長材刨片機滑座行走控制系統

鄒美兵 王超 呂新海

摘要：針對現有長材刨片機滑座行走控制系統控制準確度比較差，容易造成滑座前進時出現過沖現象，影響了實際生產中刨花產量，也會導致刨花的質量不好。為此設計一種優化方案：利用多個傳感器組合采集運行數據再經控制系統處理對滑座行走進行閉環控制。通過驗證，該設計達到提升刨片機滑座行走穩定性并提高刨花形態和產量的目的。

Abstract： In view of the poor control accuracy of carriage travel control system of? type long wood flaker，It is easy to cause overshoot when the carriage moves forward，The yield of wood shavings in practical production is affected，It can also lead to poor quality of wood shavings.Therefore an optimization scheme is designed：Multiple sensors are used to collect the operation data，and then the closed-loop control of the carriage travel is carried out through the processing of the control system.Pass the verification，the design can improve the walking stability of the carriage of the flaker and improve the shape and yield of the wood shavings.

關鍵詞：長材刨片機;油缸內置式位移傳感器;比例閥控制器;PLC控制器

Key words： long wood flaker;internal displacement sensor of oil cylinder;proportional valve controller;PLC controller

中圖分類號：F407.67? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）11-0216-02

0? 引言

①背景和目的。本設計基于OSB刨花板生產線中刨花制備工段的長材刨片機滑座行走控制。之前的刨片機滑座行走控制采用激光位移傳感器采集數據，運用西門子PLC對滑座的行走進行開環控制，這種方式下滑座的行走位移控制的準確度不高，容易造成滑座前進時出現過沖現象，嚴重可能導致滑座沖出行程范圍造成刀環損壞;滑座行走時比例閥控制不穩定調整時間長，導致滑座行程的行走時間長，影響了長材刨片機的產量;比例閥的響應速度不受控，影響刨花的質量，容易造成刨花的厚、薄形態不穩定;嚴重時還會導致刨片機主驅動電機電流波動大，滑座的振動值高等影響。為解決這一問題，提出一種新的解決方案。

②論文的構成和主要內容。本論文主要由以下三部分組成：一是液壓油缸及內置式位移傳感器;二是專用比例閥控制器;三是西門子PLC控制系統。

1? 液壓油缸及內置式位移傳感器

1.1 液壓油缸及位移傳感器改造之前的結構

改造之前采用液壓油缸及位移傳感器分體式結構，滑座行走由液壓油缸驅動，滑座位移檢測采用獨立安裝在油缸外部的激光位移傳感器，激光位移傳感器在檢測滑座位置時容易受到外部灰塵及設備振動等因素影響，滑座位置檢測誤差比較大，可能導致滑座未行走到位就自動返回或行走超出行程觸碰到行程極限開關等錯誤，滑座未行走到位就返回會在切削室留下殘余木材，影響下一次進料，滑座行走超出行程觸碰到行程極限開關會導致滑座行走驅動油泵及刨片機主驅動高壓電機停機，再次恢復正常生產需要耗費大量時間。

1.2 液壓油缸改造調整方案

改造之后，加大了液壓油缸的直徑，提高滑座行走的速度;在液壓油缸的前進及后退腔的管道上各增加了一個壓力傳感器，壓力傳感器采用的是兩線制電流信號，此信號直接接入到西門子PLC系統，經PLC處理可顯示滑座前進及后退時油缸內的壓力。

1.3 位移傳感器改造調整方案

改造之后，在液壓油缸內安裝了內置式位移傳感器，位移傳感器測量桿整個安裝于液壓油缸的活塞桿中空的內腔里，在活塞桿外的端部，套著一個與活塞桿同步移動的永磁性的磁環，油缸活塞移動該磁環也隨之一起移動，傳感器的檢測部件即刻將活塞桿當時的位置信號測量數據計算出來，位移傳感器直接安裝液壓油缸內部，消除外部灰塵及設備振動對滑座位置檢測產生的影響，新的位移傳感器采集的位置信號為SSI信號，此信號直接可以接入到專用的比例閥控制器。

2? 比例閥專用控制器

2.1 比例閥控制系統改造前結構

改造之前驅動滑座行走的比例閥采用PLC系統開環控制，控制的效果不佳，主要體現在兩個方面：①滑座行走時比例閥開度設定值固定，當滑座前進遇到阻力不同時，滑座前進的速度將會不同，從而導致切削出的刨花厚薄不一，影響刨花的質量;②采用PLC系統開環控制比例閥時，在滑座行走時會出現明顯的加減速現象，滑座行走不平穩會對設備產生沖擊，可能會對設備造成一定損傷。

2.2 比例閥控制系統改造調整方案

改造之后采用專用的比例閥控制器控制比例閥，比例閥控制器采用ATOS品牌Z-BM-KZ-EI系列控制器，控制器采集內置位移傳感器的信號，轉換成滑座的實際位置值，并將數據傳送給PLC系統;PLC系統將滑座行走的指令發送給比例閥控制器，比例閥控制器將經過控制器自身PID優化后的指令發送到比例閥，控制比例閥高速平穩精準的運行。

3? 西門子PLC控制系統

工作過程中通過壓力傳感器和位移傳感器實時監測長材刨片機滑座前進、后退腔壓力值與滑座油缸實際位置值，然后將采集到的壓力信號直接傳輸給PLC控制系統，將采集到的位移信號傳輸給比例閥控制器，比例閥控制器采集數據通過通訊方式輸送給PLC控制系統。PLC控制系統根據設備實時運行需求以通訊的方式向比例閥控制器發出動作指令，動作指令包括位移目標值指令，移動位移目標值的速度指令，位移控制器接收到PLC的指令之后，經過處理運算后給比例閥發出相應的控制指令，使油缸以PLC發出的速度指令快速平穩的向位移目標值靠攏，待指油缸運行到指定位置后，控制器會反饋一個到動作完成信號給PLC系統，PLC系統接收到信號后進行檢測判斷并根據實際情況發出后續的指令，當滑座行走控制系統設定為自動模式時，滿足條件后滑座將會自動行走進行木材的切削過程，實現木材切削自動化，無需人工干預，提高設備工作效率，另外PLC系統還可以將對收集到的信號進行處理，運輸并存儲，以便后期隨時調取相關運行參數。（圖1）

4? 具體實施方式及結果

4.1 實施方式

下面結合附圖和具體實施方式，詳細說明滑座行走控制系統。

如圖2所示，本控制系統，包括滑座油缸、安裝在滑座油缸上的位于油缸前進腔一側的用于檢測滑座油缸前進腔壓力的前進腔壓力傳感器和位于油缸后退腔一側的用于檢測滑座油缸后退腔壓力的后退腔壓力傳感器，滑座油缸的活塞桿與長材刨片機底座連接，還包括一個用于檢測油缸的活塞桿直線位移的油缸內置式直線位移傳感器，還包括相互通訊連接的比例閥控制器和PLC控制系統，比例閥控制器與PLC之間通過DP通訊方式連接并進行數據交換處理，PLC控制系統對位移控制器的運行過程數據進行運算處理并記錄，油缸內置式直線位移傳感器直接與比例閥控制器連接，前進腔壓力傳感器和后退腔壓力傳感器均與PLC控制系統連接，由此使得前進腔壓力傳感器、后退腔壓力傳感器、油缸內置式直線位移傳感器采集的數據信號能夠傳輸給PLC控制系統，PLC控制系統根據生產需求給比例閥控制器發出控制指令，比例閥控制器數據處理及自身PID系統優化計算出一個高頻實時變化的控制指令輸出給比例閥，比例閥連接滑座油缸活塞桿控制滑座油缸的伸出、縮回動作，從而實現滑座行走高速平穩精準的閉環控制。

4.2 改造結果

經過改造后的滑座行走控制系統，通過比例閥控制器和PLC系統的配合，實現了滑座的高速精準的行走，滑座行走位置誤差控制在0.5mm之內，提高了設備工作效率及產品質量，減少了對設備的損傷。

5? 結語

此改造方案優點在于，巧妙地利用壓力傳感器、位移傳感器等多個測量元件組合后對不同的數據信息采集再利用比例閥控制器以及PLC控制系統對設備進行控制，由此能夠使滑座油缸快速精準的到達指令要求的位置，減少滑座一個工作周期的時間，并杜絕滑座前進后退時出現過沖現象導致刀環損壞的可能，能夠隨時調整滑座的行走速度滿足生產過程中對刨花厚、薄形態的需求，提高了刨花質量，減小了滑座行走精度誤差，保障了刨花的形態，降低了不合格刨花含量，減少了生產設備能源消耗，提高了生產效率。

參考文獻：

[1]董菲.輪式銑刨機電輔助驅動性能匹配分析[D].長安大學，2011.

[2]吳季陵，楊煥蝶.環式長材刨片機[J].林產工業，1989（6）.