專利名稱：鋼管整徑校直運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種液壓運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，特別涉及一種用于在鋼管整徑校直時(shí) 對(duì)夾持鋼管的油缸的運(yùn)動(dòng)順序控制的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
根據(jù)國內(nèi)三大直縫埋弧焊管生產(chǎn)廠家近十年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，傳統(tǒng)工藝上經(jīng)過
多次機(jī)械全長擴(kuò)徑后的直縫埋弧焊管仍有3 — 5。^不能達(dá)到API標(biāo)準(zhǔn)要求，嚴(yán)重 制約了生產(chǎn)效率和效益。因此各制管企業(yè)均針對(duì)此問題提出鋼管整徑矯直的技 術(shù)要求。
近幾年隨著鋼管整徑矯直機(jī)的出現(xiàn)，在一定程度上改善了直縫埋弧焊管達(dá) 到API標(biāo)準(zhǔn)要求低的現(xiàn)狀，但以往的鋼管整徑矯直機(jī)只是簡單的對(duì)夾持鋼管的 油缸進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)控制，無法保證對(duì)整徑鋼管輪廓的精確壓制，致使鋼管的直 線度和圓弧度無法達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)的要求，在生產(chǎn)過程中自動(dòng)化程度不夠高，生產(chǎn) 效率較低，而且產(chǎn)品質(zhì)量難以達(dá)到較高水準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種壓制鋼管輪廓精度高、 生產(chǎn)自動(dòng)化程度高的鋼管整徑校直運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。
為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
本發(fā)明提供了一種鋼管整徑校直運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)一種鋼管整徑校直運(yùn)動(dòng)控制 系統(tǒng)，其特征在于鋼管整徑校直運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括中央處理模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、變頻器、單軸數(shù)字控制器、HMI人機(jī)界面、高速計(jì) 數(shù)模塊、磁柵尺、傳感器和通訊網(wǎng)絡(luò)；
通訊網(wǎng)絡(luò)為PROFIBUS (現(xiàn)場總線)網(wǎng)絡(luò)；
數(shù)字量輸入模塊對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的磁柵尺和傳感器的信號(hào)進(jìn)行檢測；
數(shù)字量輸出模塊對(duì)液壓站進(jìn)行信號(hào)傳輸控制；
變頻器對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制精度進(jìn)行控制；
單軸數(shù)字控制器對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)信號(hào)傳輸控制；
高速計(jì)數(shù)模塊對(duì)編碼器進(jìn)行精確位移量檢測；
中央處理模塊對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中控制與處理；
HMI人機(jī)界面顯示中央處理模塊處理過程與整個(gè)系統(tǒng)工作情況。
本發(fā)明的有益效果
1、 PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的控制和數(shù)據(jù)鏈接功能完成各模塊之間數(shù)據(jù)的發(fā)送
和接收，提高了整個(gè)電氣系統(tǒng)的接線效率，減少人工出錯(cuò)率，使現(xiàn)場布線變得 簡便。
2、 數(shù)字量輸入模塊對(duì)鋼管在運(yùn)動(dòng)和升降過程中安裝的大量的行程保護(hù)限位 及各種檢測限位狀態(tài)來判斷，以此在程序設(shè)計(jì)中加以保護(hù)和限制，從而保證人 身和設(shè)備的安全。
3、 數(shù)字量輸出模塊控制液壓油缸對(duì)機(jī)器設(shè)備動(dòng)作進(jìn)行準(zhǔn)確控制
4、 。變頻器適用于動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的系統(tǒng)，由于采用高質(zhì)量的矢量控制系統(tǒng)和 數(shù)字微處理器控制，因此具有比常規(guī)應(yīng)用更高的技術(shù)性能和更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
5、 單軸數(shù)字控制器支持?jǐn)U展NC編程功能，其特點(diǎn)是①確定運(yùn)動(dòng)順序有最大的靈活性；②用戶能夠使用無需編程的NC程序來確定液壓軸的運(yùn)動(dòng)順 序，除了標(biāo)準(zhǔn)指令外，還提供定制的特殊NC指令用于針對(duì)特殊場合的液壓軸控 制，從而保護(hù)用戶在設(shè)備或系統(tǒng)的工藝過程方面的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)。
6、 高速計(jì)數(shù)模塊來采集編碼器反饋的信號(hào)，保證整圓時(shí)鋼管每次的行程量
精確，高速計(jì)數(shù)模塊的實(shí)時(shí)采集信號(hào)并交換給中央處理模塊，中央處理模塊根 據(jù)反饋回的信息和人為給定的信息加以比較來判斷鋼管是否己到位，通過專用 指令還可與變頻器一起實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過程中高、中、低速的轉(zhuǎn)換，以此構(gòu)成的閉環(huán) 控制系統(tǒng)精度高，響應(yīng)快。
7、 HMI人機(jī)界面利用文本顯示功能可以通過用文字、畫面、指示燈等形式 生動(dòng)且醒目的顯示整個(gè)系統(tǒng)上各類設(shè)備及電器元件的運(yùn)行狀態(tài)，通過HMI人機(jī) 界面可以將鋼管整徑校直機(jī)下工作參數(shù)如系統(tǒng)工作壓力、鋼管直徑、保壓時(shí) 間、壓頭行程和鋼管步進(jìn)長度等工作參數(shù)由操作人員進(jìn)行設(shè)置。同時(shí)通過HMI 人機(jī)界面進(jìn)行鋼管整徑校直參數(shù)的設(shè)置，如對(duì)一個(gè)變頻器參數(shù)的讀寫更改，單 軸數(shù)字控制器參數(shù)的讀寫更改等，方便操作者的操作。


圖1為本發(fā)明和部分機(jī)械結(jié)構(gòu)連接后的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖; 圖2為本發(fā)明的鋼管整徑校直工作流程圖1;
圖3為本發(fā)明的鋼管整徑校直工作流程圖2; 圖4為本發(fā)明的鋼管整徑校直工作流程圖3; 圖5為本發(fā)明的鋼管整徑校直工作流程圖4;
具體實(shí)施方式
鋼管整徑校直系統(tǒng)和部分機(jī)械設(shè)備連接如圖1所示單軸數(shù)字控制器采 用HNC100單軸數(shù)字控制器，連接電液比例系統(tǒng)后通過控制液壓缸分別控制
控制整徑活動(dòng)橫梁和校直活動(dòng)橫梁，整徑活動(dòng)橫梁和校直活動(dòng)橫梁活動(dòng)過
程和位置由磁柵尺檢測采集信號(hào)，通過PROFIBUS、數(shù)字量輸入模塊與中 央處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈接；在進(jìn)料端輸送輥上安裝了脈沖編碼器來精確檢
測位移量，通過高速計(jì)數(shù)模塊6ES7350-1AH00-0AE0來采集編碼器反饋的 信號(hào)，中央處理模塊通過PROFIBUS與高速計(jì)數(shù)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈接；高速 計(jì)數(shù)模塊的實(shí)時(shí)采集信號(hào)并交換給中央處理模塊，中央處理模塊根據(jù)反饋 回的信息和人為給定的信息加以比較來判斷鋼管是否已到位，通過專用指 令還可與變頻器一起實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過程中高、中、低速的轉(zhuǎn)換，以此構(gòu)成的閉 環(huán)控制系統(tǒng)精度高，響應(yīng)快。
MICROMASTER 440西門子變頻器適用于動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的系統(tǒng)，由于采 用高質(zhì)量的矢量控制系統(tǒng)和數(shù)字微處理器控制，因此具有比常規(guī)應(yīng)用更高 的技術(shù)性能和更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
在OP270人機(jī)界面中，利用文本顯示功能可以通過用文字、畫面、指 示燈等形式生動(dòng)且醒目的顯示整個(gè)系統(tǒng)上各類設(shè)備及電器元件的運(yùn)行狀 態(tài)，通過HMI人機(jī)界面可以將鋼管整徑校直機(jī)下工作參數(shù)如系統(tǒng)工作壓 力、鋼管直徑、保壓時(shí)間、壓頭行程和鋼管步進(jìn)長度等工作參數(shù)由操作人 員進(jìn)行設(shè)置。同時(shí)通過HMI人機(jī)界面進(jìn)行鋼管整徑校直參數(shù)的設(shè)置，如對(duì) 一個(gè)變頻器參數(shù)的讀寫更改，HNC100單軸數(shù)字控制器參數(shù)的讀寫更改等， 方便操作者的操作。通過整個(gè)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈接，可以通過人機(jī) 界面的文本顯示功能實(shí)時(shí)顯示鋼管輸送當(dāng)前值，可通過設(shè)定減速值、目標(biāo) 值來更方便的控制鋼管的位移量。下面通過圖2至圖5詳細(xì)說明下本發(fā)明工作過程
201:接通電源，整機(jī)開始尋找參考點(diǎn)，即單軸控制器通過控制液壓系統(tǒng)， 整徑液壓油缸驅(qū)動(dòng)整徑活動(dòng)橫梁(202)自動(dòng)下行返回到參考點(diǎn)；單軸控 制器通過控制液壓系統(tǒng)，校直液壓油缸驅(qū)動(dòng)校直活動(dòng)橫梁(203)自動(dòng)上 行返回到參考點(diǎn)；同時(shí)進(jìn)口端輸送輥(204)、進(jìn)口端旋轉(zhuǎn)輥(205)、出口 端輸送輥(206)、出口端旋轉(zhuǎn)輥(207)全部通過輸出模塊控制液壓油缸， 油缸驅(qū)動(dòng)自動(dòng)下行到下限位，同時(shí)液壓油缸驅(qū)動(dòng)托模缸(208)自動(dòng)上行 至上限位。
301:鋼管整徑操作開始，進(jìn)口端輸送輥由液壓油缸驅(qū)動(dòng)上行至工作限位處停
止，準(zhǔn)備開始接鋼管。 302:進(jìn)口端輸送輥由電機(jī)驅(qū)動(dòng)開始旋轉(zhuǎn)托動(dòng)鋼管進(jìn)入鋼管整徑區(qū)域直到檢測
限位發(fā)信號(hào)，同時(shí)編碼器計(jì)數(shù)開始。 303:整徑活動(dòng)橫梁由整徑液壓油缸驅(qū)動(dòng)開始快速上行，并有磁柵尺檢測油缸
行程，上行到系統(tǒng)設(shè)定的速度轉(zhuǎn)換點(diǎn)位置時(shí)進(jìn)入慢速上行狀態(tài)，同時(shí)油缸
壓力逐步上升，直到上行至目標(biāo)值位置停止。 304:整徑活動(dòng)橫梁進(jìn)入保壓狀態(tài)，這是為了避免鋼管外壁發(fā)生形變后馬上反
彈的狀況。保壓時(shí)間由HMI人機(jī)界面設(shè)定。 305:整徑活動(dòng)橫梁在保壓結(jié)束后進(jìn)入快速下行狀態(tài)，油缸下行至參考點(diǎn)后停止。
306:托模缸在整徑活動(dòng)橫梁進(jìn)入下行狀態(tài)時(shí)也向下至下限位后自動(dòng)返回，目
的是防止鋼管卡在模具中無法進(jìn)行下一次整徑。
401:進(jìn)口端旋轉(zhuǎn)輥或出口端旋轉(zhuǎn)輥進(jìn)入隨動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)進(jìn)口端旋轉(zhuǎn)輥上升到
鋼管底部后托起鋼管，當(dāng)旋轉(zhuǎn)輥道串聯(lián)油缸壓力繼電器發(fā)出信號(hào)后，進(jìn)口端旋轉(zhuǎn)輥停止上行。而當(dāng)鋼管在精整時(shí)局部翹起時(shí)，旋轉(zhuǎn)輥上方由于沒有 鋼管重量，也就跟著上升繼續(xù)托住鋼管底部，直到旋轉(zhuǎn)輥上行狀態(tài)結(jié)束。 當(dāng)整徑活動(dòng)橫梁下行，精整模松開鋼管，同時(shí)也發(fā)出訊號(hào)讓進(jìn)出口旋轉(zhuǎn)輥 道落下，這樣迅速落下的鋼管還是落在進(jìn)出口旋轉(zhuǎn)輥道上隨旋轉(zhuǎn)輥道一起 落下，避免直接砸在輸送輥道上的現(xiàn)象。 501:鋼管校直操作開始，進(jìn)口端旋轉(zhuǎn)輥或出口端旋轉(zhuǎn)輥上行至工作限位處停止， 托起鋼管準(zhǔn)備旋轉(zhuǎn)。
502:進(jìn)出口端旋轉(zhuǎn)輥開始旋轉(zhuǎn)鋼管，根據(jù)鋼管實(shí)際的彎曲弧度將鋼管弧度大的
地方旋轉(zhuǎn)到鋼管上方。 503:進(jìn)出口端旋轉(zhuǎn)輥下行至下限位，將鋼管放在主機(jī)支撐座上。 504:校直活動(dòng)橫梁快速下行，磁柵尺檢測油缸行程，下行到系統(tǒng)設(shè)定的速度轉(zhuǎn)
換點(diǎn)位置時(shí)進(jìn)入慢速下行狀態(tài)，同時(shí)油缸壓力逐步上升，直到上行至目標(biāo)
值位置停止。
505:校直活動(dòng)橫梁進(jìn)入保壓狀態(tài)，這是為了避免鋼管外壁發(fā)生形變后馬上反彈
的狀況。保壓時(shí)間由HMI人機(jī)界面設(shè)定。 506:校直活動(dòng)橫梁在保壓結(jié)束后進(jìn)入快速上行狀態(tài)，油缸上行至參考點(diǎn)后停止。
在HMI人機(jī)界面上設(shè)計(jì)出工作參數(shù)與機(jī)械參數(shù)，并將上述參數(shù)向用戶開 放，使用戶在調(diào)試和維修過程更加方便，同時(shí)提高控制系統(tǒng)的通用性和適應(yīng)性， 以便適應(yīng)不同規(guī)格、不同類型鋼管的使用要求，通過選配PROFIBUS通信模塊 ET200附件后就可以接入整個(gè)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中。此時(shí)，主站模塊會(huì)將變頻器 自動(dòng)定義為遠(yuǎn)程設(shè)備站來進(jìn)行數(shù)據(jù)的鏈接和監(jiān)控。通過專用指令可將變頻器的 狀態(tài)及出錯(cuò)信息存儲(chǔ)在專用區(qū)域，通過人機(jī)界面的文本顯示功能可以方便維修人員更快的査找和排除故障。并且還可以在人機(jī)界面上遠(yuǎn)程顯示和修改變頻器 內(nèi)部的參數(shù)，而無需通過面板來査找和修改參數(shù)，方便操作和維修。
權(quán)利要求
1.一種鋼管整徑校直運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于鋼管整徑校直運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括中央處理模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、變頻器、單軸數(shù)字控制器、HMI人機(jī)界面、高速計(jì)數(shù)模塊、磁柵尺、傳感器和通訊網(wǎng)絡(luò)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管整徑校直運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征是所述通訊網(wǎng)絡(luò)為PROFIBUS (現(xiàn)場總線)網(wǎng)絡(luò)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管整徑校直運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征是所述數(shù)字量輸入模塊對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的磁柵尺和傳感器的信號(hào)進(jìn)行檢測。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管整徑校直運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征是所述數(shù) 字量輸出模塊對(duì)液壓站進(jìn)行信號(hào)傳輸控制。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管整徑校直運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征是所述變 頻器對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制精度進(jìn)行控制。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管整徑校直運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征是所述單 軸數(shù)字控制器對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)信號(hào)傳輸控制。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管整徑校直運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征是所述高 速計(jì)數(shù)模塊對(duì)編碼器進(jìn)行精確位移量檢測。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管整徑校直運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征是所述中 央處理模塊對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中控制與處理。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管整徑校直運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征是所述 HMI人機(jī)界面顯示中央處理模塊處理過程與整個(gè)系統(tǒng)工作情況。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋼管整徑校直運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括中央處理模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、變頻器、單軸數(shù)字控制器、HMI人機(jī)界面、高速計(jì)數(shù)模塊、磁柵尺、傳感器和通訊網(wǎng)絡(luò)，通訊網(wǎng)絡(luò)為PROFIBUS(現(xiàn)場總線)網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字量輸入模塊對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的磁柵尺和傳感器的信號(hào)進(jìn)行檢測，數(shù)字量輸出模塊對(duì)液壓站進(jìn)行信號(hào)傳輸控制，變頻器對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制精度進(jìn)行控制，單軸數(shù)字控制器對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)信號(hào)傳輸控制，高速計(jì)數(shù)模塊對(duì)編碼器進(jìn)行精確位移量檢測，中央處理模塊對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中控制與處理，HMI人機(jī)界面顯示中央處理模塊處理過程與整個(gè)系統(tǒng)工作情況。在生產(chǎn)過程中自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率提高，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到較高水準(zhǔn)。
文檔編號(hào)G05B19/414GK101539770SQ20091011804
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月19日
發(fā)明者偉 平, 張得剛, 張懷德, 谷慶華, 麟 馬 申請(qǐng)人:天水鍛壓機(jī)床有限公司