長材刨片機(jī)滑座行走控制系統(tǒng)

鄒美兵 王超 呂新海

摘要：針對(duì)現(xiàn)有長材刨片機(jī)滑座行走控制系統(tǒng)控制準(zhǔn)確度比較差，容易造成滑座前進(jìn)時(shí)出現(xiàn)過沖現(xiàn)象，影響了實(shí)際生產(chǎn)中刨花產(chǎn)量，也會(huì)導(dǎo)致刨花的質(zhì)量不好。為此設(shè)計(jì)一種優(yōu)化方案：利用多個(gè)傳感器組合采集運(yùn)行數(shù)據(jù)再經(jīng)控制系統(tǒng)處理對(duì)滑座行走進(jìn)行閉環(huán)控制。通過驗(yàn)證，該設(shè)計(jì)達(dá)到提升刨片機(jī)滑座行走穩(wěn)定性并提高刨花形態(tài)和產(chǎn)量的目的。

Abstract： In view of the poor control accuracy of carriage travel control system of? type long wood flaker，It is easy to cause overshoot when the carriage moves forward，The yield of wood shavings in practical production is affected，It can also lead to poor quality of wood shavings.Therefore an optimization scheme is designed：Multiple sensors are used to collect the operation data，and then the closed-loop control of the carriage travel is carried out through the processing of the control system.Pass the verification，the design can improve the walking stability of the carriage of the flaker and improve the shape and yield of the wood shavings.

關(guān)鍵詞：長材刨片機(jī);油缸內(nèi)置式位移傳感器;比例閥控制器;PLC控制器

Key words： long wood flaker;internal displacement sensor of oil cylinder;proportional valve controller;PLC controller

中圖分類號(hào)：F407.67? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）11-0216-02

0? 引言

①背景和目的。本設(shè)計(jì)基于OSB刨花板生產(chǎn)線中刨花制備工段的長材刨片機(jī)滑座行走控制。之前的刨片機(jī)滑座行走控制采用激光位移傳感器采集數(shù)據(jù)，運(yùn)用西門子PLC對(duì)滑座的行走進(jìn)行開環(huán)控制，這種方式下滑座的行走位移控制的準(zhǔn)確度不高，容易造成滑座前進(jìn)時(shí)出現(xiàn)過沖現(xiàn)象，嚴(yán)重可能導(dǎo)致滑座沖出行程范圍造成刀環(huán)損壞;滑座行走時(shí)比例閥控制不穩(wěn)定調(diào)整時(shí)間長，導(dǎo)致滑座行程的行走時(shí)間長，影響了長材刨片機(jī)的產(chǎn)量;比例閥的響應(yīng)速度不受控，影響刨花的質(zhì)量，容易造成刨花的厚、薄形態(tài)不穩(wěn)定;嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致刨片機(jī)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流波動(dòng)大，滑座的振動(dòng)值高等影響。為解決這一問題，提出一種新的解決方案。

②論文的構(gòu)成和主要內(nèi)容。本論文主要由以下三部分組成：一是液壓油缸及內(nèi)置式位移傳感器;二是專用比例閥控制器;三是西門子PLC控制系統(tǒng)。

1? 液壓油缸及內(nèi)置式位移傳感器

1.1 液壓油缸及位移傳感器改造之前的結(jié)構(gòu)

改造之前采用液壓油缸及位移傳感器分體式結(jié)構(gòu)，滑座行走由液壓油缸驅(qū)動(dòng)，滑座位移檢測采用獨(dú)立安裝在油缸外部的激光位移傳感器，激光位移傳感器在檢測滑座位置時(shí)容易受到外部灰塵及設(shè)備振動(dòng)等因素影響，滑座位置檢測誤差比較大，可能導(dǎo)致滑座未行走到位就自動(dòng)返回或行走超出行程觸碰到行程極限開關(guān)等錯(cuò)誤，滑座未行走到位就返回會(huì)在切削室留下殘余木材，影響下一次進(jìn)料，滑座行走超出行程觸碰到行程極限開關(guān)會(huì)導(dǎo)致滑座行走驅(qū)動(dòng)油泵及刨片機(jī)主驅(qū)動(dòng)高壓電機(jī)停機(jī)，再次恢復(fù)正常生產(chǎn)需要耗費(fèi)大量時(shí)間。

1.2 液壓油缸改造調(diào)整方案

改造之后，加大了液壓油缸的直徑，提高滑座行走的速度;在液壓油缸的前進(jìn)及后退腔的管道上各增加了一個(gè)壓力傳感器，壓力傳感器采用的是兩線制電流信號(hào)，此信號(hào)直接接入到西門子PLC系統(tǒng)，經(jīng)PLC處理可顯示滑座前進(jìn)及后退時(shí)油缸內(nèi)的壓力。

1.3 位移傳感器改造調(diào)整方案

改造之后，在液壓油缸內(nèi)安裝了內(nèi)置式位移傳感器，位移傳感器測量桿整個(gè)安裝于液壓油缸的活塞桿中空的內(nèi)腔里，在活塞桿外的端部，套著一個(gè)與活塞桿同步移動(dòng)的永磁性的磁環(huán)，油缸活塞移動(dòng)該磁環(huán)也隨之一起移動(dòng)，傳感器的檢測部件即刻將活塞桿當(dāng)時(shí)的位置信號(hào)測量數(shù)據(jù)計(jì)算出來，位移傳感器直接安裝液壓油缸內(nèi)部，消除外部灰塵及設(shè)備振動(dòng)對(duì)滑座位置檢測產(chǎn)生的影響，新的位移傳感器采集的位置信號(hào)為SSI信號(hào)，此信號(hào)直接可以接入到專用的比例閥控制器。

2? 比例閥專用控制器

2.1 比例閥控制系統(tǒng)改造前結(jié)構(gòu)

改造之前驅(qū)動(dòng)滑座行走的比例閥采用PLC系統(tǒng)開環(huán)控制，控制的效果不佳，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①滑座行走時(shí)比例閥開度設(shè)定值固定，當(dāng)滑座前進(jìn)遇到阻力不同時(shí)，滑座前進(jìn)的速度將會(huì)不同，從而導(dǎo)致切削出的刨花厚薄不一，影響刨花的質(zhì)量;②采用PLC系統(tǒng)開環(huán)控制比例閥時(shí)，在滑座行走時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的加減速現(xiàn)象，滑座行走不平穩(wěn)會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生沖擊，可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成一定損傷。

2.2 比例閥控制系統(tǒng)改造調(diào)整方案

改造之后采用專用的比例閥控制器控制比例閥，比例閥控制器采用ATOS品牌Z-BM-KZ-EI系列控制器，控制器采集內(nèi)置位移傳感器的信號(hào)，轉(zhuǎn)換成滑座的實(shí)際位置值，并將數(shù)據(jù)傳送給PLC系統(tǒng);PLC系統(tǒng)將滑座行走的指令發(fā)送給比例閥控制器，比例閥控制器將經(jīng)過控制器自身PID優(yōu)化后的指令發(fā)送到比例閥，控制比例閥高速平穩(wěn)精準(zhǔn)的運(yùn)行。

3? 西門子PLC控制系統(tǒng)

工作過程中通過壓力傳感器和位移傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測長材刨片機(jī)滑座前進(jìn)、后退腔壓力值與滑座油缸實(shí)際位置值，然后將采集到的壓力信號(hào)直接傳輸給PLC控制系統(tǒng)，將采集到的位移信號(hào)傳輸給比例閥控制器，比例閥控制器采集數(shù)據(jù)通過通訊方式輸送給PLC控制系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行需求以通訊的方式向比例閥控制器發(fā)出動(dòng)作指令，動(dòng)作指令包括位移目標(biāo)值指令，移動(dòng)位移目標(biāo)值的速度指令，位移控制器接收到PLC的指令之后，經(jīng)過處理運(yùn)算后給比例閥發(fā)出相應(yīng)的控制指令，使油缸以PLC發(fā)出的速度指令快速平穩(wěn)的向位移目標(biāo)值靠攏，待指油缸運(yùn)行到指定位置后，控制器會(huì)反饋一個(gè)到動(dòng)作完成信號(hào)給PLC系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)接收到信號(hào)后進(jìn)行檢測判斷并根據(jù)實(shí)際情況發(fā)出后續(xù)的指令，當(dāng)滑座行走控制系統(tǒng)設(shè)定為自動(dòng)模式時(shí)，滿足條件后滑座將會(huì)自動(dòng)行走進(jìn)行木材的切削過程，實(shí)現(xiàn)木材切削自動(dòng)化，無需人工干預(yù)，提高設(shè)備工作效率，另外PLC系統(tǒng)還可以將對(duì)收集到的信號(hào)進(jìn)行處理，運(yùn)輸并存儲(chǔ)，以便后期隨時(shí)調(diào)取相關(guān)運(yùn)行參數(shù)。（圖1）

4? 具體實(shí)施方式及結(jié)果

4.1 實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，詳細(xì)說明滑座行走控制系統(tǒng)。

如圖2所示，本控制系統(tǒng)，包括滑座油缸、安裝在滑座油缸上的位于油缸前進(jìn)腔一側(cè)的用于檢測滑座油缸前進(jìn)腔壓力的前進(jìn)腔壓力傳感器和位于油缸后退腔一側(cè)的用于檢測滑座油缸后退腔壓力的后退腔壓力傳感器，滑座油缸的活塞桿與長材刨片機(jī)底座連接，還包括一個(gè)用于檢測油缸的活塞桿直線位移的油缸內(nèi)置式直線位移傳感器，還包括相互通訊連接的比例閥控制器和PLC控制系統(tǒng)，比例閥控制器與PLC之間通過DP通訊方式連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換處理，PLC控制系統(tǒng)對(duì)位移控制器的運(yùn)行過程數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理并記錄，油缸內(nèi)置式直線位移傳感器直接與比例閥控制器連接，前進(jìn)腔壓力傳感器和后退腔壓力傳感器均與PLC控制系統(tǒng)連接，由此使得前進(jìn)腔壓力傳感器、后退腔壓力傳感器、油缸內(nèi)置式直線位移傳感器采集的數(shù)據(jù)信號(hào)能夠傳輸給PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)需求給比例閥控制器發(fā)出控制指令，比例閥控制器數(shù)據(jù)處理及自身PID系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算出一個(gè)高頻實(shí)時(shí)變化的控制指令輸出給比例閥，比例閥連接滑座油缸活塞桿控制滑座油缸的伸出、縮回動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)滑座行走高速平穩(wěn)精準(zhǔn)的閉環(huán)控制。

4.2 改造結(jié)果

經(jīng)過改造后的滑座行走控制系統(tǒng)，通過比例閥控制器和PLC系統(tǒng)的配合，實(shí)現(xiàn)了滑座的高速精準(zhǔn)的行走，滑座行走位置誤差控制在0.5mm之內(nèi)，提高了設(shè)備工作效率及產(chǎn)品質(zhì)量，減少了對(duì)設(shè)備的損傷。

5? 結(jié)語

此改造方案優(yōu)點(diǎn)在于，巧妙地利用壓力傳感器、位移傳感器等多個(gè)測量元件組合后對(duì)不同的數(shù)據(jù)信息采集再利用比例閥控制器以及PLC控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，由此能夠使滑座油缸快速精準(zhǔn)的到達(dá)指令要求的位置，減少滑座一個(gè)工作周期的時(shí)間，并杜絕滑座前進(jìn)后退時(shí)出現(xiàn)過沖現(xiàn)象導(dǎo)致刀環(huán)損壞的可能，能夠隨時(shí)調(diào)整滑座的行走速度滿足生產(chǎn)過程中對(duì)刨花厚、薄形態(tài)的需求，提高了刨花質(zhì)量，減小了滑座行走精度誤差，保障了刨花的形態(tài)，降低了不合格刨花含量，減少了生產(chǎn)設(shè)備能源消耗，提高了生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

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