基于PI控制自動(dòng)去毛刺裝置的設(shè)計(jì)

摘 要：本文介紹了一種基于PI控制的自動(dòng)修磨裝置，借助西門(mén)子S7 300系列可編程控制器連續(xù)控制功能塊，通過(guò)整定比例、積分參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)外加厚油管的飛邊毛刺自動(dòng)修磨。

關(guān)鍵詞：在線去毛刺、PI控制器、連續(xù)控制；

前言

為滿足油田的使用要求，制管行業(yè)通常對(duì)Φ60.3-Φ114.3規(guī)格的油井管管端進(jìn)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(qiáng)度。最常見(jiàn)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(dǎo)致鐓粗后的鋼管管端有兩條飛邊狀毛刺。

目前，國(guó)內(nèi)大部分制管企業(yè)采用鋼管線下修磨的方法，需要人工尋找飛邊毛刺，再進(jìn)行修磨。這種方法極大降低了生產(chǎn)效率，不利于規(guī)?；咝a(chǎn)。因此，突破管坯去毛刺的瓶頸，對(duì)于提升加厚線生產(chǎn)效率具有重要意義。

本文介紹了一種在線自動(dòng)修磨裝置，通過(guò)采集修磨壓力值，以PI控制為設(shè)計(jì)思想，達(dá)到自動(dòng)修磨的目的。

1 在線自動(dòng)修磨裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

在線自動(dòng)修磨裝置以西重所500T液壓機(jī)為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，在加厚機(jī)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(nèi)部安裝壓力變送器，用于反饋當(dāng)前修磨壓力，修磨臂的進(jìn)給量調(diào)節(jié)通過(guò)可行走電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)。主體結(jié)構(gòu)如圖1：

1.2 工作原理

鐓粗完成的鋼管自動(dòng)后退，當(dāng)?shù)竭_(dá)飛邊毛刺出現(xiàn)的位置時(shí)（可通過(guò)設(shè)備上的伺服電機(jī)讀取位移量），修磨臂開(kāi)始前進(jìn)，此時(shí)鋼管低速后退，砂輪接觸管坯表面開(kāi)始修磨，通過(guò)壓力變送器讀取壓力值到西門(mén)子S7-300模擬量模塊，使用連續(xù)控制功能塊FB41預(yù)先整定好的比例（P）、積分（I）參數(shù)，控制可調(diào)速行走電機(jī)進(jìn)給量來(lái)維持穩(wěn)定的修磨壓力，鋼管完全退出后（電子眼發(fā)訊），修磨臂退出。

2 修磨裝置自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)

2.1 給定壓力計(jì)算方法

如圖2所示，砂輪修磨到加厚端時(shí)會(huì)遇到“斜坡”，導(dǎo)致壓力增大，此時(shí)應(yīng)及時(shí)微調(diào)修磨臂進(jìn)給量。假設(shè)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(guò)渡段的壓力Pj表達(dá)式為：

Pj=P·cos[arctan ]

2.2 修磨進(jìn)給量的PI調(diào)節(jié)

對(duì)過(guò)渡段的修磨屬于典型的負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。其控制系統(tǒng)如圖3所示：

Pj為給定修磨壓力；

P（t）為來(lái)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(dá)式為：

u（t） = Kp·e（t） +

2.3 HMI人機(jī)界面設(shè)計(jì)

在原有WINCC界面增加對(duì)壓力值監(jiān)控頁(yè)面，可以觀察壓力變化趨勢(shì)，并設(shè)置P參數(shù)、I參數(shù)的輸入輸出域，根據(jù)走勢(shì)來(lái)整定PI參數(shù)。

2.4 PLC連續(xù)控制設(shè)計(jì)

調(diào)用西門(mén)子S7-300系列連續(xù)控制功能塊FB41，填寫(xiě)對(duì)應(yīng)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(shí)間常數(shù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

以500T液壓加厚機(jī)為基礎(chǔ)，在出口設(shè)計(jì)兩個(gè)水平修磨臂，對(duì)鐓粗完成的管端立即進(jìn)行修磨處理，無(wú)需對(duì)飛邊毛刺的定位，可以實(shí)現(xiàn)在線修磨的功能。同時(shí)，使用比例積分（PI）控制器，通過(guò)整定P、I的參數(shù)，可以自動(dòng)調(diào)整進(jìn)給量，達(dá)到恒壓修磨的目的。該方法對(duì)于提升加厚線生產(chǎn)效率具有重大意義。

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作者姓名：陳瑞（1986.11-），男，陜西寶雞人，最高學(xué)歷：大學(xué)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(dòng)化