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PC钢棒热处理生产线自动控制系统热风枪海蛇养殖三轮车汽车保险女士拎包z

2022-09-15 23:50:41  金通机械网

PC钢棒热处理生产线自动控制系统

【摘要】:本文介绍了钢棒热处理生产线的构成及运行原理,阐述了控制系统的组成及其所采取的控制手段。对系统的自适应能力进行了详细的论述与说明,给出了推导公式和结论。并给出了控制系统的软件设计与流程图。最后对本系统所生产出的PC钢棒的力学性能进行了分析,并给出了结论。

【关键词】:钢棒热处理 PLC

PC钢棒是一种低碳合金钢热处理高强度预应力混凝土用钢筋,它主要应用于制作港口混凝土管桩、高层建筑地基混凝土管桩、桥墩混凝土管桩等。随着国民经济的快速增长,PC钢棒的市场在不断的扩大,PC钢棒的品种和规格也越来越丰富。由于传统的PC钢棒生产线存在的局限性已适应不了这种变化,为了改进目前PC钢棒生产线这种状况,本文系统地阐述了一种新型的,聚灵活性与可靠性于一体的钢棒热处理生产线自动控制系统。该套自动控制是浙江大学三伊公司开发的,现已投入运行。

1 钢棒热处理生产线的构成

1.1系统构支持市场开辟的市场团队则是创业“加速器”成

本文所阐述的钢棒热处理生产线是一种流水线型的系统。系统框图如图(1)所示。系统可分成4个部分:电气传动,感应加热,控制台,数据采集和其它一些附属设备。电气传动部分共由5台电机(2台压送机,1台牵引机,2台收线机)组成,每台电机均采用ABB公司提供的变频器来驱动;感应加热部分由4台感应加热机(2台中频电源,其中1#中频电源的功率为P1=250KW,4#中频电源的功率为P4=160KW。2#、3#电源超音频电源,功率分别为P2=100KW和P3=160KW)组成。1#测温仪用于测量淬火温度,2#测温仪用于测量回火温度,张力检测仪对PC钢棒所受的张力进行检测,最后是PC钢棒的剪切和分线。控制台是整条生产线的主控台,由Simens系列PLC和触摸屏(TP27)共同对生产线进行监控。

1.2运行原理

正常运行时,钢棒从送线处开始,以一定的线速度在牵引机的牵引下,由压送机1,矫直机1和矫直机2,压送机2,送入图1中的前3台电源完成PC钢棒的淬火处理达到一定的淬火温度,经过水冷,至最后一台电源完成PC钢棒的回火处理,达到一定的回火温度,再经过水冷后,由收线分配器分线送入相应的收线机收线。在收线中,收线机的角速度则随着收线盘直径的增大而减小。系统采集和发送来的信号全部送至控制台,经过PLC的相应处理后进行相应的控制。

2 控制系统

2.1电气传动的速度控制

本系统要完成5台电机各自的速度控制及5台电机间的速度协调控制。5台电机调速均采用变频器,且由PLC进行速度给定,速度稳定性和精度均得到满足。为使5台电机协调运转,必须使5台电机带动的辊轮具有相同的线速度。电机的转速与辊轮的线速度存在着比例关系,即Vm=kVgl(其中Vm为电机转速,Vgl为辊轮转速), 在触摸屏上调整相应的速度系数k即可使得每台电机带动的辊轮具有相同的线速度,从而使得5台电机能够协调运行。

2.2 温度闭环控制

温度闭环控制主要是在系统正常运行时保证PC钢棒的淬火温度和回火温度,1#测温仪和2#测温仪测量的数据送回PLC,与给定的淬火温度和回火温度比较,根据实际温度与给定温度之差,经PI控制环节,求出控制量,调节3#超音频电源的功率,使淬火温度得到满足,调节4#中频电源的功率,使回火温度得到满足。

2.3张力闭环控制

张力闭环控制与温度闭环控制一样,张力检测仪检测到的张力信号送到PLC,与给定张力比较,根据实际张力与给定张力之差,经PI控制环节,求出控制量,调节牵引机的速度,使牵引机与矫直机之间的PC钢棒张力得到满足。

2.4自动分线

自动分线系统完成PC钢棒热处理生产线的自动收线工作。当收线机1的线满时,剪切机剪断钢棒线,当PLC检测到剪切信号时,由于该时刻收线机2处于静止状态,所以PLC控制变频器完成对收线机2的升速,使其达到整条生产线的线速度,并使收线机1停转同时送出信号使收线分配器动作,将后面生产出的线分配给收线机2进行收线,从而完成了一个自动分线过程,如此循环反复。

2.5系统自适应能力

整条PC钢棒热处理生产线要加工7~1手机主板3mm不同规格的钢棒,不同的产品有不记得要保存实验数据同的工艺参数要求,这就要求有不同的感应加热电源功率给定和电气传动速度。当我们知道一种型号的PC钢棒的运行参数时,便可计算出其它型号的PC钢棒的运行参数。例如,当车刀架我们知道Φ9.0mm的PC钢棒以V (m/min)的速度,给定功率P(KW)运行时,下次如果运行Φ7.1mm的PC钢棒时,系统将根据需要给出适合于Φ7.1mm的运行参数,具体计算如下。

以运行速度V为自变量(保持功率不变)时,

其中L —感应加热炉长度;

Φ —PC钢棒的直径;

P —电源的给定功率 P=C1P1+C2P2+C3P3(C1,C2, C3为电源功率的分配系数);

c —钢棒的比热系数;

η —感应加热电源的效率(在功率变化不大的情况下可视为常数);

T—正常运行时3#超音频电源出口处的PC钢棒的終值温度与初始温度的差值;

ρ —钢棒的密度。

由(2)式知,在感应加热电源功率给定和 T不变的情况下,运行速度与PC钢棒直径的平方成反比,所以由(2)式可得Φ7.1mmPC钢棒的运行速度VΦ7.1。

由(3)式知在运行速度和 T不变的情况下,感应加热电源功率给定与PC钢棒的直径平方成正比,所以由(3)式可得Φ7.1mm PC钢棒所需运行功率PΦ7.1。

对于同一型号的PC钢棒要改变运行速度,必须同时改变给定功率,即由(1)式得:

从上式可以看出对于同一型号的PC钢棒给定功率与运行速度成正比。

由(2),(3),(4)式,或这三个公式的组合即可运算得到各种运行参数,对于4#中频电源功率及出口处的温度也用同样的方法进行控制。对于系统中存在的误差,例如,当功率变化较大时感应加热电源的效率η就不能视为常数,其它如环境温度等所造成的误差可由2.2节所述的温度闭环控制及感应加热电源功率自闭环来进行补偿。在运行时如对运行参数不满,还可在触摸屏上进行青铜器修改。同时本套系统还提供对烧烤网不同规格、不同工艺参数的钢棒所需的运行参数存档。当要生产某种同类钢棒时,只要调用相应的运行参数即可。

2.6系统的可靠性

系统对整条生产线进行监控,当系统出现故障时(如传动故障或感应加热电源故障),故障信号送至PLC进行处理并给出实时报警,同时对系统的故障类型进行记录存档,可以在触摸屏上进行查阅。这样有效保证了系统的可靠性,可以及时对出现的故障进行处理。

3 软件设计与流程

根据设计思路,进行程序编制。程序分点动和自动两部分。S7-300系列PLC丰富的功能指令和符号寻址方式大大方便了编程。在程序中应用了A/D转换的数字滤波、PI控制、功能块、功能、数据块硬度高、耐磨性好、和TP-27的通信接口等功能,充分体现了PLC功能控制的特点,使得整个系统的程序简捷、直观。自动程序流程图如图2所示。

图2 自动程序流程图

4 PC钢棒结果分析

为了检测所生产出来的PC钢棒质量,我们对1570MPa高强度PC钢棒进行采样分析,从检测结果(表1所示)可以看出,本套系统生产的PC钢棒的力学性能指标均达到并超过国家标准,说明该控制系统能够满足PC钢棒的质量要求。

5 结束语

本系统已成功的得到应用,取得了良好的效益,同时,此条生产线也是国内自己生产的第一条PC钢棒热处理自动控制生产线,填补了国内的空白,使PC钢棒热处理生产线由原来的手动状态实现了自动控制。实践也再次证明该自动控制系统具有良好的自适应性和可靠性。

【参 考 文 献】:

【1】 周和敏 PC钢棒热处理工艺研究[J] 金属热处理,2000,(10):

作者简介:

包辉(1979-),男,浙江大学国家电力电子工程研究中心 硕士,主要从事电力电子传动与运动控制的研究与开发。 导师

赵荣祥(1962-)教授,博导,浙江大学国家电力电子工程研究中心主任,主要从事电力电子传动与运动控制,感应加热电源的研究与开发。(end)

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