專利名稱：球墨鑄鐵管離心機的控制系統(tǒng)及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明屬于冶金工業(yè)生產(chǎn)的技術領域，涉及球墨鑄鐵管生產(chǎn)設備和工藝，更具體
地說，本發(fā)明涉及一種球墨鑄鐵管離心機的控制系統(tǒng)。另外，本發(fā)明還涉及該控制系統(tǒng)的控 制方法。
背景技術：
目前的球墨鑄鐵管生產(chǎn)設備由三大部分組成澆注系統(tǒng)、主機部分及拔管裝置。
球墨鑄鐵管生產(chǎn)工藝過程是鐵水注入扇形包后，主機走到對應位置準備澆注。啟 動翻包油缸開始翻包，剛開始翻轉(zhuǎn)時扇形包有一段空行程，當鐵水流出時要求扇形包勻速 翻轉(zhuǎn)。鐵水沿流槽流至主機內(nèi)，開始澆注承口 ，此時主機油缸伸長到最大位置，待承口澆滿 后，主機勻速下行，主機油缸勻速收回。
在此過程中，翻包油缸一直勻速翻轉(zhuǎn)至鐵水接近承口處時，翻包缸反向收縮，扇形
包回轉(zhuǎn)約2度，等待下一次澆注。鐵水澆至插口處時，主機油缸暫停，延時一段時間后繼續(xù)
下行，之后主機退出，拔管鉗準備拔管，主機油缸快速伸長將鑄管拔出，稱重開始。 在整工藝個過程中，翻包采用比例伺服系統(tǒng)來控制翻包速度及翻轉(zhuǎn)角度，主機走
行過程定位及速度依靠普通油缸伸縮。稱重信號在操作臺采用二次表顯示，操作工參考顯
示值與標準值差別，根據(jù)經(jīng)驗手動調(diào)節(jié)翻包翻轉(zhuǎn)速度及主機走速來平衡下根管重。 上述現(xiàn)有的控制方式均為人工操作。由于翻包及走行速度與定位的精確度在整個
生產(chǎn)過程中起著決定性作用，同時稱重系統(tǒng)也直接關系到后續(xù)產(chǎn)品的質(zhì)量問題，因此，僅以
上述方式及經(jīng)驗值來操作已不能滿足現(xiàn)有的工藝要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個問題是提供一種球墨鑄鐵管離心機的控制系統(tǒng)，其目的 是實現(xiàn)翻包與走行的數(shù)字閥速度和位置的精確自動控制。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為 本發(fā)明所提供的球墨鑄鐵管離心機的控制系統(tǒng)，所述球墨鑄鐵管離心機的執(zhí)行機 構包括數(shù)字閥，安裝在翻包及主機上，接管位置安裝稱重傳感器，所述的球墨鑄鐵管離心機 的控制系統(tǒng)設PLC，所述的數(shù)字閥的控制裝置為數(shù)字閥控制器，所述的數(shù)字閥控制器設有數(shù) 字伺服閥，該數(shù)字伺服閥由步進電機驅(qū)動；所述的數(shù)字閥控制器設有數(shù)字閥的運動速度及 位置的編碼器；所述的稱重傳感器、驅(qū)動數(shù)字伺服閥的步進電機以及數(shù)字閥上的編碼器分 別通過信號線路與所述的PLC連接。 為使本發(fā)明更加完善，還進一步提出了以下更為詳盡和具體的技術方案，以獲得 最佳的實用效果，更好地實現(xiàn)發(fā)明目的，并提高本發(fā)明的新穎性和創(chuàng)造性
所述的PLC中設有電源模塊、CPU模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、開關量 輸入模塊和開關量輸出模塊。 所述的PLC通過MPI現(xiàn)場總線與觸摸屏連接。
所述的稱重傳感器為4只，分別通過信號線傳送mV信號至稱重信號變送器，所述 的稱重信號變送器轉(zhuǎn)換輸出4 20mA電流信號，通過信號線傳送至PLC的模擬量輸入模 塊。 所述的稱重信號變送器輸出稱重信號與標準管重進行比較，將差值信號輸送給所 述的PLC,經(jīng)PLC運算后以兩組4 20mA電流形式輸出至所述的數(shù)字閥控制器。
本發(fā)明要解決的第二個問題是提供以上所述的球墨鑄鐵管離心機的控制系統(tǒng)所 采用的控制方法，該方法的技術方案是 所述的稱重傳感器同時匹稱重信號變送器，將稱重結果以電流形式送至PLC7，為 翻包及主機的速度與定位提供參考數(shù)據(jù)；
利用觸摸屏選擇管型； 管型選擇完畢后，輸入同等規(guī)格管型的澆注數(shù)量，點擊"確認"鍵，實現(xiàn)自動運行；
CPU內(nèi)部存儲全自動程序，為節(jié)約讀取時間提高控制精度，程序執(zhí)行過程如下
每種管型選取后，通過比較指令選取對應管型子程序，確認后調(diào)用此程序；
—種規(guī)格管型多只生產(chǎn)時，將接管到位信號作為重新調(diào)用程序的指令信號，同時 提供計數(shù)指令； 每接一只管調(diào)用一次子程序，采用加指令完成一次加1計數(shù)； 最終當計數(shù)值與設定值相同，即同等規(guī)格澆注數(shù)量完成后停止生產(chǎn)計數(shù)，同時提 供預警信號提醒操作人員； 在觸摸屏上完成在子程序中將各種參數(shù)設定值，均轉(zhuǎn)換為浮點數(shù)； 稱重信號進入PLC后也轉(zhuǎn)換為浮點數(shù)；經(jīng)過與標準管重比較做差后進行兩組PID
運算； 將兩組運算結果分別提供給翻包及數(shù)字閥設定值進行累加； 累加結果根據(jù)PLC硬件要求轉(zhuǎn)換為模擬量輸出4 20mA信號匹配數(shù)據(jù)，將電流信 號傳送至數(shù)字閥控制器； 同時，每次稱重信號待累加完畢后，信號自動清零，以便下組數(shù)據(jù)的填充。
本發(fā)明采用上述技術方案，所述的數(shù)字式離心機控制系統(tǒng)將原來復雜的速度控制 和位置控制變成了簡單的數(shù)字脈沖開環(huán)控制，因而大大提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性，并 且由于沒有復雜的閉環(huán)反饋裝置，也大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，特別適宜離心機操作 環(huán)境與現(xiàn)有的維護水平，從而大大提高了設備的可靠性，并且基本上可以做到零調(diào)試和零 維護，可以保證設備長期穩(wěn)定地工作。


下面對本說明書各幅附圖所表達的內(nèi)容及圖中的標記作簡要說明
圖1為本發(fā)明中的球墨鑄鐵管離心機結構示意圖；
圖2為圖1所示結構的俯視示意圖；
圖3為本發(fā)明中的控制系統(tǒng)示意圖。
圖中標記為 1、數(shù)字閥，2、翻包，3、主機，4、接管位置，5、稱重傳感器，6、稱重信號變送器，7、 PLC，8、觸摸屏，9、數(shù)字閥控制器，10、編碼器，11、信號線(傳感器到變送器)，12、信號線(變送器到PLC) ， 13、 MPI現(xiàn)場總線，14、信號線(PLC到數(shù)字閥控制器)，15、信號線(現(xiàn)場編碼 器到數(shù)字閥控制器)。
具體實施例方式
下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本發(fā)明的具體實施方式
如所涉及的各構 件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關系、各部分的作用及工作原理、制造工藝 及操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領域的技術人員對本發(fā)明的發(fā)明構思、 技術方案有更完整、準確和深入的理解。 如圖1、圖2和圖3所表達的本發(fā)明的結構，為一種球墨鑄鐵管離心機及其控制系 統(tǒng)，本發(fā)明所提供的這種數(shù)字離心機控制系統(tǒng)包括指令與檢測系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、執(zhí)行 機構三部分。所述指令與檢測系統(tǒng)包括稱重系統(tǒng)與觸摸屏8。所述球墨鑄鐵管離心機的執(zhí) 行機構包括數(shù)字閥l，安裝在翻包2及主機3上，接管位置4安裝稱重傳感器5。所述的數(shù) 字閥1包括數(shù)字閥控制器及數(shù)字閥本體。 本發(fā)明所要解決的問題是提供一種高精度、全自動的離心機控制系統(tǒng)，其目的是 通過PLC為翻包2與走行的數(shù)字閥1提供準確的速度及定位值，同時通過檢測每根管重，自 動調(diào)節(jié)下根管生產(chǎn)過程中的油缸運行狀態(tài)，實現(xiàn)精確自動控制。
為此，本發(fā)明提供的技術措施是 如圖3所示，本發(fā)明所提供的球墨鑄鐵管離心機的控制系統(tǒng)設PLC7，所述的數(shù)字 閥1的控制裝置為數(shù)字閥控制器9，所述的數(shù)字閥控制器9設有數(shù)字伺服閥，該數(shù)字伺服閥 由步進電機驅(qū)動；所述的數(shù)字閥控制器9設有數(shù)字閥1的運動速度及位置的編碼器10 ;所 述的稱重傳感器5、驅(qū)動數(shù)字伺服閥的步進電機以及數(shù)字閥1上的編碼器10分別通過信號 線路與所述的PLC7連接。 所述過程控制系統(tǒng)為PLC7 ;指令與檢測系統(tǒng)具備設定基本參數(shù)、傳送現(xiàn)場一次信 號的功能；過程控制系統(tǒng)接收指令后經(jīng)內(nèi)部程序運算傳送給執(zhí)行機構。整個過程簡單易操 作，同時所有狀態(tài)值及檢測值均為一次信號，運算、運行過程中均不需人工干預。
如圖1所表達的本發(fā)明的結構是數(shù)字離心機全自動控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)所控制的 主要設備為離心機翻包2與主機3內(nèi)兩部數(shù)字閥1。圖2中接管位4處均布四臺稱重傳感 器5。圖3內(nèi)稱重信號變送器6、觸摸屏8及數(shù)字閥控制器9均安裝于操作臺位處?，F(xiàn)場安 裝編碼器10操作工只需每次在觸摸屏8內(nèi)設定管型數(shù)據(jù)及生產(chǎn)量點擊確認鍵便可執(zhí)行全 自動運行。 以上所述的數(shù)字閥l是一個高度集成的液壓元件，安裝于翻包2及主機3上。接管 位置4安裝稱重傳感器5，將傳感器電壓信號通過稱重信號變送器6轉(zhuǎn)換為標準4 20mA 電流信號送至PLC7。 PLC7接收的各指令信號由觸摸屏8統(tǒng)一給定。數(shù)字閥控制器9接收 由PLC7輸出4 20mA電流信號，轉(zhuǎn)換為高頻脈沖信號，數(shù)字閥1內(nèi)部步進電機接收脈沖信 號而轉(zhuǎn)動，該轉(zhuǎn)動帶動數(shù)字伺服閥并轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動；數(shù)字閥控制器9通過采集現(xiàn)場編碼 器10數(shù)值來實現(xiàn)速度及位置反饋，從而實現(xiàn)精確調(diào)速與定位，達到高精度控制要求。
本發(fā)明的控制系統(tǒng)的具體實施示例分別如下
—、PLC的構成 本發(fā)明所述的PLC7中設有電源模塊、CPU模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、開關量輸入模塊和開關量輸出模塊。
二、 PLC與數(shù)字閥控制器的連接 本發(fā)明所述的PLC7通過信號線14與數(shù)字閥控制器9連接。
三、PLC與觸摸屏的連接 本發(fā)明所述的PLC7通過MPI現(xiàn)場總線13與觸摸屏8連接。 所述觸摸屏8均采集PLC7內(nèi)部信號，根據(jù)各離心機管型對應輸入1、2、3、……，點 擊確認鍵。PLC7內(nèi)部調(diào)取對應管型程序，執(zhí)行全自動運行。
四、現(xiàn)場編碼器與數(shù)字閥控制器的連接 本發(fā)明所述的現(xiàn)場編碼器通過信號線15與數(shù)字閥控制器9連接。
五、稱重傳感器的信號傳輸 本發(fā)明所述的稱重傳感器5為4只，分別通過信號線11傳送mV信號至稱重信號變 送器6，所述的稱重信號變送器6轉(zhuǎn)換輸出4 20mA電流信號，通過信號線12傳送至PLC7 的模擬量輸入模塊。 接管位置4設置稱重傳感器4只，通過信號線11)送mV信號至稱重信號變送器6。 稱重信號變送器6轉(zhuǎn)換輸出4 20mA電流信號，通過信號線12傳送至PLC7的模擬量輸入 模塊。 六、稱重信號變送器的信號連接 本發(fā)明所述的稱重信號變送器6輸出稱重信號與標準管重進行比較，將差值信號 輸送給所述的PLC7，經(jīng)PLC7運算后以兩組4 20mA電流形式輸出至所述的數(shù)字閥控制器 9。 稱重信號變送器6輸出稱重信號與標準管重進行比較，將差值經(jīng)PLC7運算后以兩 組4 20mA電流形式輸出至翻包2與主機3走行的數(shù)字閥控制器(9)。
七、本發(fā)明提供的球墨鑄鐵管離心機的控制系統(tǒng)所采用的控制方法，該方法的技 術方案是 所述的稱重傳感器5同時匹稱重信號變送器6，將稱重結果以電流形式送至PLC7， 為翻包2及主機3的速度與定位提供參考數(shù)據(jù)；
利用觸摸屏8選擇管型； 管型選擇完畢后，輸入同等規(guī)格管型的澆注數(shù)量，點擊"確認"鍵，實現(xiàn)自動運行；
CPU7內(nèi)部存儲全自動程序，為節(jié)約讀取時間提高控制精度，程序執(zhí)行過程如下
每種管型選取后，通過比較指令選取對應管型子程序，確認后調(diào)用此程序；
—種規(guī)格管型多只生產(chǎn)時，將接管到位信號作為重新調(diào)用程序的指令信號，同時 提供計數(shù)指令； 每接一只管調(diào)用一次子程序，采用加指令完成一次加1計數(shù)； 最終當計數(shù)值與設定值相同，即同等規(guī)格澆注數(shù)量完成后停止生產(chǎn)計數(shù)，同時提 供預警信號提醒操作人員； 在觸摸屏8上完成在子程序中將各種參數(shù)設定值，均轉(zhuǎn)換為浮點數(shù)； 稱重信號進入PLC7后也轉(zhuǎn)換為浮點數(shù)；經(jīng)過與標準管重比較做差后進行兩組PID
運算； 將兩組運算結果分別提供給翻包2及數(shù)字閥1設定值進行累加；
6
累加結果根據(jù)PLC7硬件要求轉(zhuǎn)換為模擬量輸出4 20mA信號匹配數(shù)據(jù)，將電流 信號傳送至數(shù)字閥l控制設備； 同時，每次稱重信號待累加完畢后，信號自動清零，以便下組數(shù)據(jù)的填充。
在所述指令與檢測系統(tǒng)中，在接管位置4的四臺稱重傳感器5同時匹配稱重信號 變送器6，將稱重結果以電流形式送至PLC7，為下次翻包2及主機3的速度與定位提供參考 數(shù)據(jù)。觸摸屏8具備顯示及操作功能各設備運行狀態(tài)及實時數(shù)據(jù)均可在線顯示。同時，觸 摸屏8具備管型選擇功能，為方便操作，將各種管型對應為阿拉伯數(shù)字，如DN80對應數(shù)字1 、 DN100對應數(shù)字2、 DN125對應數(shù)字3，依次類推。管型選擇完畢后，輸入同等規(guī)格澆注數(shù)量 (默認值為1)點擊"確認"鍵實現(xiàn)自動運行，也可完成同種管型多枝生產(chǎn)的全自動過程。觸 摸屏8可根據(jù)工藝要求重新設定各管型的數(shù)字閥1速度、定位以及各種管重的標準值，設定 完畢后點擊"設定確認"鍵后執(zhí)行更新后標準。同時觸摸屏8具備自動/手動轉(zhuǎn)換功能。
所述的CPU7內(nèi)部存儲全自動程序，為節(jié)約讀取時間提高控制精度，程序編寫細則 如下 每種管型選取后通過比較(CMP)指令選取對應管型子程序，確認后調(diào)用此程序。
同種管型多枝生產(chǎn)時，將接管到位信號作為重新調(diào)用程序的指令信號，同時提供 計數(shù)指令。每接一枝管調(diào)用一次子程序，采用加(AND)指令完成一次加l計數(shù)。最終當計 數(shù)值與設定值(同等規(guī)格澆注數(shù)量)相同后停止生產(chǎn)。同時提供預警信號提醒操作人員。
為保證運算的精確性，在子程序中將各種參數(shù)設定值(觸摸屏8內(nèi)完成)，均轉(zhuǎn)換 為浮點數(shù)。稱重信號進入PLC7后也轉(zhuǎn)換為浮點數(shù)。經(jīng)與標準管重比較做差后進行兩組PID 運算。將兩組運算結果分別提供給翻包2及走行數(shù)字閥1設定值進行累加。累加結果根據(jù) PLC7硬件要求轉(zhuǎn)換為模擬量輸出4 20mA信號匹配數(shù)據(jù)，將電流信號傳送至數(shù)字閥l的控 制設備。同時每次稱重信號待累加完畢后，信號自動清零，以便下組數(shù)據(jù)的填充。
作為執(zhí)行機構，數(shù)字閥1的控制設備接收PLC7輸出4 20mA信號，并將電流信號 轉(zhuǎn)換為高頻脈沖信號送至油缸內(nèi)步進電機。由于所有元件均裝在油缸內(nèi)，當步進電機接收 一個脈沖信號，油缸就移動一個固定的行程(如O. lmm)，當需要油缸移動10mm時，則連續(xù)向 數(shù)字缸輸出100個脈沖，當需要1秒鐘移動10mm時，則輸出頻率為100/秒，若希望0. 1秒 走完10mm時，則輸出頻率取1000，以此類推。 上面結合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式 的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構思和技術方案進行的各種非實質(zhì)性的改進，或未經(jīng)改 進將本發(fā)明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
一種球墨鑄鐵管離心機的控制系統(tǒng)，所述球墨鑄鐵管離心機的執(zhí)行機構包括控制執(zhí)行油缸的數(shù)字閥(1)，安裝在翻包(2)及主機(3)上，接管位置(4)安裝稱重傳感器(5)，其特征在于所述的球墨鑄鐵管離心機的控制系統(tǒng)設PLC(7)，所述的數(shù)字閥(1)的控制裝置為數(shù)字閥控制器(9)，所述的數(shù)字閥控制器(9)設有數(shù)字伺服閥，該數(shù)字伺服閥由步進電機驅(qū)動；所述的數(shù)字閥控制器(9)設有數(shù)字閥(1)的運動速度及位置的編碼器(10)；所述的稱重傳感器(5)、驅(qū)動數(shù)字伺服閥的步進電機以及數(shù)字閥(1)上的編碼器(10)分別通過信號線路與所述的PLC(7)連接。
2. 按照權利要求1所述的球墨鑄鐵管離心機的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的PLC (7) 中設有電源模塊、CPU模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、開關量輸入模塊和開關量輸 出模塊。
3. 按照權利要求1所述的球墨鑄鐵管離心機的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的PLC (7) 通過MPI現(xiàn)場總線(13)與觸摸屏(8)連接。
4. 按照權利要求1所述的球墨鑄鐵管離心機的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的稱重傳 感器(5)為4只，分別通過信號線(11)傳送mV信號至稱重信號變送器(6)，所述的稱重信 號變送器(6)轉(zhuǎn)換輸出4 20mA電流信號，通過信號線(12)傳送至PLC(7)的模擬量輸入 模塊。
5. 按照權利要求1所述的球墨鑄鐵管離心機的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的稱重 信號變送器(6)輸出稱重信號與標準管重進行比較，將差值信號輸送給所述的PLC(7)，經(jīng) PLC(7)運算后以兩組4 20mA電流形式輸出至所述的數(shù)字閥控制器(9)。
6. 按照權利要求1 5中任一項所述的球墨鑄鐵管離心機的控制系統(tǒng)采用的控制方 法，其特征在于所述的稱重傳感器(5)同時匹稱重信號變送器(6)，將稱重結果以電流形式送至 PLC(7)，為翻包(2)及主機(3)的速度與定位提供參考數(shù)據(jù)； 利用觸摸屏(8)選擇管型；管型選擇完畢后，輸入同等規(guī)格管型的澆注數(shù)量，點擊"確認"鍵，實現(xiàn)自動運行； CPU(7)內(nèi)部存儲全自動程序，為節(jié)約讀取時間提高控制精度，程序執(zhí)行過程如下 每種管型選取后，通過比較指令選取對應管型子程序，確認后調(diào)用此程序； 一種規(guī)格管型多只生產(chǎn)時，將接管到位信號作為重新調(diào)用程序的指令信號，同時提供 計數(shù)指令；每接一只管調(diào)用一次子程序，采用加指令完成一次加1計數(shù)；最終當計數(shù)值與設定值相同，即同等規(guī)格澆注數(shù)量完成后停止生產(chǎn)計數(shù)，同時提供預 警信號提醒操作人員；在觸摸屏上完成在子程序中將各種參數(shù)設定值，均轉(zhuǎn)換為浮點數(shù)； 稱重信號進入PLC(7)后也轉(zhuǎn)換為浮點數(shù)；經(jīng)過與標準管重比較做差后進行兩組PID運算；將兩組運算結果分別提供給翻包(2)及數(shù)字閥(1)設定值進行累加； 累加結果根據(jù)PLC(7)硬件要求轉(zhuǎn)換為模擬量輸出4 20mA信號匹配數(shù)據(jù)，將電流信 號傳送至數(shù)字閥(1)控制設備；同時，每次稱重信號待累加完畢后，信號自動清零，以便下組數(shù)據(jù)的填充。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種球墨鑄鐵管離心機的控制系統(tǒng)，設PLC(7)，數(shù)字閥(1)的控制裝置為數(shù)字閥控制器(9)，所述的數(shù)字閥控制器(9)設有數(shù)字伺服閥，該數(shù)字伺服閥由步進電機驅(qū)動；所述的數(shù)字閥控制器(9)設有數(shù)字閥(1)的運動速度及位置的編碼器(10)；所述的稱重傳感器(5)、驅(qū)動數(shù)字伺服閥的步進電機以及數(shù)字閥(1)上的編碼器(10)分別通過信號線路與所述的PLC(7)連接。本發(fā)明還公開了該控制系統(tǒng)的控制方法。采用上述技術方案，提高了系統(tǒng)的安全性、可靠性和系統(tǒng)的抗干擾能力，特別適宜離心機操作環(huán)境與現(xiàn)有的維護水平，可以做到零調(diào)試和零維護，保證設備長期穩(wěn)定地工作。
文檔編號B22D13/12GK101700565SQ200910145040
公開日2010年5月5日 申請日期2009年9月21日 優(yōu)先權日2009年9月21日
發(fā)明者姜亮, 孫韶華, 王桂生, 王海良, 許國方, 趙華, 連獻功 申請人:蕪湖新興鑄管有限責任公司