基于PLC和比例調(diào)速閥的軋鋼機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：全自動軋鋼機(jī)傳送帶采用液壓馬達(dá)驅(qū)動，其轉(zhuǎn)速在工作中受液壓源和負(fù)載影響較大，為提高這種液壓馬達(dá)驅(qū)動傳送帶的速度控制精度，設(shè)計了基于PLC和比例調(diào)速閥的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，給出了硬件構(gòu)成，設(shè)計了旋轉(zhuǎn)編碼器采集轉(zhuǎn)速及顯示轉(zhuǎn)速的程序，設(shè)計了轉(zhuǎn)速自動控制程序，該系統(tǒng)有效的穩(wěn)定了軋鋼機(jī)傳送帶的轉(zhuǎn)速。

關(guān)鍵詞：PLC；比例調(diào)速閥；軋鋼機(jī)；轉(zhuǎn)速自動控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.042

1 前言

軋鋼機(jī)是一種進(jìn)行金屬軋制的機(jī)械設(shè)備，它采用軋輥將軋件拖入軋縫中，將軋件軋制成需要形狀，常見的板帶軋鋼機(jī)應(yīng)用廣泛。而板帶軋鋼機(jī)的傳送帶是軋鋼機(jī)重要部件，它需要的傳動力矩大，要求可以實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速可以進(jìn)行精確控制。而液壓馬達(dá)具有它所需要的特性，所以軋鋼機(jī)的傳送帶常采用液壓馬達(dá)來驅(qū)動。在實際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)一臺全自動的軋鋼機(jī)，其傳送帶采用液壓馬達(dá)驅(qū)動，由于沒有采用閉環(huán)控制，當(dāng)液壓馬達(dá)受到壓力源壓力變化、負(fù)載變化、壓力油溫度變化等因素的影響時，液壓馬達(dá)帶動的傳送帶經(jīng)常出現(xiàn)速度不穩(wěn)現(xiàn)象，影響了產(chǎn)品質(zhì)量。為解決液壓馬達(dá)驅(qū)動傳送帶的速度穩(wěn)定問題，我們設(shè)計一個基于PLC和比例調(diào)速閥的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，很好的解決了傳送帶運(yùn)動速度的穩(wěn)定問題。

2 轉(zhuǎn)速控制原理

通過觀察和研究，發(fā)現(xiàn)這臺設(shè)備的電氣控制采用三菱FX3U型PLC，我們依托這臺PLC，用它作為運(yùn)算控制單元。設(shè)備的傳送帶由液壓馬達(dá)驅(qū)動，傳送帶的轉(zhuǎn)速與液壓馬達(dá)同步，為了精確采集轉(zhuǎn)速信號，在設(shè)計時，把一個旋轉(zhuǎn)編碼器通過聯(lián)軸器和傳送帶的一個軸相連，旋轉(zhuǎn)編碼器采集到的脈沖信號就是液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速信號。再把這個脈沖信號通過三菱FX3U型PLC高速脈沖輸入口（X0和X1口）輸入到PLC內(nèi)，通過計算轉(zhuǎn)換成實際轉(zhuǎn)速顯示出來，我們用這個采集值和設(shè)定值在PLC內(nèi)進(jìn)行比較，如果采集值超出設(shè)定值一定范圍，顯示的轉(zhuǎn)速低于或高于PLC設(shè)定的轉(zhuǎn)速范圍，就把運(yùn)算后的偏差通過PLC模擬量模塊以0～10伏的電壓送給比例調(diào)速閥，最終通過調(diào)節(jié)比例調(diào)速閥的開度來控制液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，讓轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在一個需要的范圍以內(nèi)。

3 硬件選擇與構(gòu)成

本轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的主要硬件如表1所示。系統(tǒng)主要由液壓馬達(dá)、可編程控制器、模擬量輸出模塊、旋轉(zhuǎn)編碼器、比例調(diào)速閥和按鈕等組成。本系統(tǒng)的液壓馬達(dá)選用寧波北侖弗蘭特液壓公司的OMP50-121F0260，它能帶軋鋼機(jī)動傳送帶順利運(yùn)轉(zhuǎn)，可編程控制器選用三菱FX3U-48MR，它的I/O點(diǎn)數(shù)較多，主要考慮本軋鋼機(jī)其它部件需要用可編程控制器控制，轉(zhuǎn)速采集采用長春禹衡光學(xué)公司的A-CHA-102.4BM-G5-26F型編碼器，這種編碼器可以輸出兩組A/B脈沖，相位差90度，它每轉(zhuǎn)輸出1024個脈沖，通過這個脈沖可以測量轉(zhuǎn)速，同時還可以兩組脈沖來判斷轉(zhuǎn)向。與可編程控制器相連接的模擬量輸出模塊采用FX-2DA，它可以將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電流或電壓輸出，輸出的0～10V電壓剛好和比例調(diào)速閥的控制電壓匹配，可以隨意控制比例調(diào)速閥的開度。

4 轉(zhuǎn)速控制的軟件設(shè)計

4.1 轉(zhuǎn)速采集原理及程序設(shè)計

轉(zhuǎn)速采集主要通過旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的高速脈沖信號來實現(xiàn)，這個脈沖信號通過PLC的高速脈沖輸入口輸入PLC，我們這次用X0和X1輸入口，采用脈沖密度指令SPD指令進(jìn)行單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)采集，它的梯形圖指令格式是： SPD--S1--S2—D， 其中，S1是計數(shù)脈沖輸入口（X0～X5）， S2是測量計數(shù)脈沖規(guī)定的時間數(shù)據(jù)，單位是ms， D是S2時間里計數(shù)脈沖數(shù)的存儲地址，占用3點(diǎn)，具體就是在16位SPD指令在執(zhí)行時，會占用D、D+1、D+2三個寄存器。其中D用來存儲測量時間里所測得的脈沖個數(shù)，D+1用來存儲SPD執(zhí)行時測量脈沖個數(shù)的當(dāng)前值，D+2是測量時間剩余時間的存儲，是一個倒計時的時間值。如果是高速旋轉(zhuǎn)，可以采用32位的DSPD指令，它占用6個寄存器，D至D+6。然后，我們把SPD測得的脈沖密度通過運(yùn)算轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制的轉(zhuǎn)速值，顯示在PLC里，就可以直觀的看到液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速值。

轉(zhuǎn)速采集和轉(zhuǎn)速顯示梯形圖程序如下圖1，D10里顯示的就是實際轉(zhuǎn)速。

4.2 軋鋼機(jī)轉(zhuǎn)速自動控制原理及程序設(shè)計

軋鋼機(jī)轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)原理就是把測得的轉(zhuǎn)速值和給定值進(jìn)行比較，如果測得的轉(zhuǎn)速值小于給定值，就在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加一點(diǎn)電壓給比例調(diào)速閥，讓它把閥口開大一點(diǎn)，如果測得轉(zhuǎn)速值大于給定值，就把加給比例調(diào)速閥電壓減小一點(diǎn)，讓它把閥口開小一點(diǎn)，直到滿足給定要求為止。

如圖2所示，我們假設(shè)給定的轉(zhuǎn)速是50轉(zhuǎn)每分鐘，就用52轉(zhuǎn)和48轉(zhuǎn)作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的上下限值，通過比較指令和定時器送出減少或增加電壓的信號。例如，現(xiàn)在轉(zhuǎn)速是46轉(zhuǎn)每分鐘，這時程序就會每隔兩秒鐘增加一次輸出值，輸出值通過圖3的程序轉(zhuǎn)換為0～10V的模擬量，讓比例調(diào)速閥的閥口開大一點(diǎn)，液壓馬達(dá)就會旋轉(zhuǎn)快一點(diǎn)，直到轉(zhuǎn)速升到48轉(zhuǎn)每分鐘以上，程序停止增大輸出值，比例調(diào)速閥的閥口也穩(wěn)定在一定開度，液壓馬達(dá)穩(wěn)定在50轉(zhuǎn)左右。相反，如果現(xiàn)在的轉(zhuǎn)速是55轉(zhuǎn)每分鐘，這時程序就會每隔兩秒鐘減少一次輸出值，讓比例調(diào)速閥的閥口開小一點(diǎn)，液壓馬達(dá)就會旋轉(zhuǎn)慢一點(diǎn)，直到轉(zhuǎn)速下降到52轉(zhuǎn)每分鐘以內(nèi)，程序停止減小輸出值，比例調(diào)速閥的閥口也穩(wěn)定在一定開度，液壓馬達(dá)重新穩(wěn)定在50轉(zhuǎn)左右。這樣就達(dá)到了快速自動調(diào)節(jié)和穩(wěn)定軋鋼機(jī)傳送帶轉(zhuǎn)速的目的。

5 結(jié)束語

針對軋鋼機(jī)轉(zhuǎn)速控制的實際需求，設(shè)計以上基于PLC和比例調(diào)速閥的軋鋼機(jī)傳送帶控制系統(tǒng)，在實際的試驗中，不管是調(diào)高、調(diào)低液壓源的壓力或是增加傳送帶的負(fù)載，軋鋼機(jī)傳送帶均能很快的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，并且穩(wěn)定在給定值范圍內(nèi)，實現(xiàn)了穩(wěn)速和調(diào)速的功能，試驗驗證效果好。本系統(tǒng)在實際應(yīng)用中較好的解決了軋鋼機(jī)傳送帶轉(zhuǎn)速穩(wěn)定問題，這也為其它液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速自動穩(wěn)定系統(tǒng)提供了設(shè)計參考。

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作者簡介：官倫（1974-），男，本科，高級實習(xí)指導(dǎo)教師，高級技師，官倫電工首席技能大師工作室主持人，從事電氣自動化領(lǐng)域的研究。endprint