125MN挤压机进料控制系统设计与研究

摘要

125MN挤压机是目前我国最大的卧式挤压机之一，是国防工业和基础建设的重要设备，其进料系统是挤压机的重要辅助设备。原挤压机进料控制系统已明显老化、落后，进料耗时长、进料精度和可靠性得不到保证。现对挤压机进料系统进行现代化改造，将原来的平移-旋转进料方式改造成提升-平移进料方式，并将整个控制系统改造为数字式电液伺服控制，实现自动进料、智能控制，以提高它的进料效率和进料精度。 根据改造的功能要求和改造内容，分析了进料系统工作过程，主要动作的机械结构，和执行机构的液压系统，提出了三级分布式网络控制系统。针对进料系统各动作不同的动态特性和控制精度要求，采取了不同的控制策略：对托锭采用变量泵液压提升PID控制策略，对其他动作采用分阶段不同比例流量系数的控制方法。为了正确建立PID控制模型，合理选取控制参数，建立了变量泵液压提升各环节数学模型，和系统PID控制模型，整定了控制模型在无负载干扰的情况下的控制参数。从进料控制系统的特点和要求出发，在分析对比了当前几种主流现场总线各自特点和适用范围的基础上，选用了能满足高速和实时性要求PROFIBUS-DP网络，并合理规划配置了硬件。阐明了控制系统内各部分数据通讯的机理，实现了网络通讯的诊断和故障报警，主站和不同DP从站之间的数据通讯。针对WinCC刷新频率的局限性，通过采用原始数据归档方式，实现了重要参数高速数据采集，采样周期达到了20 ms。为方便现场调试，设计了PLC调试程序和上位机参数化调试界面。通过现场调试，确定了各动作不同阶段的比例流量系数，标定了升锭小车位移传感器零位和各规格锭坯提升目标值，验证了变量泵液压提升PID控制模型的正确性，和上位机高速数据通讯的可靠性。 进料控制系统投产运行表明，该系统能满足功能和精度要求，系统运行情况良好。本系统的设计思想和控制方法为开发其他大型液压设备进料系统提供借鉴和参考。

目录

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声明

第一章 绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2挤压机进料系统现状

1.2.1平移式

1.2.2斜推式

1.2.3平移-提升式

1.2.4平移-回转式

1.2.5摆动式

1.3进料控制系统技术现状和发展趋势

1.3.1进料控制系统技术现状

1.3.2进料控制系统的发展趋势

1.4原进料系统分析及改造功能要求与内容

1.4.1原进料系统工作过程

1.4.2原进料控制系统技术状况

1.4.3进料系统改造功能要求与内容

1.5论文的研究内容及关键技术

第二章进料控制系统改造方案研究

2.1进料系统总体方案

2.1.1进料系统工作过程分析

2.1.2进料控制系统构建

2.2进料机械系统方案介绍

2.2.1升降小车

2.2.2推锭装置

2.3进料液压系统方案介绍

2.3.1变量泵液压提升回路

2.3.2上下送锭常规、差动双工回路

2.3.3其他进料动作液压回路

2.4进料检测系统设计

2.4.1进料行程开关现场布置分析

2.4.2进料系统状态监控设计

2.5进料控制系统方案设计

2.6本章小结

第三章 进料控制系统液压操作控制策略研究

3.1进料液压操作系统构成

3.2进料系统液压操作控制要求

3.3液压提升控制原理

3.4液压提升系统数学模型的建立

3.4.1电液比例流量阀的数学模型及动态仿真

3.4.2变量缸和变量泵的数学模型及动态仿真

3.4.3提升液压缸的数学模型

3.5液压提升PID控制策略

3.5.1 PID控制器基本理论

3.5.2液压提升PID控制仿真研究

3.5.3液压提升PID控制的PLC实现方法

3.6本章小结

第四章 进料系统控制网络数据通讯研究与实现

4.1控制网络的比较和选择

4.1.1典型控制网络

4.1.2进料系统控制网络的实现方式

4.2现场网络通讯设计与实现

4.2.1主站与智能从站的通讯

4.2.2主站与位移传感器之间的通讯

4.3上位机与主站高速数据通讯实现方式研究

4.3.1上位机高速数据采集原理

4.3.2上位机高速数据通讯的实现方法

4.4网络通讯故障诊断

4.5本章小结

第五章 进料控制系统调试实验

5.1进料控制系统调试硬件设计

5.2进料系统各动作比例流量系数参数化调定实验

5.2.1实验目的

5.2.2实验条件

5.2.3实验步骤

5.2.4调试结果与分析

5.3位移传感器零位标定及托锭高度目标值设定参数化调试实验

5.3.1实验目的

5.3.2实验条件

5.3.3实验过程

5.3.4实验结果

5.4液压提升动态响应特性调试实验

5.4.1实验目的

5.4.2实验条件

5.4.3实验过程

5.4.4实验结果

5.5上位机高速数据通讯实验

5.5.1实验目的

5.5.2实验条件

5.5.3实验过程

5.5.4实验结果

5.6本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的主要研究成果