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摘 要:本文介绍了一种基于PI控制的自动修磨装置,借助西门子S7 300系列可编程控制器连续控制功能块,通过整定比例、积分参数来实现对外加厚油管的飞边毛刺自动修磨。
关键词:在线去毛刺、PI控制器、连续控制;
前言
为满足油田的使用要求,制管行业通常对Φ60.3-Φ114.3规格的油井管管端进行镦粗加厚,目的是在不改变螺纹形状的前提下,提高连接强度。最常见的镦粗方法是外加厚,但由于模具的因素,合模线不可避免,导致镦粗后的钢管管端有两条飞边状毛刺。
目前,国内大部分制管企业采用钢管线下修磨的方法,需要人工寻找飞边毛刺,再进行修磨。这种方法极大降低了生产效率,不利于规模化高效生产。因此,突破管坯去毛刺的瓶颈,对于提升加厚线生产效率具有重要意义。
本文介绍了一种在线自动修磨装置,通过采集修磨压力值,以PI控制为设计思想,达到自动修磨的目的。
1 在线自动修磨装置的结构及工作原理
1.1 设备结构
在线自动修磨装置以西重所500T液压机为设计基础,在加厚机出口位置水平安装两支修磨臂,修磨臂前端为砂轮,修磨臂内部安装压力变送器,用于反馈当前修磨压力,修磨臂的进给量调节通过可行走电机减速机驱动。主体结构如图1:
1.2 工作原理
镦粗完成的钢管自动后退,当到达飞边毛刺出现的位置时(可通过设备上的伺服电机读取位移量),修磨臂开始前进,此时钢管低速后退,砂轮接触管坯表面开始修磨,通过压力变送器读取压力值到西门子S7-300模拟量模块,使用连续控制功能块FB41预先整定好的比例(P)、积分(I)参数,控制可调速行走电机进给量来维持稳定的修磨压力,钢管完全退出后(电子眼发讯),修磨臂退出。
2 修磨装置自动控制的实现
2.1 给定压力计算方法
如图2所示,砂轮修磨到加厚端时会遇到“斜坡”,导致压力增大,此时应及时微调修磨臂进给量。假设砂轮垂直修磨毛刺需要的压力为P才能完全去除毛刺,则加厚过渡段的压力Pj表达式为:
Pj=P·cos[arctan ]
2.2 修磨进给量的PI调节
对过渡段的修磨属于典型的负反馈闭环控制系统。其控制系统如图3所示:
Pj为给定修磨压力;
P(t)为来自压力变送器的压力反馈量;
e(t)为偏差,即e(t)=Pj-p(t);
u(t)为位移输出,其表达式为:
u(t) = Kp·e(t) +
2.3 HMI人机界面设计
在原有WINCC界面增加对压力值监控页面,可以观察压力变化趋势,并设置P参数、I参数的输入输出域,根据走势来整定PI参数。
2.4 PLC连续控制设计
调用西门子S7-300系列连续控制功能块FB41,填写对应管脚如图4。SP_INT管脚为给定压力,由HMI输入;PV_IN管脚为变送器采集的压力值;GAIN管脚为比例增益;TI为时间常数。
3 结束语
以500T液压加厚机为基础,在出口设计两个水平修磨臂,对镦粗完成的管端立即进行修磨处理,无需对飞边毛刺的定位,可以实现在线修磨的功能。同时,使用比例积分(PI)控制器,通过整定P、I的参数,可以自动调整进给量,达到恒压修磨的目的。该方法对于提升加厚线生产效率具有重大意义。
参考文献:
[1]孙小权,钱少明.基于PLC的PID控制器设计与实现.浙江:浙江工业大学,2008
[2]崔奋,张德松,王国正,张鹏举,刘延成,贾美玲.外加厚油管一次成型技术应用分析.西安:西安工业大学,2010
[3]SIMENS.Standard Software for S7-300 and S7-400 PID Control.C79000-G7076-C516-01
[4]满红,梁迎春,冀勇鋼,孙淑娟.自动控制原理.清华大学出版社,2011
作者姓名:陈瑞(1986.11-),男,陕西宝鸡人,最高学历:大学本科,目前职称:助理工程师,主要研究方向:电气工程及其自动化
关键词:在线去毛刺、PI控制器、连续控制;
前言
为满足油田的使用要求,制管行业通常对Φ60.3-Φ114.3规格的油井管管端进行镦粗加厚,目的是在不改变螺纹形状的前提下,提高连接强度。最常见的镦粗方法是外加厚,但由于模具的因素,合模线不可避免,导致镦粗后的钢管管端有两条飞边状毛刺。
目前,国内大部分制管企业采用钢管线下修磨的方法,需要人工寻找飞边毛刺,再进行修磨。这种方法极大降低了生产效率,不利于规模化高效生产。因此,突破管坯去毛刺的瓶颈,对于提升加厚线生产效率具有重要意义。
本文介绍了一种在线自动修磨装置,通过采集修磨压力值,以PI控制为设计思想,达到自动修磨的目的。
1 在线自动修磨装置的结构及工作原理
1.1 设备结构
在线自动修磨装置以西重所500T液压机为设计基础,在加厚机出口位置水平安装两支修磨臂,修磨臂前端为砂轮,修磨臂内部安装压力变送器,用于反馈当前修磨压力,修磨臂的进给量调节通过可行走电机减速机驱动。主体结构如图1:
1.2 工作原理
镦粗完成的钢管自动后退,当到达飞边毛刺出现的位置时(可通过设备上的伺服电机读取位移量),修磨臂开始前进,此时钢管低速后退,砂轮接触管坯表面开始修磨,通过压力变送器读取压力值到西门子S7-300模拟量模块,使用连续控制功能块FB41预先整定好的比例(P)、积分(I)参数,控制可调速行走电机进给量来维持稳定的修磨压力,钢管完全退出后(电子眼发讯),修磨臂退出。
2 修磨装置自动控制的实现
2.1 给定压力计算方法
如图2所示,砂轮修磨到加厚端时会遇到“斜坡”,导致压力增大,此时应及时微调修磨臂进给量。假设砂轮垂直修磨毛刺需要的压力为P才能完全去除毛刺,则加厚过渡段的压力Pj表达式为:
Pj=P·cos[arctan ]
2.2 修磨进给量的PI调节
对过渡段的修磨属于典型的负反馈闭环控制系统。其控制系统如图3所示:
Pj为给定修磨压力;
P(t)为来自压力变送器的压力反馈量;
e(t)为偏差,即e(t)=Pj-p(t);
u(t)为位移输出,其表达式为:
u(t) = Kp·e(t) +
2.3 HMI人机界面设计
在原有WINCC界面增加对压力值监控页面,可以观察压力变化趋势,并设置P参数、I参数的输入输出域,根据走势来整定PI参数。
2.4 PLC连续控制设计
调用西门子S7-300系列连续控制功能块FB41,填写对应管脚如图4。SP_INT管脚为给定压力,由HMI输入;PV_IN管脚为变送器采集的压力值;GAIN管脚为比例增益;TI为时间常数。
3 结束语
以500T液压加厚机为基础,在出口设计两个水平修磨臂,对镦粗完成的管端立即进行修磨处理,无需对飞边毛刺的定位,可以实现在线修磨的功能。同时,使用比例积分(PI)控制器,通过整定P、I的参数,可以自动调整进给量,达到恒压修磨的目的。该方法对于提升加厚线生产效率具有重大意义。
参考文献:
[1]孙小权,钱少明.基于PLC的PID控制器设计与实现.浙江:浙江工业大学,2008
[2]崔奋,张德松,王国正,张鹏举,刘延成,贾美玲.外加厚油管一次成型技术应用分析.西安:西安工业大学,2010
[3]SIMENS.Standard Software for S7-300 and S7-400 PID Control.C79000-G7076-C516-01
[4]满红,梁迎春,冀勇鋼,孙淑娟.自动控制原理.清华大学出版社,2011
作者姓名:陈瑞(1986.11-),男,陕西宝鸡人,最高学历:大学本科,目前职称:助理工程师,主要研究方向:电气工程及其自动化