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電液比例控制的在線監(jiān)控

更新時(shí)間:2017-07-18點(diǎn)擊次數(shù):1406

平整定位輥是某熱軋帶鋼廠平整線人口的關(guān)鍵設(shè)備之一,由兩套獨(dú)立的電液比例系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng),同時(shí)還裝有以可編程控制器和組態(tài)軟件為核心的計(jì)算機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng),可方便地對工作過程進(jìn)行控制與監(jiān)測。國越貿(mào)易小編為大家?guī)碓敿?xì)介紹

1.液壓系統(tǒng)

兩個(gè)定位輥采用獨(dú)立的系統(tǒng)驅(qū)動(dòng),當(dāng)使用一段時(shí)間后,兩輥道機(jī)械零部件磨損不一致、電液比例系統(tǒng)零點(diǎn)與增益改變或負(fù)載不平衡時(shí),其轉(zhuǎn)速也會(huì)不相同,從而導(dǎo)致其中某一個(gè)定位輥成為另一個(gè)的負(fù)載,使工況劣化,設(shè)備壽命降低。兩個(gè)定位輥支撐的鋼卷重力為330kN左右,屬重載工況,在正常操作(尤其是正反轉(zhuǎn)切換)時(shí),慣性大、沖擊大,定位精度難以保證。

電液比例系統(tǒng)原理圖考慮上述問題,采用如圖43所示的電液比例系統(tǒng)。

驅(qū)動(dòng)定位輥:選用帶壓差補(bǔ)償器的比例方向閥3.1和3.2作為主要控制元件,調(diào)節(jié)方便,速度剛度大,同時(shí)通過輥道端部的編碼器18.1和18.2對轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量與反饋,實(shí)現(xiàn)數(shù)字閉環(huán)控制,能達(dá)到較高的同步控制精度。比例方向閥便于設(shè)定起停斜坡時(shí)間和速度切換控制,能使輥道在起動(dòng)、停止、變速時(shí)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、同時(shí)在液壓馬達(dá)的進(jìn)出口間設(shè)置雙向溢流緩沖閥4.1和4.2,能避免液壓馬達(dá)兩個(gè)油口的壓力出現(xiàn)異常,吸收系統(tǒng)的沖擊和振動(dòng),使設(shè)備運(yùn)行更加平穩(wěn),定位精度更高。液壓馬達(dá)直接安裝于定位輥道頭部,處于鋼卷升降與平移的通道區(qū)。若馬達(dá)尺寸過大,容易被運(yùn)行的鋼卷碰撞;若馬達(dá)尺寸過小,又不能直接輸出所需的工作轉(zhuǎn)矩。為解決安裝空間尺寸小與輸出轉(zhuǎn)矩大的矛盾,考慮選用帶行星減速機(jī)的一體化液壓馬達(dá)6.1和6.2作為驅(qū)動(dòng)裝置,尺寸小,驅(qū)動(dòng)力矩大。另外為保證電液比例系統(tǒng)正常工作,設(shè)置有液位、清潔度和溫度監(jiān)控元件,液位傳感器19、帶壓差報(bào)警過濾精度為10pin的精過濾器8、PT100溫度傳感器15、電加熱器16、冷卻水閥17、冷卻器16。

2.計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)硬件

(1)下位機(jī)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的電液比例系統(tǒng)含有數(shù)字量和模擬量輸入、輸出、脈沖量輸入等參量,還需進(jìn)行數(shù)字閉環(huán)控制,對運(yùn)動(dòng)速度實(shí)時(shí)修正。根據(jù)這一特點(diǎn),選擇性能可靠、編程簡單、具有開關(guān)量和模擬量輸入、輸出、運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、PID控制等功能的西門子S7-300可編程控制器作為下位機(jī)核心控制元件。其配置為:電源模塊PS307 SA、CPU模塊CPU 3130-2 DP(集成D116/D016,可作高速計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)用)、開關(guān)量輸入模塊Dl4、模擬量輸入、輸出模塊A14/A02。為使液壓泵電動(dòng)機(jī)安裝、調(diào)試與檢修方便,設(shè)置有本地手動(dòng)起??刂瓢粹o,其他均在監(jiān)控計(jì)算機(jī)畫面上進(jìn)行操作與監(jiān)視??删幊炭刂葡到y(tǒng)I/O地址分配見下表。

可編程控制系統(tǒng)I/O地址分配表

名  稱

輸入地址

輸出地址

 

名  稱

輸入地址

輸出地址

電動(dòng)機(jī)本地啟動(dòng)

I0.0

 

 

壓差報(bào)警

I0.3

 

電動(dòng)機(jī)本地停止

I0.1

 

 

閥油箱液位

PIW274

 

泵吸油閥狀態(tài)

I0.2

 

 

比例閥1信號(hào)

 

PQW272

電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器

 

Q124.0

 

編碼器1信號(hào)

IW768

 

溫度傳感器

PIW272

 

 

比例閥2信號(hào)

 

PQW274

電加熱器

 

Q124.1

 

編碼器2信號(hào)

IW780

 

冷卻水閥

 

Q124.2

 

 

 

 

 

監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖(2)上位機(jī)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)。上位機(jī)配置西門子通信卡CP5611,并安裝組態(tài)軟件WinCC5.1,用于開發(fā)用戶程序,建立人機(jī)接口。上位機(jī)通過通信卡與可編程控制器的多點(diǎn)接口(MPI)進(jìn)行通信,對現(xiàn)場生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖44所示。

3.計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件

(1)可編程控制器控制軟件設(shè)計(jì)。

1)可編程控制器硬件組態(tài)。在STEP75.1中按上述配置進(jìn)行硬件組態(tài),并將兩個(gè)測速編碼器對應(yīng)的輸入通道設(shè)置為頻率測量,以便測量值與速度呈線性關(guān)系,將AI通道設(shè)置為0~20mA,與模擬傳感器輸出信號(hào)匹配;將AO通道設(shè)置為  -10~+10V,與比例放大器匹配。

2)可編程控制器程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與編寫。按照系統(tǒng)的工況與連鎖條件,程序結(jié)構(gòu)由一個(gè)組織塊( OB1)、兩個(gè)功能(FC1、FC2)、一個(gè)功能塊(FB1)和三個(gè)數(shù)據(jù)塊(DB1、DB10、DB11)組成。

其中OB1作為主循環(huán)程序塊,調(diào)用其他數(shù)據(jù)塊、功能、功能塊實(shí)現(xiàn)控制任務(wù);FCl屬環(huán)境條件檢測功能,用于對液位、油溫、污染進(jìn)行檢測,判斷液壓系統(tǒng)是否具備工作條件;FC2是電動(dòng)機(jī)控制功能。對本地、遠(yuǎn)程起停條件進(jìn)行運(yùn)算,控制液壓泵電動(dòng)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài);FB1是對兩臺(tái)比例閥進(jìn)行PID控制的功能塊,因兩比例閥工作方式相同,只是參數(shù)可能不一致,因此用兩個(gè)背景數(shù)據(jù)塊DB10和DB11分別為兩比例閥控制提供運(yùn)行參數(shù)。DB1作為共享數(shù)據(jù)塊,是上位機(jī)和下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的區(qū)域,通過它將監(jiān)控計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場設(shè)備聯(lián)成一體。程序結(jié)構(gòu)如圖45所示。

程序結(jié)構(gòu)圖(2)人機(jī)接口(HMI)軟件。人機(jī)接口主要用組態(tài)軟件WinCC5.1進(jìn)行開發(fā),包括操作監(jiān)控主畫面、泵站監(jiān)控畫面、定位輥道監(jiān)控畫面、通信模塊、歷史數(shù)據(jù)保存、讀盤和打印等幾個(gè)功能模塊。能通過上述功能模塊對液壓系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作與監(jiān)視,并將運(yùn)行信息保存和發(fā)送到廠信息中心,供廠級(jí)監(jiān)視診斷中心和遠(yuǎn)程監(jiān)視診斷中心使用。

系統(tǒng)操作人員通過HMI發(fā)出操作指令經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)送到現(xiàn)場PLC站,PLC的AO、DO模塊與設(shè)備總線對液壓系統(tǒng)中的相關(guān)元件進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制;同時(shí)液壓系統(tǒng)運(yùn)行過程中的狀態(tài)參數(shù)通過設(shè)備總線與現(xiàn)場PLC站AI、DI模塊經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)送到監(jiān)視站。工程技術(shù)人員可以通過工程師站對系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境、參數(shù)進(jìn)行設(shè)定、修改和維護(hù)。

系統(tǒng)在某熱軋廠平整生產(chǎn)線上投入使用后,生產(chǎn)線自動(dòng)化程度、管理質(zhì)量和可靠性大大提高,故障診斷和處理直觀,便于維護(hù)和使用,減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率,取得了良好的效益。

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