大型挤压机等温挤压速度控制系统

时间：2024-05-04

李博

摘要：等温挤压速度控制是稀有金属加工企业高效率、高质量生产的重要方法。针对宝钛25MN挤压机的装备特点，结合实际生产状况，研究钛材模拟等温挤压速度控制系统，提出了模拟等温挤压速度控制系统架构和系统功能实现，研制了基于工控机+PLC的钛材模拟等温挤压速度控制系统，运用预测算法构建挤压速度预测模型。该系统实现了钛材等温挤压，缩短了挤压时间，运行可靠，对钛材挤压具有重要意义。

关键词：钛型材；等温挤压；速度控制；预测算法

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2019）04-0239-03

1引言

近年来，我国钛型材的生产和应用得到迅速发展，尤其在航空、航天、石油、化工、舰船、医疗等领域的需求不断上升，对产品的质量和性能的要求越来越高，尤其是对钛型材表面质量与型材的均匀性提出了更高的要求。陈功德、董晓娟、刘展鸿等人对挤压速度控制进行了相应的研究，但是在钛型材热挤压工艺领域研究较少。结合宝鸡钛业25MN挤压机实际生产状况及装备特点，研究钛型材模拟等温挤压速度控制系统，采用工业以太网控制，通过测温仪实时采集并反馈模具口温度，运用PLC内置预测算法来调节挤压速度实现等温挤压，使型材流出模孔时保持温度恒定，提高钛型材组织性能沿长度方向的均匀性，减少裂纹等缺陷的产生。

2钛型材模拟等温挤压速度控制系统构成

钛型材模拟等温挤压速度控制系统以上位工业计算机、S7-1500 PLC和计算机上的触摸显示屏人机交互界面为核心，采用工业以太网和远程I/O构成的网络系统，形成本控制系统的基本架构。系统构成如图1所示。

机组的基础自动化控制系统采用S7-1500系列PLC ，网络选取西门子网络构成，工业以太网控制。通过挤压机模具口的测温装置实时采集模具口的温度并反馈到触摸屏上，同时速度传感器把采集到的挤压机挤压速度参数也反馈到触摸屏上，与设定好的挤压速度-温度曲线进行对比，利用控制挤压速度的方式实现本挤压机等温挤压，实现挤压机温度速度参数在线管理、调节，使挤压机设备在最佳参数匹配下进行工作。

3模拟等温挤压速度控制系统实现

首先运用DEFORM软件模拟出钛型材等温挤压速度-温度模型，然后下载到S7-1500 PLC中，通过PLC内置预测算法来调节挤压速度，使实际挤压速度-温度曲线与预先设定的曲线相吻合，从而实现钛型材的等温挤压。

3.1钛型材等温挤压速度-温度控制模型建立

为了能够获取相适宜的挤压速度-温度曲线，根据之前等速挤压实际生产经验的数据积累，在不同等速环境下利用DEFORM软件模拟模具口最高温度的变化情况，得到了在等速条件下，不同的挤压速度在模具口的最高温度和挤压行程的关系曲线，然后设定钛型材制品模具口最高温度。最高温度曲线与所设置最高温度上限的交点是不同挤压行程情况下的速度点，此时可对挤压速度和行程关系建立拟合，这样拟合出的挤压速度曲线是在已设定的等温情况下进行的，因此才具有等温挤压的特性。综上所述经过反复试验后，验证了设定的挤压速度-温度曲线的合理性。钛型材等温挤压速度-温度模型如图2所示。

3.2运用预测算法调节挤压速度

钛型材模拟等温挤压速度控制是将应用红外测温仪对钛型材模具出口处所测量的温度传输到 S7-1500 PLC。若测量所获取的温度是高于预先设置的上限温度，则调低挤压机的挤压速度；反之，若测量温度低于设置的下限温度，则适当调整挤压速度，而进行挤压机挤压速度微调的幅度则是由PLC的内置程序进行控制。当测量得到的温度传入微分预测控制单元后，PLC 启动程序中的预测算法对将要进行下一处采集的温度点进行初步的估算，同时将该预测值作为此单元的输出值，而模糊控制单元在获取上一个单元的预测输出值后，将温度偏差模糊数三角形隶属度函数和挤压速度柱形隶属度函数所得到的结果进行加权平均，此时模糊化后得到的温度偏差转换为速度调整量，最后将该值输入控制系统，对挤压机的挤压速度进行调整。

速度传感器实测挤压速度与模拟速度给定值进行对比后得到速度偏差值，反馈至PID调节器进行位置和速度闭环控制。对于一个确定的挤压产品，根据上位机显示的挤压制品出口温度设定值和实际温度检测值曲线进行比较，可在操作台上对微调挤压速度，或对实际温度曲线和理想温度曲线进行对比，对记录的挤压速度、制品温度等数据再次进行分析，修正和优化挤压速度-温度曲线，最后获得完善的模型，这些模型数据将记录在上位机的工艺参数库中，便于PLC下次的调用。

3.3实现流程

实际调节挤压速度实现等温挤压流程如图4所示。

5结论

该钛型材模拟等温挤压速度控制系统已投入生产使用，实际运行表明：

1）该系统能够实现钛型材等温挤压；

2）运用该系统挤压出的产品质量更佳，表面几乎无裂纹，型材均匀性更好；

3）系统运行可靠，显著缩短了挤压时间而提高了生产效率，保证了产品的质量，具有一定的应用推广价值。

参考文献：

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