刮管机电气系统的设计制作

李伟 王侣波 李军

摘 要：为了提高管材轧制的成品率，我公司在管材轧制之前，对管坯外表面进行刮修，目前，管坯外表面刮修均采用人工刮修，该刮修方式不仅效率低，而且刮削后（尤其是大尺寸管坯刮削后）表面质量参差不齐，劳动强度大。

关键词：PLC；伺服；变频器

中图分类号：TG333 文献标志码：A 文章编号：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

某金属加工厂主要生产钛及钛合金管材，其生产的产品广泛应用于航空、航天、医药等行业。近年来，随着经济的发展和科技的不断进步，国家对管材质量的要求越来越高。自主研发了刮管机来减少人工劳动强度，改善工作环境，提高刮管效率以及改善刮削后管坯表面质量，进而提高管材轧制的成品率。该刮管机的研制填补了该领域的空白，实现从零到有的突破。

1 刮管机的运行过程

刮管机主要由控制台、床身、转角电机、移动电机、移动小车和电气控制系统组成。

通过变频器控制移动电机来拖动动刀架移动小车在轨道上做左右来回运动，当移动小车碰到限位开关B时，移动电机停止运动，延时2秒钟，伺服电机带动钛管旋转一个设定的角度，角度旋转完后，延时1秒钟，移动电机反向运行。当反向运动到限位开关C时，移动电机停止，延时3秒后再正向运行。如此反复。（小车一个来回约10秒）。伺服电机每次的旋转时间不得大于1.5秒，旋转角度设定采用数字拨码开关，档位从3度-20度可随意设定。1度为一个设定单位。以上角度指的是伺服电机的减速轴输出的角度。减速轴的输出的力矩不低于100N·m。当限位开关B或C损坏后，移动小车碰到A或D后，设备继续动作同“1”，但需同时发出声光报警，并表示出是哪个开关损坏。设备仍能继续正常工作。设一回零按钮，当设备故障及突然停电、每次设备启动都用回零按钮回到限位开关A处。然后按启动按钮启动设备工作（只有移动小车在A或B处，才可以启动设备正常工作）。急停按下时不受此限制，随时停机。在控制柜上设置自动/手动转换开关。手动设移动电机正反转点动按钮，伺服电机慢速点动按钮。用于设备检修及调整。当选择自动时，只有按启动按钮设备才可以正常运行。

2 采用电气控制系统的硬件组成

电气系统应用西门子S7-200，产生高速脉冲功能，用来驱动伺服电机，通过PLC内部编程，采用外部脉冲设定开关任意组合，实现所刮管材任意转角功能。

伺服电机作为一种常用的电气执行元件，广泛应用于自动化控制领域。伺服电机的运转需要配备一个专门的驱动电源，驱动电源的输出受外部的脉冲信号和方向信号控制。每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度。脉冲的数量决定了旋转的总角度，脉冲的频率决定了旋转的速度。就一个传动速比确定的具体设备而言，无需距离、速度信号反馈环，只需控制脉冲的数量和频率即可控制设备移动部件的移动距离和速度。因此，对于那些控制精度要求较低的应用场合，用开环方式控制是一种较为简单而又经济的电气控制技术方案。

刀架的来回运动及刀头的下刀、抬刀与伺服的转角有严格的匹配，从而实现了抬刀、转角、下刀、刀头运动各动作之间协调准确配合，并且采用软件编程实现动作节奏的灵活变换和机械安装及磨损修正。

3 电气控制系统实现的功能

在控制柜面板上设定转角角度，通过PLC的运算产生脉冲信号，控制伺服电机的驱动电源，达到对角度控制的目的，见图2。控制柜面板上的角度开关控制伺服电机旋转角度，启/停按钮控制电机的启动与停止，手动、自动开关按钮控制刮管机的运行方式。

在实际系统中，角度往往需要分成几挡，故角度开关可选用波段開关，通过对波段开关的不同跳线进行编码，可减少操作面板与PLC的连线数量，同时也减少了PLC的输入点数，节省了成本。

伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给伺服驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。

4 PLC控制系统设计图（见图3）

5 结束语

此刮管机经过实践运行，提高刮管效率300%-500%，降低了刮管费用，使管材的交工日期有了硬件上的保证，提高了管材轧制成品率，提升了项目组成员业务技能水平，实现了该领域从零到有的新突破，降低人工劳动强度，改善工作环境。

参考文献：

[1]满永奎，韩安荣，吴成东.通用变频器及其应用[M].北京：机械工业出版社，1995.

[2]胡志强.变频器的应用与发展[J].通用机械，2005.

[3]原魁，刘伟强.变频器原理[M].北京：冶金工业出版社，1997.