基于PI控制自動去毛刺裝置的設計

摘 要：本文介紹了一種基于PI控制的自動修磨裝置，借助西門子S7 300系列可編程控制器連續控制功能塊，通過整定比例、積分參數來實現對外加厚油管的飛邊毛刺自動修磨。

關鍵詞：在線去毛刺、PI控制器、連續控制；

前言

為滿足油田的使用要求，制管行業通常對Φ60.3-Φ114.3規格的油井管管端進行鐓粗加厚，目的是在不改變螺紋形狀的前提下，提高連接強度。最常見的鐓粗方法是外加厚，但由于模具的因素，合模線不可避免，導致鐓粗后的鋼管管端有兩條飛邊狀毛刺。

目前，國內大部分制管企業采用鋼管線下修磨的方法，需要人工尋找飛邊毛刺，再進行修磨。這種方法極大降低了生產效率，不利于規模化高效生產。因此，突破管坯去毛刺的瓶頸，對于提升加厚線生產效率具有重要意義。

本文介紹了一種在線自動修磨裝置，通過采集修磨壓力值，以PI控制為設計思想，達到自動修磨的目的。

1 在線自動修磨裝置的結構及工作原理

1.1 設備結構

在線自動修磨裝置以西重所500T液壓機為設計基礎，在加厚機出口位置水平安裝兩支修磨臂，修磨臂前端為砂輪，修磨臂內部安裝壓力變送器，用于反饋當前修磨壓力，修磨臂的進給量調節通過可行走電機減速機驅動。主體結構如圖1：

1.2 工作原理

鐓粗完成的鋼管自動后退，當到達飛邊毛刺出現的位置時（可通過設備上的伺服電機讀取位移量），修磨臂開始前進，此時鋼管低速后退，砂輪接觸管坯表面開始修磨，通過壓力變送器讀取壓力值到西門子S7-300模擬量模塊，使用連續控制功能塊FB41預先整定好的比例（P）、積分（I）參數，控制可調速行走電機進給量來維持穩定的修磨壓力，鋼管完全退出后（電子眼發訊），修磨臂退出。

2 修磨裝置自動控制的實現

2.1 給定壓力計算方法

如圖2所示，砂輪修磨到加厚端時會遇到“斜坡”，導致壓力增大，此時應及時微調修磨臂進給量。假設砂輪垂直修磨毛刺需要的壓力為P才能完全去除毛刺，則加厚過渡段的壓力Pj表達式為：

Pj=P·cos[arctan ]

2.2 修磨進給量的PI調節

對過渡段的修磨屬于典型的負反饋閉環控制系統。其控制系統如圖3所示：

Pj為給定修磨壓力；

P（t）為來自壓力變送器的壓力反饋量；

e（t）為偏差，即e（t）=Pj-p（t）；

u（t）為位移輸出，其表達式為：

u（t） = Kp·e（t） +

2.3 HMI人機界面設計

在原有WINCC界面增加對壓力值監控頁面，可以觀察壓力變化趨勢，并設置P參數、I參數的輸入輸出域，根據走勢來整定PI參數。

2.4 PLC連續控制設計

調用西門子S7-300系列連續控制功能塊FB41，填寫對應管腳如圖4。SP_INT管腳為給定壓力，由HMI輸入；PV_IN管腳為變送器采集的壓力值；GAIN管腳為比例增益；TI為時間常數。

3 結束語

以500T液壓加厚機為基礎，在出口設計兩個水平修磨臂，對鐓粗完成的管端立即進行修磨處理，無需對飛邊毛刺的定位，可以實現在線修磨的功能。同時，使用比例積分（PI）控制器，通過整定P、I的參數，可以自動調整進給量，達到恒壓修磨的目的。該方法對于提升加厚線生產效率具有重大意義。

參考文獻：

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作者姓名：陳瑞（1986.11-），男，陜西寶雞人，最高學歷：大學本科，目前職稱：助理工程師，主要研究方向：電氣工程及其自動化