球墨鑄鐵管離心機的控制系統及其控制方法

2023-10-18 05:27:19 1

專利名稱：球墨鑄鐵管離心機的控制系統及其控制方法
技術領域：
本發明屬於冶金工業生產的技術領域，涉及球墨鑄鐵管生產設備和工藝，更具體
地說，本發明涉及一種球墨鑄鐵管離心機的控制系統。另外，本發明還涉及該控制系統的控 制方法。
背景技術：
目前的球墨鑄鐵管生產設備由三大部分組成澆注系統、主機部分及拔管裝置。
球墨鑄鐵管生產工藝過程是鐵水注入扇形包後，主機走到對應位置準備澆注。啟 動翻包油缸開始翻包，剛開始翻轉時扇形包有一段空行程，當鐵水流出時要求扇形包勻速 翻轉。鐵水沿流槽流至主機內，開始澆注承口 ，此時主機油缸伸長到最大位置，待承口澆滿 後，主機勻速下行，主機油缸勻速收回。
在此過程中，翻包油缸一直勻速翻轉至鐵水接近承口處時，翻包缸反向收縮，扇形
包迴轉約2度，等待下一次澆注。鐵水澆至插口處時，主機油缸暫停，延時一段時間後繼續
下行，之後主機退出，拔管鉗準備拔管，主機油缸快速伸長將鑄管拔出，稱重開始。 在整工藝個過程中，翻包採用比例伺服系統來控制翻包速度及翻轉角度，主機走
行過程定位及速度依靠普通油缸伸縮。稱重信號在操作臺採用二次表顯示，操作工參考顯
示值與標準值差別，根據經驗手動調節翻包翻轉速度及主機走速來平衡下根管重。 上述現有的控制方式均為人工操作。由於翻包及走行速度與定位的精確度在整個
生產過程中起著決定性作用，同時稱重系統也直接關係到後續產品的質量問題，因此，僅以
上述方式及經驗值來操作已不能滿足現有的工藝要求。

發明內容
本發明所要解決的第一個問題是提供一種球墨鑄鐵管離心機的控制系統，其目的 是實現翻包與走行的數字閥速度和位置的精確自動控制。
為了實現上述目的，本發明採取的技術方案為 本發明所提供的球墨鑄鐵管離心機的控制系統，所述球墨鑄鐵管離心機的執行機 構包括數字閥，安裝在翻包及主機上，接管位置安裝稱重傳感器，所述的球墨鑄鐵管離心機 的控制系統設PLC，所述的數字閥的控制裝置為數字閥控制器，所述的數字閥控制器設有數 字伺服閥，該數字伺服閥由步進電機驅動；所述的數字閥控制器設有數字閥的運動速度及 位置的編碼器；所述的稱重傳感器、驅動數字伺服閥的步進電機以及數字閥上的編碼器分 別通過信號線路與所述的PLC連接。 為使本發明更加完善，還進一步提出了以下更為詳盡和具體的技術方案，以獲得 最佳的實用效果，更好地實現發明目的，並提高本發明的新穎性和創造性
所述的PLC中設有電源模塊、CPU模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、開關量 輸入模塊和開關量輸出模塊。 所述的PLC通過MPI現場總線與觸控螢幕連接。
所述的稱重傳感器為4隻，分別通過信號線傳送mV信號至稱重信號變送器，所述 的稱重信號變送器轉換輸出4 20mA電流信號，通過信號線傳送至PLC的模擬量輸入模 塊。 所述的稱重信號變送器輸出稱重信號與標準管重進行比較，將差值信號輸送給所 述的PLC,經PLC運算後以兩組4 20mA電流形式輸出至所述的數字閥控制器。
本發明要解決的第二個問題是提供以上所述的球墨鑄鐵管離心機的控制系統所 採用的控制方法，該方法的技術方案是 所述的稱重傳感器同時匹稱重信號變送器，將稱重結果以電流形式送至PLC7，為 翻包及主機的速度與定位提供參考數據；
利用觸控螢幕選擇管型； 管型選擇完畢後，輸入同等規格管型的澆注數量，點擊"確認"鍵，實現自動運行；
CPU內部存儲全自動程序，為節約讀取時間提高控制精度，程序執行過程如下
每種管型選取後，通過比較指令選取對應管型子程序，確認後調用此程序；
—種規格管型多隻生產時，將接管到位信號作為重新調用程序的指令信號，同時 提供計數指令； 每接一隻管調用一次子程序，採用加指令完成一次加1計數； 最終當計數值與設定值相同，即同等規格澆注數量完成後停止生產計數，同時提 供預警信號提醒操作人員； 在觸控螢幕上完成在子程序中將各種參數設定值，均轉換為浮點數； 稱重信號進入PLC後也轉換為浮點數；經過與標準管重比較做差後進行兩組PID
運算； 將兩組運算結果分別提供給翻包及數字閥設定值進行累加； 累加結果根據PLC硬體要求轉換為模擬量輸出4 20mA信號匹配數據，將電流信 號傳送至數字閥控制器； 同時，每次稱重信號待累加完畢後，信號自動清零，以便下組數據的填充。
本發明採用上述技術方案，所述的數字式離心機控制系統將原來複雜的速度控制 和位置控制變成了簡單的數字脈衝開環控制，因而大大提高了系統的安全性和可靠性，並 且由於沒有複雜的閉環反饋裝置，也大大提高了系統的抗幹擾能力，特別適宜離心機操作 環境與現有的維護水平，從而大大提高了設備的可靠性，並且基本上可以做到零調試和零 維護，可以保證設備長期穩定地工作。


下面對本說明書各幅附圖所表達的內容及圖中的標記作簡要說明
圖1為本發明中的球墨鑄鐵管離心機結構示意圖；
圖2為圖1所示結構的俯視示意圖；
圖3為本發明中的控制系統示意圖。
圖中標記為 1、數字閥，2、翻包，3、主機，4、接管位置，5、稱重傳感器，6、稱重信號變送器，7、 PLC，8、觸控螢幕，9、數字閥控制器，10、編碼器，11、信號線(傳感器到變送器)，12、信號線(變送器到PLC) ， 13、 MPI現場總線，14、信號線(PLC到數字閥控制器)，15、信號線(現場編碼 器到數字閥控制器)。
具體實施例方式
下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本發明的具體實施方式
如所涉及的各構 件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關係、各部分的作用及工作原理、製造工藝 及操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領域的技術人員對本發明的發明構思、 技術方案有更完整、準確和深入的理解。 如圖1、圖2和圖3所表達的本發明的結構，為一種球墨鑄鐵管離心機及其控制系 統，本發明所提供的這種數字離心機控制系統包括指令與檢測系統、過程控制系統、執行 機構三部分。所述指令與檢測系統包括稱重系統與觸控螢幕8。所述球墨鑄鐵管離心機的執 行機構包括數字閥l，安裝在翻包2及主機3上，接管位置4安裝稱重傳感器5。所述的數 字閥1包括數字閥控制器及數字閥本體。 本發明所要解決的問題是提供一種高精度、全自動的離心機控制系統，其目的是 通過PLC為翻包2與走行的數字閥1提供準確的速度及定位值，同時通過檢測每根管重，自 動調節下根管生產過程中的油缸運行狀態，實現精確自動控制。
為此，本發明提供的技術措施是 如圖3所示，本發明所提供的球墨鑄鐵管離心機的控制系統設PLC7，所述的數字 閥1的控制裝置為數字閥控制器9，所述的數字閥控制器9設有數字伺服閥，該數字伺服閥 由步進電機驅動；所述的數字閥控制器9設有數字閥1的運動速度及位置的編碼器10 ;所 述的稱重傳感器5、驅動數字伺服閥的步進電機以及數字閥1上的編碼器10分別通過信號 線路與所述的PLC7連接。 所述過程控制系統為PLC7 ;指令與檢測系統具備設定基本參數、傳送現場一次信 號的功能；過程控制系統接收指令後經內部程序運算傳送給執行機構。整個過程簡單易操 作，同時所有狀態值及檢測值均為一次信號，運算、運行過程中均不需人工幹預。
如圖1所表達的本發明的結構是數字離心機全自動控制系統，所述系統所控制的 主要設備為離心機翻包2與主機3內兩部數字閥1。圖2中接管位4處均布四臺稱重傳感 器5。圖3內稱重信號變送器6、觸控螢幕8及數字閥控制器9均安裝於操作臺位處。現場安 裝編碼器10操作工只需每次在觸控螢幕8內設定管型數據及生產量點擊確認鍵便可執行全 自動運行。 以上所述的數字閥l是一個高度集成的液壓元件，安裝於翻包2及主機3上。接管 位置4安裝稱重傳感器5，將傳感器電壓信號通過稱重信號變送器6轉換為標準4 20mA 電流信號送至PLC7。 PLC7接收的各指令信號由觸控螢幕8統一給定。數字閥控制器9接收 由PLC7輸出4 20mA電流信號，轉換為高頻脈衝信號，數字閥1內部步進電機接收脈衝信 號而轉動，該轉動帶動數字伺服閥並轉變為直線運動；數字閥控制器9通過採集現場編碼 器10數值來實現速度及位置反饋，從而實現精確調速與定位，達到高精度控制要求。
本發明的控制系統的具體實施示例分別如下
—、PLC的構成 本發明所述的PLC7中設有電源模塊、CPU模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、開關量輸入模塊和開關量輸出模塊。
二、 PLC與數字閥控制器的連接 本發明所述的PLC7通過信號線14與數字閥控制器9連接。
三、PLC與觸控螢幕的連接 本發明所述的PLC7通過MPI現場總線13與觸控螢幕8連接。 所述觸控螢幕8均採集PLC7內部信號，根據各離心機管型對應輸入1、2、3、……，點 擊確認鍵。PLC7內部調取對應管型程序，執行全自動運行。
四、現場編碼器與數字閥控制器的連接 本發明所述的現場編碼器通過信號線15與數字閥控制器9連接。
五、稱重傳感器的信號傳輸 本發明所述的稱重傳感器5為4隻，分別通過信號線11傳送mV信號至稱重信號變 送器6，所述的稱重信號變送器6轉換輸出4 20mA電流信號，通過信號線12傳送至PLC7 的模擬量輸入模塊。 接管位置4設置稱重傳感器4隻，通過信號線11)送mV信號至稱重信號變送器6。 稱重信號變送器6轉換輸出4 20mA電流信號，通過信號線12傳送至PLC7的模擬量輸入 模塊。 六、稱重信號變送器的信號連接 本發明所述的稱重信號變送器6輸出稱重信號與標準管重進行比較，將差值信號 輸送給所述的PLC7，經PLC7運算後以兩組4 20mA電流形式輸出至所述的數字閥控制器 9。 稱重信號變送器6輸出稱重信號與標準管重進行比較，將差值經PLC7運算後以兩 組4 20mA電流形式輸出至翻包2與主機3走行的數字閥控制器(9)。
七、本發明提供的球墨鑄鐵管離心機的控制系統所採用的控制方法，該方法的技 術方案是 所述的稱重傳感器5同時匹稱重信號變送器6，將稱重結果以電流形式送至PLC7， 為翻包2及主機3的速度與定位提供參考數據；
利用觸控螢幕8選擇管型； 管型選擇完畢後，輸入同等規格管型的澆注數量，點擊"確認"鍵，實現自動運行；
CPU7內部存儲全自動程序，為節約讀取時間提高控制精度，程序執行過程如下
每種管型選取後，通過比較指令選取對應管型子程序，確認後調用此程序；
—種規格管型多隻生產時，將接管到位信號作為重新調用程序的指令信號，同時 提供計數指令； 每接一隻管調用一次子程序，採用加指令完成一次加1計數； 最終當計數值與設定值相同，即同等規格澆注數量完成後停止生產計數，同時提 供預警信號提醒操作人員； 在觸控螢幕8上完成在子程序中將各種參數設定值，均轉換為浮點數； 稱重信號進入PLC7後也轉換為浮點數；經過與標準管重比較做差後進行兩組PID
運算； 將兩組運算結果分別提供給翻包2及數字閥1設定值進行累加；
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累加結果根據PLC7硬體要求轉換為模擬量輸出4 20mA信號匹配數據，將電流 信號傳送至數字閥l控制設備； 同時，每次稱重信號待累加完畢後，信號自動清零，以便下組數據的填充。
在所述指令與檢測系統中，在接管位置4的四臺稱重傳感器5同時匹配稱重信號 變送器6，將稱重結果以電流形式送至PLC7，為下次翻包2及主機3的速度與定位提供參考 數據。觸控螢幕8具備顯示及操作功能各設備運行狀態及實時數據均可在線顯示。同時，觸 摸屏8具備管型選擇功能，為方便操作，將各種管型對應為阿拉伯數字，如DN80對應數字1 、 DN100對應數字2、 DN125對應數字3，依次類推。管型選擇完畢後，輸入同等規格澆注數量 (默認值為1)點擊"確認"鍵實現自動運行，也可完成同種管型多枝生產的全自動過程。觸 摸屏8可根據工藝要求重新設定各管型的數字閥1速度、定位以及各種管重的標準值，設定 完畢後點擊"設定確認"鍵後執行更新後標準。同時觸控螢幕8具備自動/手動轉換功能。
所述的CPU7內部存儲全自動程序，為節約讀取時間提高控制精度，程序編寫細則 如下 每種管型選取後通過比較(CMP)指令選取對應管型子程序，確認後調用此程序。
同種管型多枝生產時，將接管到位信號作為重新調用程序的指令信號，同時提供 計數指令。每接一枝管調用一次子程序，採用加(AND)指令完成一次加l計數。最終當計 數值與設定值(同等規格澆注數量)相同後停止生產。同時提供預警信號提醒操作人員。
為保證運算的精確性，在子程序中將各種參數設定值(觸控螢幕8內完成)，均轉換 為浮點數。稱重信號進入PLC7後也轉換為浮點數。經與標準管重比較做差後進行兩組PID 運算。將兩組運算結果分別提供給翻包2及走行數字閥1設定值進行累加。累加結果根據 PLC7硬體要求轉換為模擬量輸出4 20mA信號匹配數據，將電流信號傳送至數字閥l的控 制設備。同時每次稱重信號待累加完畢後，信號自動清零，以便下組數據的填充。
作為執行機構，數字閥1的控制設備接收PLC7輸出4 20mA信號，並將電流信號 轉換為高頻脈衝信號送至油缸內步進電機。由於所有元件均裝在油缸內，當步進電機接收 一個脈衝信號，油缸就移動一個固定的行程(如O. lmm)，當需要油缸移動10mm時，則連續向 數字缸輸出100個脈衝，當需要1秒鐘移動10mm時，則輸出頻率為100/秒，若希望0. 1秒 走完10mm時，則輸出頻率取1000，以此類推。 上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現並不受上述方式 的限制，只要採用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改 進將本發明的構思和技術方案直接應用於其它場合的，均在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種球墨鑄鐵管離心機的控制系統，所述球墨鑄鐵管離心機的執行機構包括控制執行油缸的數字閥(1)，安裝在翻包(2)及主機(3)上，接管位置(4)安裝稱重傳感器(5)，其特徵在於所述的球墨鑄鐵管離心機的控制系統設PLC(7)，所述的數字閥(1)的控制裝置為數字閥控制器(9)，所述的數字閥控制器(9)設有數字伺服閥，該數字伺服閥由步進電機驅動；所述的數字閥控制器(9)設有數字閥(1)的運動速度及位置的編碼器(10)；所述的稱重傳感器(5)、驅動數字伺服閥的步進電機以及數字閥(1)上的編碼器(10)分別通過信號線路與所述的PLC(7)連接。
2. 按照權利要求1所述的球墨鑄鐵管離心機的控制系統，其特徵在於所述的PLC (7) 中設有電源模塊、CPU模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、開關量輸入模塊和開關量輸 出模塊。
3. 按照權利要求1所述的球墨鑄鐵管離心機的控制系統，其特徵在於所述的PLC (7) 通過MPI現場總線(13)與觸控螢幕(8)連接。
4. 按照權利要求1所述的球墨鑄鐵管離心機的控制系統，其特徵在於所述的稱重傳 感器(5)為4隻，分別通過信號線(11)傳送mV信號至稱重信號變送器(6)，所述的稱重信 號變送器(6)轉換輸出4 20mA電流信號，通過信號線(12)傳送至PLC(7)的模擬量輸入 模塊。
5. 按照權利要求1所述的球墨鑄鐵管離心機的控制系統，其特徵在於所述的稱重 信號變送器(6)輸出稱重信號與標準管重進行比較，將差值信號輸送給所述的PLC(7)，經 PLC(7)運算後以兩組4 20mA電流形式輸出至所述的數字閥控制器(9)。
6. 按照權利要求1 5中任一項所述的球墨鑄鐵管離心機的控制系統採用的控制方 法，其特徵在於所述的稱重傳感器(5)同時匹稱重信號變送器(6)，將稱重結果以電流形式送至 PLC(7)，為翻包(2)及主機(3)的速度與定位提供參考數據； 利用觸控螢幕(8)選擇管型；管型選擇完畢後，輸入同等規格管型的澆注數量，點擊"確認"鍵，實現自動運行； CPU(7)內部存儲全自動程序，為節約讀取時間提高控制精度，程序執行過程如下 每種管型選取後，通過比較指令選取對應管型子程序，確認後調用此程序； 一種規格管型多隻生產時，將接管到位信號作為重新調用程序的指令信號，同時提供 計數指令；每接一隻管調用一次子程序，採用加指令完成一次加1計數；最終當計數值與設定值相同，即同等規格澆注數量完成後停止生產計數，同時提供預 警信號提醒操作人員；在觸控螢幕上完成在子程序中將各種參數設定值，均轉換為浮點數； 稱重信號進入PLC(7)後也轉換為浮點數；經過與標準管重比較做差後進行兩組PID運算；將兩組運算結果分別提供給翻包(2)及數字閥(1)設定值進行累加； 累加結果根據PLC(7)硬體要求轉換為模擬量輸出4 20mA信號匹配數據，將電流信 號傳送至數字閥(1)控制設備；同時，每次稱重信號待累加完畢後，信號自動清零，以便下組數據的填充。
全文摘要
本發明公開了一種球墨鑄鐵管離心機的控制系統，設PLC(7)，數字閥(1)的控制裝置為數字閥控制器(9)，所述的數字閥控制器(9)設有數字伺服閥，該數字伺服閥由步進電機驅動；所述的數字閥控制器(9)設有數字閥(1)的運動速度及位置的編碼器(10)；所述的稱重傳感器(5)、驅動數字伺服閥的步進電機以及數字閥(1)上的編碼器(10)分別通過信號線路與所述的PLC(7)連接。本發明還公開了該控制系統的控制方法。採用上述技術方案，提高了系統的安全性、可靠性和系統的抗幹擾能力，特別適宜離心機操作環境與現有的維護水平，可以做到零調試和零維護，保證設備長期穩定地工作。
文檔編號B22D13/12GK101700565SQ200910145040
公開日2010年5月5日 申請日期2009年9月21日 優先權日2009年9月21日
發明者姜亮, 孫韶華, 王桂生, 王海良, 許國方, 趙華, 連獻功 申請人:蕪湖新興鑄管有限責任公司