自动铝带绕片机控制系统的开发与研究

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1、GAOJIAOLUNTAN高教论坛自动铝带绕片机控制系统的开发与研究宋国岩隋秀凛摘要：本文结合在自动铝带绕片机控制上所涉及的问题，采用西门子S7－200PLC和变频调速技术实现了对液压系统、电控系统的可靠控制和翅片管螺距的无级调整，并在控制系统中引入PID控制技术。介绍了该控制系统的硬件组成、工作原理、运行方式和软件设计方法。关键词：铝带绕片机；可编程控制器；变频调速；PID-31-GAOJIAOLUNTAN高教论坛1.引言作者简介：宋国岩（1964-）教授；1987年毕业于阜新矿业学院机械制造工艺设备专业；现从事教学及实验工作；先后在国家级、省部级刊物发表论文多篇。*课题立

2、项：本文为内蒙古自治区高等学校科学研究项目《数控铝带绕片机的研究与开发》阶段性成果；课题批准号：NJ06025；课题负责人：宋国岩。翅片管是一种新型高效节能的热交换元件，是空气冷却器上的最基本、最重要的元件，在空调、制冷业上取得了广泛的应用。它利用绕片头的压力将成盘的铝带以一定的速度连续不断的在钢管外侧缠绕成螺旋状的散热片，使钢管的散热面积大大增加，成倍的提高散热效率。国外绕片机设备已经由电器自动控制发展到微机控制，有些还具备关键部位的状态监视和故障诊断功能。现正向高速绕片方向发展，以西德、意大利技术及产品居世界先进水平。目前国内的绕片机大多使用传统的继电器，接触器控制，翅片

3、管螺距通过齿轮组调节，螺距受齿轮比的限制，螺距数是有限的，因此不能完成不同管径、不同螺距的无级调整，并且存在效率低下、绕制质量差等缺点，属于半手工半机械的操作方式。为了更好的满足客户要求，就必须设计新的铝带绕片机来提高工效，保证产品质量，为此我们开发了这种新型自动铝带绕片机。本文主要介绍其自动控制系统部分。自动铝带绕片机主要由上料装置，自动传送装置，自动加工装置和自动下料装置组成,系统的整体结构如图1。其中上料装置由两个液压缸的同步回路驱动摆动液压缸实现，自动传送装置通过液压缸组与支撑机构的紧密结合来实现复杂的机械运动，自动加工装置和下料装置借助于电机拖动来实现，电机的转速由

4、变频器控制，通过对电机转速的调节，实现螺距的无级调整。控制柜电控系统液压系统纵向电机绕片电机下料电机变频器1进给装置下料装置机头加工装置油泵变频器上料缸组支撑缸组上料装置传送装置图1系统的整体结构框图-31-GAOJIAOLUNTAN高教论坛2.控制方案的选择由单片机与继电器等组成的控制系统寿命短、故障率高，而工业控制计算机等其它控制系统价格昂贵、对环境要求高，势必被一种能够把计算机的简单功能以及灵活、通用等优点集于一体的装置所替代。当前PLC已经成为电气控制系统中应用最为广泛的核心装置。它不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成各种顺序或定时的闭环控制功能，并且可靠性高、稳定性好

5、、抗干扰能力强，在恶劣环境下长时间、不间断的运行，并且编程简单、维护方便，并配有各类通信接口与模块处理，可方便于各级连接，是当今及今后工业控制的主要手段和重要的自动化控制设备。近年来，德国西门子(SIEMENS)公司的S7-200系列PLC由于其较高的性价比和卓越完善的功能在我国已广泛应用于各行各业的生产过程的自动控制中。为此本控制系统我们采用S7-200PLC作为控制中心。3.控制系统的实现在绕片过程中就必须保持管网中有一定的压力来完成各种动作，否则系统无法正常工作。利用PLC配合压力传感器，根据管网中的压力，通过变频器控制油泵电机的转速，使管道中的压力保持在合适的范围。利

6、用PLC控制变频器，由变频器控制纵向电机的转速及正反转，拖动溜板箱移动，实现绕片螺距的无级调整。3.1.工艺过程和控制系统的组成自动铝带绕片机的动作过程包括油泵启动、接料液压缸组升至接料位、上料液压缸上料、接料液压缸组升至加工位、尾座缸顶进、纵向电机正转向右拖动机头运动、开启绕片电机、机头依次通过液压缸组、尾座退回、下料电机启动下料、进入纵向电机反转向左拖动机头运动加工过程、程序结束。自动铝带绕片机控制系统由液压系统和电控系统组成，系统框图见图2。液压系统由油泵、卸荷阀、三位四通电磁换向阀、单向阀、油箱、油缸等组成。电控系统由西门子S7－200PLC和操作面板组成。程序操作的

7、速度选择开关（5档）、工作方式选择开关（分为步进、单周期、手动、连续操作四种）及信号显示灯等都集中在操作面板上。操作面板PLC变频器1(PID)变频器2液压装置油泵电机纵向电机机械传动部分图2控制系统框图3.1.1保持系统压力恒定原理自动铝带绕片机的全部动作由油缸和电机驱动，而油缸又由相应的电磁阀控制，当接料液压缸组升至加工位后由尾座缸顶进，然后绕片电机启动，在绕片过程中尾座顶尖的压力要保持恒定，系统压力参数由压力传感器反馈给变频器1进行PID调节，工作原理图如图3所示：实际压力变频器（PID）给定参数