專(zhuān)利名稱(chēng)：基于plc的數(shù)字液壓糾偏系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及高速帶鋼的智能控制，具體涉及一種基于PLC的數(shù)字液 壓糾偏系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
21世紀(jì)是知識(shí)經(jīng)濟(jì)的時(shí)代，信息技術(shù)將成為知識(shí)經(jīng)濟(jì)中最重要的資源和 競(jìng)爭(zhēng)要素，它給中國(guó)機(jī)械制造業(yè)也帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，它是現(xiàn)目前中小 企業(yè)走出困境，求得發(fā)展的最佳武器，各企業(yè)只有合理利用各種資源，采用 先進(jìn)的組織方式和生產(chǎn)工具，才會(huì)在信息時(shí)代迎來(lái)新的發(fā)展。在對(duì)帶剛糾偏 的研究中，開(kāi)巻機(jī)帶鋼跑偏控制系統(tǒng)也在隨著硬件系統(tǒng)的智能化、集成化而 不斷發(fā)展。
現(xiàn)目前帶鋼在機(jī)組中高速運(yùn)行或進(jìn)行巻取時(shí)，由于機(jī)組中導(dǎo)向輥的偏差、 振動(dòng)以及張力失調(diào)等原因，造成了帶鋼邊緣或縱向標(biāo)志線(xiàn)與機(jī)組的中心線(xiàn)不 平行，甚至偏離了設(shè)定位置而導(dǎo)致帶鋼的橫向跑偏。帶鋼的跑偏使得帶鋼多 呈"S"形向前運(yùn)動(dòng)，不能整齊巻取，成巻邊緣的整齊程度對(duì)帶鋼薄板在進(jìn)一 步軋制中的安裝和開(kāi)巻操作影響很大，從而直接影響到帶鋼產(chǎn)品的成品質(zhì)量。 目前，帶鋼薄板生產(chǎn)中使用的成巻邊緣跑偏控制，大多數(shù)還是采用單片機(jī)控 制系統(tǒng)，由于軋鋼生產(chǎn)工況條件惡劣，振動(dòng)大、溫度高、環(huán)境污染嚴(yán)重，使 得單片機(jī)控制系統(tǒng)的工作很不穩(wěn)定，造成響應(yīng)速度慢、糾偏精度較低、維護(hù) 要求很高等困難。
實(shí)用新型內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種響應(yīng)速 度快、精度高、抗干擾能力強(qiáng)，而且性能穩(wěn)定、工作可靠、具有較強(qiáng)通用性
的基于PLC的數(shù)字液壓糾偏系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是基于PLC的數(shù)字液壓糾偏系統(tǒng)，主要包括光 電檢測(cè)器、可編程控制器和液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，光電檢測(cè)器通過(guò)光敏電阻對(duì)帶鋼 運(yùn)行過(guò)程中的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并將帶鋼的偏移位置轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸入 可編程控制器，可編程控制器經(jīng)比較、計(jì)算后輸出脈寬調(diào)制信號(hào)控制液壓執(zhí) 行機(jī)構(gòu)；液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括數(shù)字閥和液壓缸，在數(shù)字閥內(nèi)設(shè)置有高速開(kāi)關(guān)閥， 高速開(kāi)關(guān)閥輸出脈沖流量控制液壓缸動(dòng)作，液壓缸的輸出桿與開(kāi)巻機(jī)的滑臺(tái) 相連，滑臺(tái)可以在開(kāi)巻機(jī)的底座上滑動(dòng)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)糾偏輥旋 轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)帶材巻取，液壓缸的輸出桿、電動(dòng)機(jī)和糾偏輥均固定在開(kāi)巻機(jī)的滑 臺(tái)上，液壓缸的輸出桿驅(qū)動(dòng)開(kāi)巻機(jī)滑臺(tái)左右運(yùn)動(dòng)進(jìn)而使糾偏輥也作左右橫向 移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶鋼運(yùn)行中的位置偏移進(jìn)行糾正，以達(dá)到帶材邊緣巻取整齊的 目的。
進(jìn)一步的技術(shù)特征，所述可編程控制器輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)經(jīng)放大器放 大后輸入液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)字閥，數(shù)字閥由高速開(kāi)關(guān)閥和電磁換向閥構(gòu)成， 且在數(shù)字閥內(nèi)集成了兩個(gè)高速開(kāi)關(guān)閥分別控制液壓缸的左、右動(dòng)作，電磁換 向閥根據(jù)輸入的脈寬調(diào)制信號(hào)控制高速開(kāi)關(guān)閥的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
基于PLC的數(shù)字液壓糾偏系統(tǒng)的控制方法，按照如下步驟操作
1) 在可編程控制器內(nèi)預(yù)置一目標(biāo)信號(hào)，所述目標(biāo)信號(hào)為帶鋼正常運(yùn)行時(shí) 的邊緣位置；
2) 將光電檢測(cè)器采集的帶鋼運(yùn)行的位置信號(hào)輸入可編程控制器，可編程控制器對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行判斷，如果有錯(cuò)則重新獲取采樣信號(hào)，如果判斷為正
確則將信號(hào)值進(jìn)行存儲(chǔ)；
3) 可編程控制器將采樣信號(hào)與目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，并根據(jù)采樣次數(shù)計(jì)算 出平均差值-,
4) 可編程控制器根據(jù)計(jì)算出的平均差值調(diào)節(jié)輸出脈寬調(diào)制信號(hào)的占空 比，從而控制輸出的脈沖電壓信號(hào)；
5) 可編程控制器輸出脈沖電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)帶鋼糾偏。 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)
1、 系統(tǒng)響應(yīng)速度快、精度高、抗干擾能力強(qiáng)，由于采用了可編程控制器 和帶光敏電阻的檢測(cè)器，使系統(tǒng)在高溫高壓、強(qiáng)振動(dòng)以及污染較大的環(huán)境中 仍能產(chǎn)生快速響應(yīng)，而且能夠保持高精度信號(hào)檢測(cè)和實(shí)現(xiàn)對(duì)高速帶鋼的位置 糾偏控制。
2、 工作性能穩(wěn)定、可靠性高，采用數(shù)字閥液壓控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)帶鋼的糾偏 控制，穩(wěn)定性能得到極大提升，而且操作也更加簡(jiǎn)單、方便。
3、 具有較強(qiáng)的通用性，本實(shí)用新型的數(shù)字液壓糾偏系統(tǒng)不僅可以用于帶 鋼軋機(jī)生產(chǎn)過(guò)程的跑偏控制，還可以推廣到紡織、造紙等行業(yè)，實(shí)用性強(qiáng)， 市場(chǎng)潛力大，具有較好的推廣價(jià)值。


圖1為本實(shí)用新型的糾偏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為光電檢測(cè)器的工作原理圖； 圖3為光電檢測(cè)器的一種具體實(shí)施電路圖； 圖4為可編程控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖5為可編程控制器的控制流程圖； 圖6為HSV高速開(kāi)關(guān)閥的結(jié)構(gòu)剖視圖中，l一光源，2—透鏡，3—透鏡，4一被測(cè)帶材，5—光敏電阻，6— 銜鐵，7—線(xiàn)圈，8—極靴，9一閥體，10~回油球閥，ll一分離銷(xiāo)，12—供油 球閥。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。 本實(shí)用新型的數(shù)字液壓糾偏系統(tǒng)，如圖1所示，主要包括光電檢測(cè)器、 FX2N-MR48可編程控制器和HSV系列數(shù)字式液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，HSV系列數(shù)字 式液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)由數(shù)字閥和液壓缸組成；光電檢測(cè)器將采集的電壓信號(hào)輸入 可編程控制器，可編程控制器經(jīng)比較、計(jì)算后輸出脈寬調(diào)制信號(hào)控制液壓執(zhí) 行機(jī)構(gòu)，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)數(shù)字閥輸出脈沖流量控制液壓缸動(dòng)作，液壓缸的 輸出桿與開(kāi)巻機(jī)的底座相連，液壓缸推動(dòng)開(kāi)巻機(jī)移動(dòng)，開(kāi)巻機(jī)進(jìn)而對(duì)帶鋼運(yùn) 行中的位置偏移進(jìn)行糾正?？删幊炭刂破鱂X2N-MR48是本糾偏系統(tǒng)的控制核 心，其關(guān)鍵部件是在液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)采用高速開(kāi)關(guān)閥作為液壓轉(zhuǎn)換元件。
所述光電檢測(cè)器采用硫化鎘光敏電阻檢測(cè)鋼板的邊緣位置，如圖2所示， 光源l (可以是聚光燈泡，也可以是LED或激光)發(fā)出的光線(xiàn)經(jīng)過(guò)透鏡2匯 聚為平行光束投向透鏡3，隨后被匯聚到光敏電阻5上，在平行光束到達(dá)透鏡 3的途中，有部分光線(xiàn)受到被測(cè)帶材4的遮擋，使傳到光敏電阻5上的光通量 O減少。根據(jù)光敏電阻的特性，當(dāng)無(wú)光照時(shí)，光敏電阻值(暗電阻)很大，使 電路中電流(暗電流)很小；當(dāng)光敏電阻受到一定波長(zhǎng)范圍的光照時(shí)，其阻 值(亮電阻)急劇減少，從而使電路中電流迅速增大。又如圖3所示，R,、 R2是同型號(hào)的光敏電阻，R,作為測(cè)量元件安裝在被測(cè)帶材下方，R2用遮光罩罩 住，起溫度補(bǔ)償作用。當(dāng)被測(cè)帶材處于正確位置(中間位)時(shí)，由R,、 R2、 R3
和R4組成的電橋平衡，此時(shí)差動(dòng)放大器輸出電壓U()的值為O;當(dāng)被測(cè)帶材左
偏時(shí)，遮光面積減少，光敏電阻R,阻值減少，電橋失去平衡，差動(dòng)放大器將 這一不平衡電壓加以放大，輸出電壓Uo為負(fù)值，它反映了帶材跑偏的方向及 大小；反之，當(dāng)被測(cè)帶材右偏時(shí)，輸出電壓U。為正值。輸出電壓U。一方面 通過(guò)檢測(cè)器上的顯示器顯示，同時(shí)還被送到PLC可編程控制器，為控制系統(tǒng) 提供采樣信號(hào)。
FX2N-MR48可編程控制器為本系統(tǒng)的控制核心，在控制器內(nèi)嵌入有可編 程的控制軟件平臺(tái)。如圖4所示，在可編程控制器內(nèi)，其輸入部分由光敏電 阻信號(hào)檢測(cè)電路、啟動(dòng)開(kāi)關(guān)、復(fù)位開(kāi)關(guān)組成，輸出部分包括電磁閥線(xiàn)圈、指 示燈以及報(bào)警信號(hào)電路等。指示燈并聯(lián)在各電磁閥線(xiàn)圈兩端，這樣可以節(jié)省 PLC的引腳數(shù)；同時(shí)為了保護(hù)PLC的輸出繼電器，在電磁閥兩端各并聯(lián)一只 續(xù)流二極管，以防止在負(fù)載斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或浪涌電流，對(duì)PLC 輸出端以及內(nèi)部電源造成沖擊。
可編程控制器的FX2N-MR48芯片各引腳分別與各端子相連，其輸入端 X0 X7引腳連接光敏電阻信號(hào)檢測(cè)電路，X8引腳連接熱繼電器輸入端子,X9 引腳連接復(fù)位開(kāi)關(guān)輸入端子，X10引腳連接啟動(dòng)開(kāi)關(guān)輸入端子；在輸出端，Y0、 Yl引腳分別連接高速閥輸出端子，Y2引腳連接JBQ報(bào)警信號(hào)輸出端子。
如圖5所示，可編程控制器根據(jù)其嵌入的軟件程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行糾偏控制， 其操作步驟如下
1)在可編程控制器內(nèi)預(yù)置一目標(biāo)信號(hào)，所述目標(biāo)信號(hào)為帶鋼正常運(yùn)行時(shí) 的邊緣位置。在目標(biāo)信號(hào)內(nèi)包含有采樣次數(shù)，采樣次數(shù)是通過(guò)可編程控制器的擴(kuò)展模塊FX2N-4AD的4個(gè)通道進(jìn)行設(shè)置，其范圍在1 1096之間。
2) 通過(guò)光敏電阻信號(hào)檢測(cè)電路對(duì)輸入的帶鋼運(yùn)行位置信號(hào)進(jìn)行判斷，如 果有錯(cuò)則重新獲取采樣信號(hào)，如果判斷為正確則將信號(hào)值進(jìn)行存儲(chǔ)。判斷時(shí) 是通過(guò)擴(kuò)展模塊FX2N-4AD內(nèi)部的緩存寄存器中的第29號(hào)緩存寄存器進(jìn)行設(shè) 置，F(xiàn)X2N-4AD自動(dòng)判斷采集的信號(hào)是否有錯(cuò)誤。
3) 在控制器內(nèi)將采樣信號(hào)與目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，并根據(jù)采樣次數(shù)計(jì)算出 平均差值；
4) 可編程控制器根據(jù)計(jì)算出的平均差值調(diào)節(jié)輸出脈寬調(diào)制信號(hào)的占空 比，從而控制輸出的脈沖電壓信號(hào)；
5) 可編程控制器輸出脈沖電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)帶鋼糾偏。 又如圖1所示，在可編程控制器的輸出端連接有放大器，可編程控制器
輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)經(jīng)放大器放大后輸入液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)字閥。所述數(shù)字 閥由高速開(kāi)關(guān)閥和電磁換向閥構(gòu)成，在數(shù)字閥內(nèi)集成了兩個(gè)高速開(kāi)關(guān)閥分別 控制液壓缸的左、右動(dòng)作，電磁換向閥根據(jù)輸入的脈寬調(diào)制信號(hào)控制高速開(kāi) 關(guān)閥的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
高速開(kāi)關(guān)閥為本系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如圖6所示，高速開(kāi)關(guān)閥采用二位三 通結(jié)構(gòu)，它能夠直接以數(shù)字的方式進(jìn)行控制，不必經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換，可編程控制 器可以根據(jù)控制要求發(fā)出脈寬調(diào)制信號(hào)，控制電機(jī)械結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換電磁鐵動(dòng)作， 從而帶動(dòng)高速開(kāi)關(guān)閥開(kāi)或關(guān)，以控制液壓缸液流的流量大小和流向。當(dāng)輸入 的脈沖信號(hào)為低電平時(shí)，電磁換向閥斷電，回油球閥IO在回油口和進(jìn)油口壓 差的作用下向左運(yùn)動(dòng)，最終緊靠在回油閥座密封座面上，使回油口斷開(kāi)，進(jìn) 油口與上端的工作油口連通，實(shí)現(xiàn)控制動(dòng)作；當(dāng)脈沖信號(hào)為高電平時(shí)，電磁 換向閥通電，銜鐵6產(chǎn)生電磁推力通過(guò)頂桿和分離銷(xiāo)11使回油球閥一起向右移動(dòng)，直到供油球閥12靠到其密封座面上，此時(shí)進(jìn)油口中斷，回油口打開(kāi)， 實(shí)現(xiàn)回油，此時(shí)帶鋼處于正常位置。在此過(guò)程中，由于光敏電阻對(duì)被測(cè)帶材 進(jìn)行連續(xù)跟蹤檢測(cè)，既起到檢測(cè)偏移量的作用，同時(shí)還起到了反饋的作用， 從而形成了一個(gè)閉環(huán)伺服系統(tǒng)。
此時(shí)，高速開(kāi)關(guān)閥的平均流量Q與脈沖信號(hào)的占空比t成正比， 即 Q=TQmax
式中，t脈沖信號(hào)占空比，t=Tp/Tf， Tf為脈沖信號(hào)周期，Tp為脈寬，Qmax 高速開(kāi)關(guān)閥的最大流量，Qmax=CApV^7^， C為流量系數(shù)，Ap為閥的流通 截面積，Ap為閥的上下游壓力差，P為流體密度。
由于高速開(kāi)關(guān)閥在工作過(guò)程中總是不停地開(kāi)關(guān)動(dòng)作，進(jìn)油口輸出系列脈 沖流量，如果調(diào)節(jié)脈寬占空比，進(jìn)油口輸出的脈沖流量大小就可以控制，得 到與脈寬占空比成比例的脈沖流量。進(jìn)油口輸出的脈沖流量作為控制量，輸 入分離銷(xiāo)的左、右控制容腔，經(jīng)過(guò)控制容腔的積分過(guò)程使分離銷(xiāo)產(chǎn)生成比例 的位移，上端的主閥出口就獲得了與進(jìn)油口輸入占空比成比例的流量。
當(dāng)帶鋼偏離正確位置時(shí)，由光電檢測(cè)器檢測(cè)到偏離信號(hào)并送入可編程控 制器，可編程控制器輸出脈寬調(diào)制信號(hào)，當(dāng)帶鋼向左跑偏時(shí)，可編程控制器 發(fā)出控制信號(hào)使高速開(kāi)關(guān)閥F1動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)左糾偏；當(dāng)帶鋼向右跑偏時(shí)，可編 程控制器發(fā)出控制信號(hào)使高速開(kāi)關(guān)閥F2動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)右糾偏。高速開(kāi)關(guān)閥輸出 脈沖流量控制液壓缸動(dòng)作，與開(kāi)巻機(jī)相連的液壓缸帶動(dòng)開(kāi)巻機(jī)跟蹤進(jìn)帶位置， 對(duì)帶鋼運(yùn)行中的位置偏移進(jìn)行糾正。
本系統(tǒng)不僅可以用于帶鋼軋機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中的跑偏控制，還可以推廣到紡 織、造紙等行業(yè)，具有較強(qiáng)的通用性。
權(quán)利要求1、基于PLC的數(shù)字液壓糾偏系統(tǒng)，其特征在于，主要包括光電檢測(cè)器、可編程控制器和液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，光電檢測(cè)器通過(guò)光敏電阻對(duì)帶鋼運(yùn)行過(guò)程中的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并將帶鋼的偏移位置轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸入可編程控制器，可編程控制器經(jīng)比較、計(jì)算后輸出脈寬調(diào)制信號(hào)控制液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)由數(shù)字閥和液壓缸組成，在數(shù)字閥內(nèi)設(shè)置有高速開(kāi)關(guān)閥，高速開(kāi)關(guān)閥輸出脈沖流量控制液壓缸動(dòng)作，液壓缸的輸出桿與開(kāi)卷機(jī)的底座相連，液壓缸帶動(dòng)開(kāi)卷機(jī)跟蹤進(jìn)帶位置，對(duì)帶鋼運(yùn)行中的位置偏移進(jìn)行糾正。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PLC的數(shù)字液壓糾偏系統(tǒng)，其特征在于， 所述可編程控制器輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)經(jīng)放大器放大后輸入液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的 數(shù)字闊，數(shù)字閥包括高速開(kāi)關(guān)閥和電磁換向閥，且在數(shù)字閥內(nèi)集成了兩個(gè)高 速開(kāi)關(guān)閥分別控制液壓缸的左、右動(dòng)作，電磁換向閥根據(jù)輸入的脈寬調(diào)制信 號(hào)控制高速開(kāi)關(guān)閥的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
專(zhuān)利摘要基于PLC的數(shù)字液壓糾偏系統(tǒng)，主要包括光電檢測(cè)器、可編程控制器和液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，光電檢測(cè)器通過(guò)光敏電阻對(duì)帶鋼運(yùn)行過(guò)程中的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并將帶鋼的偏移位置轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸入可編程控制器，可編程控制器經(jīng)比較、計(jì)算后輸出脈寬調(diào)制信號(hào)控制液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)由數(shù)字閥和液壓缸組成，在數(shù)字閥內(nèi)設(shè)置有高速開(kāi)關(guān)閥，高速開(kāi)關(guān)閥輸出脈沖流量控制液壓缸動(dòng)作，與開(kāi)卷機(jī)相連的液壓缸帶動(dòng)開(kāi)卷機(jī)跟蹤進(jìn)帶位置，對(duì)帶鋼運(yùn)行中的位置偏移進(jìn)行糾正。本實(shí)用新型的糾偏系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、精度高、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，而且性能穩(wěn)定、工作可靠、通用性強(qiáng)。
文檔編號(hào)B21C47/16GK201413468SQ20092012761
公開(kāi)日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者勇 周, 慧 張, 曾宇丹 申請(qǐng)人:重慶理工大學(xué)