刮管機(jī)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制作

李偉 王侶波 李軍

摘 要：為了提高管材軋制的成品率，我公司在管材軋制之前，對管坯外表面進(jìn)行刮修，目前，管坯外表面刮修均采用人工刮修，該刮修方式不僅效率低，而且刮削后（尤其是大尺寸管坯刮削后）表面質(zhì)量參差不齊，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

關(guān)鍵詞：PLC；伺服；變頻器

中圖分類號：TG333 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）25-0102-02

Abstract： In order to improve the finished product rate of tube rolling， our company scraped and repaired the outer surface of the tube billet before rolling. At present， the outer surface of the tube blank is repaired by manual scraping， which not only has low efficiency， but also can be used to repair the outer surface of the tube billet by manual scraping. And after scraping （especially the large-size tube blank after being scraped） the surface quality is uneven， and the labor intensity is strong.

Keywords： PLC； servo； inverter

某金屬加工廠主要生產(chǎn)鈦及鈦合金管材，其生產(chǎn)的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空、航天、醫(yī)藥等行業(yè)。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，國家對管材質(zhì)量的要求越來越高。自主研發(fā)了刮管機(jī)來減少人工勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境，提高刮管效率以及改善刮削后管坯表面質(zhì)量，進(jìn)而提高管材軋制的成品率。該刮管機(jī)的研制填補(bǔ)了該領(lǐng)域的空白，實(shí)現(xiàn)從零到有的突破。

1 刮管機(jī)的運(yùn)行過程

刮管機(jī)主要由控制臺、床身、轉(zhuǎn)角電機(jī)、移動(dòng)電機(jī)、移動(dòng)小車和電氣控制系統(tǒng)組成。

通過變頻器控制移動(dòng)電機(jī)來拖動(dòng)動(dòng)刀架移動(dòng)小車在軌道上做左右來回運(yùn)動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)小車碰到限位開關(guān)B時(shí)，移動(dòng)電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，延時(shí)2秒鐘，伺服電機(jī)帶動(dòng)鈦管旋轉(zhuǎn)一個(gè)設(shè)定的角度，角度旋轉(zhuǎn)完后，延時(shí)1秒鐘，移動(dòng)電機(jī)反向運(yùn)行。當(dāng)反向運(yùn)動(dòng)到限位開關(guān)C時(shí)，移動(dòng)電機(jī)停止，延時(shí)3秒后再正向運(yùn)行。如此反復(fù)。（小車一個(gè)來回約10秒）。伺服電機(jī)每次的旋轉(zhuǎn)時(shí)間不得大于1.5秒，旋轉(zhuǎn)角度設(shè)定采用數(shù)字撥碼開關(guān)，檔位從3度-20度可隨意設(shè)定。1度為一個(gè)設(shè)定單位。以上角度指的是伺服電機(jī)的減速軸輸出的角度。減速軸的輸出的力矩不低于100N·m。當(dāng)限位開關(guān)B或C損壞后，移動(dòng)小車碰到A或D后，設(shè)備繼續(xù)動(dòng)作同“1”，但需同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，并表示出是哪個(gè)開關(guān)損壞。設(shè)備仍能繼續(xù)正常工作。設(shè)一回零按鈕，當(dāng)設(shè)備故障及突然停電、每次設(shè)備啟動(dòng)都用回零按鈕回到限位開關(guān)A處。然后按啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)設(shè)備工作（只有移動(dòng)小車在A或B處，才可以啟動(dòng)設(shè)備正常工作）。急停按下時(shí)不受此限制，隨時(shí)停機(jī)。在控制柜上設(shè)置自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)。手動(dòng)設(shè)移動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)按鈕，伺服電機(jī)慢速點(diǎn)動(dòng)按鈕。用于設(shè)備檢修及調(diào)整。當(dāng)選擇自動(dòng)時(shí)，只有按啟動(dòng)按鈕設(shè)備才可以正常運(yùn)行。

2 采用電氣控制系統(tǒng)的硬件組成

電氣系統(tǒng)應(yīng)用西門子S7-200，產(chǎn)生高速脈沖功能，用來驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，通過PLC內(nèi)部編程，采用外部脈沖設(shè)定開關(guān)任意組合，實(shí)現(xiàn)所刮管材任意轉(zhuǎn)角功能。

伺服電機(jī)作為一種常用的電氣執(zhí)行元件，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制領(lǐng)域。伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)需要配備一個(gè)專門的驅(qū)動(dòng)電源，驅(qū)動(dòng)電源的輸出受外部的脈沖信號和方向信號控制。每一個(gè)脈沖信號可使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度。脈沖的數(shù)量決定了旋轉(zhuǎn)的總角度，脈沖的頻率決定了旋轉(zhuǎn)的速度。就一個(gè)傳動(dòng)速比確定的具體設(shè)備而言，無需距離、速度信號反饋環(huán)，只需控制脈沖的數(shù)量和頻率即可控制設(shè)備移動(dòng)部件的移動(dòng)距離和速度。因此，對于那些控制精度要求較低的應(yīng)用場合，用開環(huán)方式控制是一種較為簡單而又經(jīng)濟(jì)的電氣控制技術(shù)方案。

刀架的來回運(yùn)動(dòng)及刀頭的下刀、抬刀與伺服的轉(zhuǎn)角有嚴(yán)格的匹配，從而實(shí)現(xiàn)了抬刀、轉(zhuǎn)角、下刀、刀頭運(yùn)動(dòng)各動(dòng)作之間協(xié)調(diào)準(zhǔn)確配合，并且采用軟件編程實(shí)現(xiàn)動(dòng)作節(jié)奏的靈活變換和機(jī)械安裝及磨損修正。

3 電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

在控制柜面板上設(shè)定轉(zhuǎn)角角度，通過PLC的運(yùn)算產(chǎn)生脈沖信號，控制伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源，達(dá)到對角度控制的目的，見圖2?？刂乒衩姘迳系慕嵌乳_關(guān)控制伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度，啟/停按鈕控制電機(jī)的啟動(dòng)與停止，手動(dòng)、自動(dòng)開關(guān)按鈕控制刮管機(jī)的運(yùn)行方式。

在實(shí)際系統(tǒng)中，角度往往需要分成幾擋，故角度開關(guān)可選用波段開關(guān)，通過對波段開關(guān)的不同跳線進(jìn)行編碼，可減少操作面板與PLC的連線數(shù)量，同時(shí)也減少了PLC的輸入點(diǎn)數(shù)，節(jié)省了成本。

伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號給伺服驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。

4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖（見圖3）

5 結(jié)束語

此刮管機(jī)經(jīng)過實(shí)踐運(yùn)行，提高刮管效率300%-500%，降低了刮管費(fèi)用，使管材的交工日期有了硬件上的保證，提高了管材軋制成品率，提升了項(xiàng)目組成員業(yè)務(wù)技能水平，實(shí)現(xiàn)了該領(lǐng)域從零到有的新突破，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境。

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