' d、 Sd为矫直辊分段拐点值（mm)，在矫直辊上按此顺序逐渐靠近中心0点；
[0073] F2 = -^-(M2 - Μ,) = 0.4-L (4) id t
[0074] 其中，F2表示Sd到S' d段内的矫直力；M2表示Sd到S' d段内的弯矩 2 Μ
[0075] F\ =~(Μι -M,,) = 0.14 -L 1 5) t
[0076] 其中，匕表示矫直辊中心0到Sd段内的矫直力； A/T
[0077] ^=2(^+^+^) = 15.28^
[0078] 2)矫直速度确定：
[0079] 矫直速度依据日产量提出，如v = 30?60m/min等，先计算出工件矫直棍斜角α 的导程t = π dtag α，再根据导程t计算出工件的转速《 ^由工件转速计算出矫直辊速 度& 其中D为矫直辊直径。
[0080] 式中n、v、ng值可根据需要进行调整。
[0081] 步骤2、根据实际需求手动调节上、下辊的角度，并手动将矫直机的活动辊移动至 底端进行清零，即上、下辊间距离为零，并将用于反弯的下辊移动至底端，将此时上、下辊的 接触位置作为位移相对零点；
[0082] 本发明实施例中，矫直辊压下时位移传感器读数为匕，在程序中存储为相对零点， 当矫直辊抬起时位移传感读数为Pi，此时辊缝为I PfPo I。
[0083] 步骤3、启动矫直机，采用PLC控制器发送控制信号至比例换向阀，控制比例换向 阀的开口度，进而控制油缸内油压带动活塞杆运动，实现矫直机上、下辊间距的增加至设定 的位移目标值，并使用于反弯的下辊位移达到设定的反弯量；
[0084] 步骤4、在矫直机上、下辊间放入被矫材；
[0085] 步骤5、矫直机运行过程中，实时采用磁致式位移传感器采集活塞杆的位移量，反 馈至PLC控制器中与设定的位移目标值做差，采用PID控制算法计算位移补偿量，通过放大 器控制比例换向阀控制开口度，调节油缸内油量，进而控制矫直机活动辊的位移稳定在设 定位移目标值；
[0086] 本发明实施例中，控制系统具有棍缝反弯量自动调整功能。棍缝反弯量取决于被 矫管材的均布、均衡矫直力大小，其自动调整控制原理如下：当被矫直工件实际矫直力> 设定矫直力值时（反弯量变大），通过液压伺服系统输出增大压力，使液压缸微动带动辊 系下移，减小实际辊缝间距，从而平衡反弯量。当被矫直工件实际矫直力 < 设定矫直力值 时（反弯量变小），通过液压伺服系统输出减少压力，使液压缸微动带动辊系上移，加大实 际辊缝间距，从而平衡反弯量。辊缝反弯量压力自动调整流程如附图5所示：图中：ΛΡ = Psys-Pcyl, Psys为油源压力，Pcyl为液压缸内油压。
[0087] 同理，辊缝反弯量自动调整除了压力调整之外还可以通过位置进行自动调整。位 置自动调整处理中加入了变增益特性因子Kp 〇Siti〇n_rati〇,用以处理矫直过程中的非线 性变量增益特性的补偿。
[0088] 位置自动调整程序流程如图6所示，具体步骤如下：
[0089] 步骤5-1、实时判断油缸活塞杆实际位移是否大于设定的位移目标值，若是，则执 行步骤5-2,否则，执行步骤5-3 ;
[0090] 步骤5-2、根据油缸内实际测量油压值和比例换向阀的流量压力增益值，确定控制 系统的增益值，并执行步骤5-4 ;
[0091] 公式如下：
[0092] Kx = Kp/sqrt ( Δ Ρ) (1)
[0093] 其中，Κχ表示控制系统的增益值，Κρ表示比例换向阀的流量压力增益值，此时ΛΡ =油缸内实际测量油压值，sqrt(.)表示开方；
[0094] 比例换向阀阀口油流量Q与比例换向阀开口度和阀口压力差的关系为： 式中：A为液压缸截面积，ΔΡ为比例阀两侧压差（油缸内实际测量油压值）。
[0095] 本发明实施例中，处理时位置闭环采用PI调节器控制，为保证计算Kratio时ΛΡ 过小或接近于〇而导致Kratio过大，当ΛΡ < 100时，令ΛΡ = 100。
[0096] 步骤5-3、根据油缸内实际测量油压值与矫直机油源压力值的差值和比例换向阀 的流量压力增益值，确定控制系统的增益值，并执行步骤6-4 ;
[0097] 公式如下：
[0098] Kx = Kp/sqrt ( Δ Ρ) (1)
[0099] 此时，ΛΡ =油缸内实际测量油压值与矫直机油源压力值的差值；
[0100] 步骤5-4、判断控制系统的增益值是否在设定的范围内，该范围为1?1000,若是， 则执行步骤5-5,否则，返回执行步骤6-1 ;
[0101] 步骤5-5、将获得的控制系统的增益值作为PID控制算法中的比例系数。
[0102] 步骤6、矫直机运行过程中，实时采用增量式光电编码器采集直流电机转速值，通 过直流控制器发送至PLC控制器内，根据直流电机转速的实际测量值与直流电机目标转速 设定的差值，采用PID控制算法计算直流电机转速的补偿量，并发送至直流控制器中实现 对直流电机转速的调节，使直流电机转速稳定于目标设定值，具体如下：
[0103] 步骤7、矫直机运行过程中，实时采用油压传感器采集油缸内油压值是否超过设定 的被矫材的保护油压值，若是，则PLC控制器控制比例溢流阀进行溢流，使油缸内油压值恢 复至保护油压值以内，否则，返回步骤6继续实时采集；
[0104] 本发明实施例中，整机运行过程中发生突发事件时，例如矫直材料头、尾时被矫材 料尺寸不规则时，根据6RA70装置的电流及转矩反馈，确定咬钢（被矫材料进矫直机）信 号，可以设定，过大即为超差。电控系统控制矫直辊快速抬起，液压系统溢流阀起作用，防止 机械设备及被矫材料相互损伤。
[0105] 本发明实施例中，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7所示。
[0106] 步骤8、当完成所有被矫材的矫直后，停止。
[0107] 本发明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。
【权利要求】
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。
4. 采用权利要求1所述的高精度矫直机自动控制系统进行的控制方法，其特征在于， 包括以下步骤： 步骤1、根据实际需求通过人机界面设置被矫材的矫直速度，即实现对直流电机目标转 速的设定；设定矫直机活动辊的位移目标值，包括上、下辊之间的间距和反弯量；根据实际 需求设定被矫材的保护油压值，即设定比例溢流阀的溢流值； 步骤2、根据实际需求手动调节上、下辊的角度，并手动将矫直机的活动辊移动至底端 进行清零，即上、下辊间距离为零，并将用于反弯的下辊移动至底端，将此时上、下辊的接触 位置作为位移相对零点； 步骤3、启动矫直机，采用PLC控制器发送控制信号至比例换向阀，控制比例换向阀的 开口度，进而控制油缸内油压带动活塞杆运动，实现矫直机上、下辊间距的增加至设定的位 移目标值，并使用于反弯的下辊位移达到设定的反弯量； 步骤4、在矫直机上、下辊间放入被矫材； 步骤5、矫直机运行过程中，实时采用磁致式位移传感器采集活塞杆的位移量，反馈至 PLC控制器中与设定的位移目标值做差，采用PID控制算法计算位移补偿量，通过放大器控 制比例换向阀控制开口度，调节油缸内油量，进而控制矫直机活动辊的位移稳定在设定位 移目标值； 步骤6、矫直机运行过程中，实时采用增量式光电编码器采集直流电机转速值，通过直 流控制器发送至PLC控制器内，根据直流电机转速的实际测量值与直流电机目标转速设定 的差值，采用PID控制算法计算直流电机转速的补偿量，并发送至直流控制器中实现对直 流电机转速的调节，使直流电机转速稳定于目标设定值； 步骤7、矫直机运行过程中，实时采用油压传感器采集油缸内油压值是否超过设定的被 矫材的保护油压值，若是，则PLC控制器控制比例溢流阀进行溢流，使油缸内油压值恢复至 保护油压值以内，否则，返回步骤6继续实时采集； 步骤8、当完成所有被矫材的矫直后，停止。
5. 根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，步骤1所述的上、下辊之间的间距为 被矫材的直径。
6. 根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，步骤5所述的PID控制算法中比例系 数的确定，采用实时动态调节方法，具体步骤如下： 步骤5-1、实时判断油缸活塞杆实际位移是否大于设定的位移目标值，若是，则执行步 骤5-2,否则，执行步骤5-3; 步骤5-2、根据油缸内实际测量油压值和比例换向阀的流量压力增益值，确定控制系统 的增益值，并执行步骤5-4; 公式如下： Kx = Kp/sqrt ( Δ Ρ) 其中，Κχ表示控制系统的增益值，Κρ表示比例换向阀的流量压力增益值，此时Λ Ρ =油 缸内实际测量油压值，sqrt (.)表示开方； 步骤5-3、根据油缸内实际测量油压值与矫直机油源压力值的差值和比例换向阀的流 量压力增益值，确定控制系统的增益值，并执行步骤6-4 ; 公式如下： Kx = Kp/sqrt ( Δ Ρ) 此时，Λ Ρ =油缸内实际测量油压值与矫直机油源压力值的差值； 步骤5-4、判断控制系统的增益值是否在设定的范围内，该范围为1?1000,若是，则执 行步骤5-5,否则，返回执行步骤6-1 ; 步骤5-5、将获得的控制系统的增益值作为PID控制算法中的比例系数。
【文档编号】G05B19/05GK104117554SQ201410307230
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】谭叶林, 彭赛, 武静宇, 祖龙起, 刘阳, 刘可, 崔志昌, 王建民, 王德民 申请人:辽宁银捷装备科技股份有限公司