1  引言
    　無縫鋼管生產線按工藝流程一般分為三個區域：穿孔區；連軋區；定徑區（張減區）。穿孔區主要負責把坯料加工成為中空的鋼管（毛管）；連軋區主要負責把毛管軋制成為符合要求的半成品（荒管）；定徑區（張減區）主要負責對荒管進行外徑的微小修正。穿孔區的工藝為斜軋，對毛管質量起著關鍵作用的設備是主軋機及三輥抱芯。三輥抱芯由液壓伺服比例閥控制，其主要作用是保證三輥抱芯的實際位置位于參考位置的偏差范圍內，從而起到導向作用。

2  三輥抱芯功能簡介
    三輥抱芯裝置機械結構如圖1所示。

  　  三個導輥按照120o分布，其中下面兩個導輥，上面一個導輥，三滾的內切圓直徑即為其導向物料的外徑。三個導輥由同一個液壓缸控制，油缸的動作通過一系列的機械機構可以同時改變三個導輥的位置，（三輥的內切圓直徑）。一般根據工藝不同，穿孔區一般安裝6組三輥抱芯裝置，每個三輥抱芯前有2對熱探。

    　軋制前三輥抱芯位于頂桿位置，對頂桿起到導向作

    在一根毛管軋制的過程中，三輥抱芯要動作3次，即頂桿位，毛管位，打開位，而這些動作均要求在0.5-1s內完成，并且保證1mm之內的位置偏差。所以三輥抱芯位置的精確度，動作快慢直接關系到整條生產線的運行以及產品的質量。

3  三輥抱芯控制

3.1 基本控制原理

    三輥抱芯的控制基本分為兩種。

    （1）采用機械調整和節流閥配合驅動。這種方法的優點是驅動控制簡單，設備動作時間短，即使用常規的三位四通閥，節流閥來控制液壓缸的行程，但是這種方式的缺點也很明顯，就是每次更換軋鋼規格的時候都需要手動進行調節，浪費了大量的時間。其次是控制的精度比較低，對軋鋼的質量造成很大的影響。

    （2）用液壓伺服比例閥進行控制，這種控制方法能很好的保證三輥抱芯的精度，一般誤差都可以控制在0.5-1mm，此外如果采用單獨的液壓站來驅動6個三輥抱芯，系統壓力比較穩定的情況下，其動作時間也能控制在0.5s內。更換軋鋼規矩的時候，僅僅需要從HMI改變參考位置，節省了大量的時間。液壓伺服比例系統的控制如圖2所示。伺服比例閥通過自帶的集成線性放大器，可以連續地調節伺服比例閥的開度，這是與普通液控閥的最大不同。由于伺服比例閥的開度是連續可調的，因此供給油缸的流量也是連續可調節的。這樣就實現了對油缸的速度、推力的連續調節和控制，保證了三輥抱芯的位置總是在參考的位置范圍內。

3.2  控制系統配置及軟件實現

    采用ABB公司的AC450系列PLC控制。油缸的行程由內置的位移傳感器給出4-20mA的模擬量輸入信號。經過系統分析處理后，把開度指令轉換成4-20mA的模擬量信號發送給伺服比例閥的集成放大器，控制其開度。由于輸入的位移信號與三輥抱芯的開口度為線性關系，所以很容易推出它們之間的關系。具體步驟如圖3所示（輸入信號X；三輥抱芯的參考直徑Y；輸出信號Z，皆為4-20mA）。

    （1）將標準管1（直徑已知）放入三輥抱芯內，手動將三輥抱芯抱緊標準管。在次狀況下，可以得到內置位移傳感器的輸入信號-X1,標準管的直徑已知-Y1。

    （2）將另外一根標準管（直徑已知）放入三輥抱芯內，手動將三輥抱芯抱緊標準管。在次狀況下，可以得到內置位移傳感器的輸入信號-X2,標準管的直徑已知-Y2。

    （3）將X1,X2,Y1,Y2帶入方程式Y=kX+b,求得k,b,就可以得到實際位置。

    （4）參考位置ref pos－實際位置act pos=Δpos,然后進行PID調節，得到4-20mA的模擬量輸出信號，作用于伺服比例閥的集成放大器，控制其開度。

    （5）PID調節程序的流程如圖三所示。在本程序的PID調節器中，P，I調節是分開的。PLC系統首先檢查實際位置與參考位置的偏差Δ，當偏差較大的時候，PI調節器均起作用，但主要是P（比例）調節，這樣響應比較快，這時候PID調節器給出較大