李博

摘要：等溫?cái)D壓速度控制是稀有金屬加工企業(yè)高效率、高質(zhì)量生產(chǎn)的重要方法。針對(duì)寶鈦25MN擠壓機(jī)的裝備特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)狀況，研究鈦材模擬等溫?cái)D壓速度控制系統(tǒng)，提出了模擬等溫?cái)D壓速度控制系統(tǒng)架構(gòu)和系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)，研制了基于工控機(jī)+PLC的鈦材模擬等溫?cái)D壓速度控制系統(tǒng)，運(yùn)用預(yù)測(cè)算法構(gòu)建擠壓速度預(yù)測(cè)模型。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了鈦材等溫?cái)D壓，縮短了擠壓時(shí)間，運(yùn)行可靠，對(duì)鈦材擠壓具有重要意義。

關(guān)鍵詞：鈦型材；等溫?cái)D壓；速度控制；預(yù)測(cè)算法

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2019）04-0239-03

1引言

近年來，我國鈦型材的生產(chǎn)和應(yīng)用得到迅速發(fā)展，尤其在航空、航天、石油、化工、艦船、醫(yī)療等領(lǐng)域的需求不斷上升，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量和性能的要求越來越高，尤其是對(duì)鈦型材表面質(zhì)量與型材的均勻性提出了更高的要求。陳功德、董曉娟、劉展鴻等人對(duì)擠壓速度控制進(jìn)行了相應(yīng)的研究，但是在鈦型材熱擠壓工藝領(lǐng)域研究較少。結(jié)合寶雞鈦業(yè)25MN擠壓機(jī)實(shí)際生產(chǎn)狀況及裝備特點(diǎn)，研究鈦型材模擬等溫?cái)D壓速度控制系統(tǒng)，采用工業(yè)以太網(wǎng)控制，通過測(cè)溫儀實(shí)時(shí)采集并反饋模具口溫度，運(yùn)用PLC內(nèi)置預(yù)測(cè)算法來調(diào)節(jié)擠壓速度實(shí)現(xiàn)等溫?cái)D壓，使型材流出模孔時(shí)保持溫度恒定，提高鈦型材組織性能沿長度方向的均勻性，減少裂紋等缺陷的產(chǎn)生。

2鈦型材模擬等溫?cái)D壓速度控制系統(tǒng)構(gòu)成

鈦型材模擬等溫?cái)D壓速度控制系統(tǒng)以上位工業(yè)計(jì)算機(jī)、S7-1500 PLC和計(jì)算機(jī)上的觸摸顯示屏人機(jī)交互界面為核心，采用工業(yè)以太網(wǎng)和遠(yuǎn)程I/O構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，形成本控制系統(tǒng)的基本架構(gòu)。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

機(jī)組的基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用S7-1500系列PLC ，網(wǎng)絡(luò)選取西門子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，工業(yè)以太網(wǎng)控制。通過擠壓機(jī)模具口的測(cè)溫裝置實(shí)時(shí)采集模具口的溫度并反饋到觸摸屏上，同時(shí)速度傳感器把采集到的擠壓機(jī)擠壓速度參數(shù)也反饋到觸摸屏上，與設(shè)定好的擠壓速度-溫度曲線進(jìn)行對(duì)比，利用控制擠壓速度的方式實(shí)現(xiàn)本擠壓機(jī)等溫?cái)D壓，實(shí)現(xiàn)擠壓機(jī)溫度速度參數(shù)在線管理、調(diào)節(jié)，使擠壓機(jī)設(shè)備在最佳參數(shù)匹配下進(jìn)行工作。

3模擬等溫?cái)D壓速度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

首先運(yùn)用DEFORM軟件模擬出鈦型材等溫?cái)D壓速度-溫度模型，然后下載到S7-1500 PLC中，通過PLC內(nèi)置預(yù)測(cè)算法來調(diào)節(jié)擠壓速度，使實(shí)際擠壓速度-溫度曲線與預(yù)先設(shè)定的曲線相吻合，從而實(shí)現(xiàn)鈦型材的等溫?cái)D壓。

3.1鈦型材等溫?cái)D壓速度-溫度控制模型建立

為了能夠獲取相適宜的擠壓速度-溫度曲線，根據(jù)之前等速擠壓實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的數(shù)據(jù)積累，在不同等速環(huán)境下利用DEFORM軟件模擬模具口最高溫度的變化情況，得到了在等速條件下，不同的擠壓速度在模具口的最高溫度和擠壓行程的關(guān)系曲線，然后設(shè)定鈦型材制品模具口最高溫度。最高溫度曲線與所設(shè)置最高溫度上限的交點(diǎn)是不同擠壓行程情況下的速度點(diǎn)，此時(shí)可對(duì)擠壓速度和行程關(guān)系建立擬合，這樣擬合出的擠壓速度曲線是在已設(shè)定的等溫情況下進(jìn)行的，因此才具有等溫?cái)D壓的特性。綜上所述經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)后，驗(yàn)證了設(shè)定的擠壓速度-溫度曲線的合理性。鈦型材等溫?cái)D壓速度-溫度模型如圖2所示。

3.2運(yùn)用預(yù)測(cè)算法調(diào)節(jié)擠壓速度

鈦型材模擬等溫?cái)D壓速度控制是將應(yīng)用紅外測(cè)溫儀對(duì)鈦型材模具出口處所測(cè)量的溫度傳輸?shù)?S7-1500 PLC。若測(cè)量所獲取的溫度是高于預(yù)先設(shè)置的上限溫度，則調(diào)低擠壓機(jī)的擠壓速度；反之，若測(cè)量溫度低于設(shè)置的下限溫度，則適當(dāng)調(diào)整擠壓速度，而進(jìn)行擠壓機(jī)擠壓速度微調(diào)的幅度則是由PLC的內(nèi)置程序進(jìn)行控制。當(dāng)測(cè)量得到的溫度傳入微分預(yù)測(cè)控制單元后，PLC 啟動(dòng)程序中的預(yù)測(cè)算法對(duì)將要進(jìn)行下一處采集的溫度點(diǎn)進(jìn)行初步的估算，同時(shí)將該預(yù)測(cè)值作為此單元的輸出值，而模糊控制單元在獲取上一個(gè)單元的預(yù)測(cè)輸出值后，將溫度偏差模糊數(shù)三角形隸屬度函數(shù)和擠壓速度柱形隸屬度函數(shù)所得到的結(jié)果進(jìn)行加權(quán)平均，此時(shí)模糊化后得到的溫度偏差轉(zhuǎn)換為速度調(diào)整量，最后將該值輸入控制系統(tǒng)，對(duì)擠壓機(jī)的擠壓速度進(jìn)行調(diào)整。

速度傳感器實(shí)測(cè)擠壓速度與模擬速度給定值進(jìn)行對(duì)比后得到速度偏差值，反饋至PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行位置和速度閉環(huán)控制。對(duì)于一個(gè)確定的擠壓產(chǎn)品，根據(jù)上位機(jī)顯示的擠壓制品出口溫度設(shè)定值和實(shí)際溫度檢測(cè)值曲線進(jìn)行比較，可在操作臺(tái)上對(duì)微調(diào)擠壓速度，或?qū)?shí)際溫度曲線和理想溫度曲線進(jìn)行對(duì)比，對(duì)記錄的擠壓速度、制品溫度等數(shù)據(jù)再次進(jìn)行分析，修正和優(yōu)化擠壓速度-溫度曲線，最后獲得完善的模型，這些模型數(shù)據(jù)將記錄在上位機(jī)的工藝參數(shù)庫中，便于PLC下次的調(diào)用。

3.3實(shí)現(xiàn)流程

實(shí)際調(diào)節(jié)擠壓速度實(shí)現(xiàn)等溫?cái)D壓流程如圖4所示。

5結(jié)論

該鈦型材模擬等溫?cái)D壓速度控制系統(tǒng)已投入生產(chǎn)使用，實(shí)際運(yùn)行表明：

1） 該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)鈦型材等溫?cái)D壓；

2） 運(yùn)用該系統(tǒng)擠壓出的產(chǎn)品質(zhì)量更佳，表面幾乎無裂紋，型材均勻性更好；

3） 系統(tǒng)運(yùn)行可靠，顯著縮短了擠壓時(shí)間而提高了生產(chǎn)效率，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，具有一定的應(yīng)用推廣價(jià)值。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】