大口径中频加热弯管机组数字控制系统研究与开发

论文摘要

加热弯管机组通过对钢管依次局部加热和施加扭矩来生产油气运输管道所需的弯头产品,是管道建设所需的关键制造装备。国民经济发展对能源的需求日益上升,油气管道特别是国家级重点管线工程急需高运能管件。高运能管件口径大,耐压高,使得弯管机组负载大,工艺要求高,要加工这样的管件中的弯头产品,需要对加工速度、温度、角度、管件预变形量等参数精确控制。本文针对这些要求研究与开发了一套大口径中频加热弯管机组数字控制系统。该控制系统对加工参数实时采集、控制、记录,具有很高的自动化、信息化水平。文中介绍了中频加热弯管机组控制系统的发展、现状,研究了当前中频加热弯管机组控制系统存在的主要问题,分析了大口径中频加热弯管机组工作过程和控制系统的功能,采用现场总线技术组成数字控制系统,解决了尾座速度控制、加热功率控制、加热温度分布控制、弯制角度控制、管件预变形控制等几个难点问题。系统投入实际生产后,运行状况良好,各项性能和工艺参数符合设计要求。已用于川气东送等国家重点工程项目,同时为西气东输二线、中俄、中亚等大型管线建设提供了技术保障,成为我国大型能源输送管线建设中不可或缺的配套装备,取得了良好的社会效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 弯管工艺和加热弯管的发展及现状
• 1.2.1 弯管工艺
• 1.2.2 加热弯管简介
• 1.2.3 加热弯管工艺的发展
• 1.2.4 国内中频加热弯管机组的现状
• 1.2.5 中频加热弯管机组控制系统发展
• 1.2.6 当前加热弯管存在的主要问题
• 1.3 本课题的来源、研究的目的和意义
• 1.3.1 本课题来源
• 1.3.2 本课题研究的目的和意义
• 1.4 论文内容
• 1.4.1 论文所要达到的主要技术指标
• 1.4.2 论文的研究内容及成果
• 1.4.3 关键技术
• 1.4.4 创新点
• 1.5 本章小结
• 第二章 控制系统功能分析、关键参数控制方法
• 2.1 引言
• 2.2 弯管机工作过程分析
• 2.3 控制系统功能分析
• 2.3.1 加工过程实时监控功能
• 2.3.2 以人机界面和按钮为基础的人机对话功能
• 2.3.3 工艺过程优化控制功能
• 2.3.4 信息管理功能
• 2.4 控制系统基本结构
• 2.4.1 上位机系统功能
• 2.4.2 可编程控制器（PLC+人机界面）功能
• 2.5 关键参数控制方法
• 2.5.1 尾座速度控制
• 2.5.2 加热功率控制
• 2.5.3 加热温度分布控制
• 2.5.4 弯制角度控制
• 2.5.5 管件预变形控制
• 2.6 本章小结
• 第三章 控制系统软硬件组成
• 3.1 引言
• 3.2 控制系统硬件组成
• 3.3 控制系统软件组成
• 3.4 控制系统电气控制原理和系统配置接线
• 第四章 弯管机尾座推进系统建模和控制算法研究
• 4.1 引言
• 4.2 弯管机尾座推进系统建模
• 4.2.1 变频器原理及模型
• 4.2.2 三相异步电动机模型
• 4.2.3 减速机模型
• 4.2.4 减速机转速到尾座运行速度的转换
• 4.3 弯管机尾座推进系统 PID控制研究
• 4.3.1 PID控制原理
• 4.3.2 PID控制模型的建立
• 4.4 弯管机尾座推进系统 PID控制数学仿真
• 4.5 小结
• 第五章 系统调试和运行
• 5.1 引言
• 5.2 系统调试
• 5.3 系统试运行
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文