刮管機電氣系統(tǒng)的設計制作

李偉 王侶波 李軍

摘 要：為了提高管材軋制的成品率，我公司在管材軋制之前，對管坯外表面進行刮修，目前，管坯外表面刮修均采用人工刮修，該刮修方式不僅效率低，而且刮削后（尤其是大尺寸管坯刮削后）表面質(zhì)量參差不齊，勞動強度大。

關鍵詞：PLC；伺服；變頻器

中圖分類號：TG333 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）25-0102-02

Abstract： In order to improve the finished product rate of tube rolling， our company scraped and repaired the outer surface of the tube billet before rolling. At present， the outer surface of the tube blank is repaired by manual scraping， which not only has low efficiency， but also can be used to repair the outer surface of the tube billet by manual scraping. And after scraping （especially the large-size tube blank after being scraped） the surface quality is uneven， and the labor intensity is strong.

Keywords： PLC； servo； inverter

某金屬加工廠主要生產(chǎn)鈦及鈦合金管材，其生產(chǎn)的產(chǎn)品廣泛應用于航空、航天、醫(yī)藥等行業(yè)。近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的不斷進步，國家對管材質(zhì)量的要求越來越高。自主研發(fā)了刮管機來減少人工勞動強度，改善工作環(huán)境，提高刮管效率以及改善刮削后管坯表面質(zhì)量，進而提高管材軋制的成品率。該刮管機的研制填補了該領域的空白，實現(xiàn)從零到有的突破。

1 刮管機的運行過程

刮管機主要由控制臺、床身、轉角電機、移動電機、移動小車和電氣控制系統(tǒng)組成。

通過變頻器控制移動電機來拖動動刀架移動小車在軌道上做左右來回運動，當移動小車碰到限位開關B時，移動電機停止運動，延時2秒鐘，伺服電機帶動鈦管旋轉一個設定的角度，角度旋轉完后，延時1秒鐘，移動電機反向運行。當反向運動到限位開關C時，移動電機停止，延時3秒后再正向運行。如此反復。（小車一個來回約10秒）。伺服電機每次的旋轉時間不得大于1.5秒，旋轉角度設定采用數(shù)字撥碼開關，檔位從3度-20度可隨意設定。1度為一個設定單位。以上角度指的是伺服電機的減速軸輸出的角度。減速軸的輸出的力矩不低于100N·m。當限位開關B或C損壞后，移動小車碰到A或D后，設備繼續(xù)動作同“1”，但需同時發(fā)出聲光報警，并表示出是哪個開關損壞。設備仍能繼續(xù)正常工作。設一回零按鈕，當設備故障及突然停電、每次設備啟動都用回零按鈕回到限位開關A處。然后按啟動按鈕啟動設備工作（只有移動小車在A或B處，才可以啟動設備正常工作）。急停按下時不受此限制，隨時停機。在控制柜上設置自動/手動轉換開關。手動設移動電機正反轉點動按鈕，伺服電機慢速點動按鈕。用于設備檢修及調(diào)整。當選擇自動時，只有按啟動按鈕設備才可以正常運行。

2 采用電氣控制系統(tǒng)的硬件組成

電氣系統(tǒng)應用西門子S7-200，產(chǎn)生高速脈沖功能，用來驅(qū)動伺服電機，通過PLC內(nèi)部編程，采用外部脈沖設定開關任意組合，實現(xiàn)所刮管材任意轉角功能。

伺服電機作為一種常用的電氣執(zhí)行元件，廣泛應用于自動化控制領域。伺服電機的運轉需要配備一個專門的驅(qū)動電源，驅(qū)動電源的輸出受外部的脈沖信號和方向信號控制。每一個脈沖信號可使步進電機旋轉一個固定的角度。脈沖的數(shù)量決定了旋轉的總角度，脈沖的頻率決定了旋轉的速度。就一個傳動速比確定的具體設備而言，無需距離、速度信號反饋環(huán)，只需控制脈沖的數(shù)量和頻率即可控制設備移動部件的移動距離和速度。因此，對于那些控制精度要求較低的應用場合，用開環(huán)方式控制是一種較為簡單而又經(jīng)濟的電氣控制技術方案。

刀架的來回運動及刀頭的下刀、抬刀與伺服的轉角有嚴格的匹配，從而實現(xiàn)了抬刀、轉角、下刀、刀頭運動各動作之間協(xié)調(diào)準確配合，并且采用軟件編程實現(xiàn)動作節(jié)奏的靈活變換和機械安裝及磨損修正。

3 電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

在控制柜面板上設定轉角角度，通過PLC的運算產(chǎn)生脈沖信號，控制伺服電機的驅(qū)動電源，達到對角度控制的目的，見圖2。控制柜面板上的角度開關控制伺服電機旋轉角度，啟/停按鈕控制電機的啟動與停止，手動、自動開關按鈕控制刮管機的運行方式。

在實際系統(tǒng)中，角度往往需要分成幾擋，故角度開關可選用波段開關，通過對波段開關的不同跳線進行編碼，可減少操作面板與PLC的連線數(shù)量，同時也減少了PLC的輸入點數(shù)，節(jié)省了成本。

伺服電機內(nèi)部的轉子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉子在此磁場的作用下轉動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給伺服驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較，調(diào)整轉子轉動的角度。

4 PLC控制系統(tǒng)設計圖（見圖3）

5 結束語

此刮管機經(jīng)過實踐運行，提高刮管效率300%-500%，降低了刮管費用，使管材的交工日期有了硬件上的保證，提高了管材軋制成品率，提升了項目組成員業(yè)務技能水平，實現(xiàn)了該領域從零到有的新突破，降低人工勞動強度，改善工作環(huán)境。

參考文獻：

[1]滿永奎，韓安榮，吳成東.通用變頻器及其應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，1995.

[2]胡志強.變頻器的應用與發(fā)展[J].通用機械，2005.

[3]原魁，劉偉強.變頻器原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1997.