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基于PI控制自动去毛刺装置的设计

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摘要：本文介绍了一种基于PI控制的自动修磨装置，借助西门子S7 300系列可编程控制器连续控制功能块，通过整定比例、积分参数来实现对外加厚油管的飞边毛刺自动修磨。

关键词：在线去毛刺、PI控制器、连续控制；

前言

为满足油田的使用要求，制管行业通常对Φ60.3-Φ114.3规格的油井管管端进行镦粗加厚，目的是在不改变螺纹形状的前提下，提高连接强度。最常见的镦粗方法是外加厚，但由于模具的因素，合模线不可避免，导致镦粗后的钢管管端有两条飞边状毛刺。

目前，国内大部分制管企业采用钢管线下修磨的方法，需要人工寻找飞边毛刺，再进行修磨。这种方法极大降低了生产效率，不利于规模化高效生产。因此，突破管坯去毛刺的瓶颈，对于提升加厚线生产效率具有重要意义。

本文介绍了一种在线自动修磨装置，通过采集修磨压力值，以PI控制为设计思想，达到自动修磨的目的。

1 在线自动修磨装置的结构及工作原理

1.1 设备结构

在线自动修磨装置以西重所500T液压机为设计基础，在加厚机出口位置水平安装两支修磨臂，修磨臂前端为砂轮，修磨臂内部安装压力变送器，用于反馈当前修磨压力，修磨臂的进给量调节通过可行走电机减速机驱动。主体结构如图1：

1.2 工作原理

镦粗完成的钢管自动后退，当到达飞边毛刺出现的位置时（可通过设备上的伺服电机读取位移量），修磨臂开始前进，此时钢管低速后退，砂轮接触管坯表面开始修磨，通过压力变送器读取压力值到西门子S7-300模拟量模块，使用连续控制功能块FB41预先整定好的比例（P）、积分（I）参数，控制可调速行走电机进给量来维持稳定的修磨压力，钢管完全退出后（电子眼发讯），修磨臂退出。

2 修磨装置自动控制的实现

2.1 给定压力计算方法

如图2所示，砂轮修磨到加厚端时会遇到“斜坡”，导致压力增大，此时应及时微调修磨臂进给量。假设砂轮垂直修磨毛刺需要的压力为P才能完全去除毛刺，则加厚过渡段的压力Pj表达式为：

Pj=P·cos[arctan ]

2.2 修磨进给量的PI调节

对过渡段的修磨属于典型的负反馈闭环控制系统。其控制系统如图3所示：

Pj为给定修磨压力；

P（t）为来自压力变送器的压力反馈量；

e（t）为偏差，即e（t）=Pj-p（t）；

u（t）为位移输出，其表达式为：

u（t） = Kp·e（t） +

2.3 HMI人机界面设计

在原有WINCC界面增加对压力值监控页面，可以观察压力变化趋势，并设置P参数、I参数的输入输出域，根据走势来整定PI参数。

2.4 PLC连续控制设计

调用西门子S7-300系列连续控制功能块FB41，填写对应管脚如图4。SP_INT管脚为给定压力，由HMI输入；PV_IN管脚为变送器采集的压力值；GAIN管脚为比例增益；TI为时间常数。

3 结束语

以500T液压加厚机为基础，在出口设计两个水平修磨臂，对镦粗完成的管端立即进行修磨处理，无需对飞边毛刺的定位，可以实现在线修磨的功能。同时，使用比例积分（PI）控制器，通过整定P、I的参数，可以自动调整进给量，达到恒压修磨的目的。该方法对于提升加厚线生产效率具有重大意义。

参考文献：

[1]孙小权，钱少明.基于PLC的PID控制器设计与实现.浙江：浙江工业大学，2008

[2]崔奋，张德松，王国正，张鹏举，刘延成，贾美玲.外加厚油管一次成型技术应用分析.西安：西安工业大学，2010

[3]SIMENS.Standard Software for S7-300 and S7-400 PID Control.C79000-G7076-C516-01

[4]满红，梁迎春，冀勇鋼，孙淑娟.自动控制原理.清华大学出版社，2011

作者姓名：陈瑞（1986.11-），男，陕西宝鸡人，最高学历：大学本科，目前职称：助理工程师，主要研究方向：电气工程及其自动化

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