电液比例控制系统

2024-12-27

电液比例控制系统(共7篇)

电液比例控制系统 篇1

0 引言

液压绞车因具有防爆性能优越、价格合理等优点, 目前在皖北矿区立井开拓方式的矿井中得到广泛应用, 其运行状况、运行效率直接影响矿井安全高效生产。

1 现状分析

目前皖北矿区所使用的液压绞车主要由绞车司机进行手动操作, 绞车司机通过操作减压式先导阀改变泵的排量达到控制绞车的速度。因该液压系统自身受参数慢时变、非线性、变量泵调节死区等影响, 导致进入液压马达的流量不稳定, 易造成调速精度低平稳性差等缺点。另外, 由于液压绞车为手动操作, 绞车司机在操作过程中的操作行为、操作熟练程度等也影响绞车运行速度及运行质量, 尤其在停车点和减速段等极易引起压力冲击和震荡, 危及煤矿安全。

2 液压绞车电液比例控制系统组成

针对目前防爆液压绞车存在的平稳性差、调速精度低、驱动与制动协同性差、自动化水平低等问题, 在原有JKY型液压绞车的液压系统基础上, 提出增加电液比例控制阀、操纵手柄、旋转编码器、控制器等部件, 组成具有结构简单、操作灵便、安全可靠的具有防爆功能的绞车液压电液比例制动系统控制装置, 以形成对矿用液压绞车的速度、制动力等可以精确调节及运行状态进行实时监控的操作系统。该系统由电液比例驱动、电液比例制动、补油及热交换和调绳4个子系统组成。

3 液压绞车电液比例控制系统工作原理

防爆液压绞车电液比例控制系统如图1所示。

该系统的驱动系统是液压绞车的重要组成部分, 防爆液压绞车电液比例驱动系统针对以往的电液驱动系统中因自身具有的参数变换慢时, 经常出现的变量泵调节存在死区影响液压马达流量不稳定、液压马达调速精度低等问题, 在元驱动回路上增加驱动手柄、控制器、放大器、电磁换向阀、电液比例减压阀、旋转编码器等元器件而形成的新系统。该套系统可替代以往的减压式先导阀, 达到精确调节泵流量的作用。

电液比例减压阀通过电磁方向阀与比例油缸相连接;驱动手柄可输出0~10 V电压信号给控制器, 驱动手柄作为一种自带双向开关, 可分别与电磁转向阀的左右电磁铁相连接, 以达到控制电磁转向的作用, 改变油缸活塞杆的输出方向, 从而达到液压马达具有双向旋转的功能。

在自动控制模式下, 驱动系统处于闭环, 控制指令来自于控制器, 且为梯形信号, 而驱动手柄仅起开关作用[1], 如图2所示。

在手动控制模式下, 驱动系统处于开环, 控制器不参与控制仅起联通作用, 控制指令来自于驱动手柄。其工作原理如下:驱动手柄扳动某一角度, 在控制液压马达旋转方向的同时, 控制信号通过控制器向放大器输入一定的电压, 电液比例减压阀根据所接受电压的大小来调节比例减压阀出口压力, 控制变量泵的排量, 控制马达的转速, 且驱动手柄扳动角度越大, 液压马达的转速越高。如图3所示。

制动泵站为制动回路提供独立油源, 电液比例溢流阀接制动泵的出口, 防爆液压绞车电液比例制动系统控制原理如图4所示。具体工作原理如下:当液位手柄处于左位时, 制动液压油通过转向阀进入盘闸, 绞车司机按下制动手柄, 向放大器输出信号, 通过比例溢流阀调节溢流压力, 控制盘闸内的液压压力, 以此起到调节马达制动力的作用。

如重载启动时, 延迟并缓慢松闸, 可防止“坡起负载瞬时下滑”现象。特别是重载下放, 将使马达带一定制动力运行, 可防止超速下放;停车时, 延迟并缓慢紧闸, 可避免“停车时系统压力冲击”现象。

4 项目研究的意义

自2013年起, 祁东煤矿与中国矿业大学联合开始项目攻关, 开展对液压绞车的电液比例控制系统与状态监测的研究, 提高了煤矿液压绞车的自动化控制水平, 降低了绞车司机的劳动强度, 保障绞车安全可靠高效地运行, 实现了防爆液压绞车的电液比例闭环控制, 彻底改变目前祁东煤矿液压绞车的手动控制方式, 从根本上提高了液压绞车的调速特性和控制自动化水平。该系统实现了绞车的制动压力可调, 增强了驱动与制动的协同性, 彻底避免“坡起负载瞬时下滑”与停车制动时系统压力冲击现象。

此次开发的绞车控制器及状态监测系统, 实现了防爆液压绞车的测控一体化。此次针对液压绞车的改造, 具有改造成本小、改造周期短等特点, 且新旧系统并存、互不干扰, 增加了控制余度, 安全系数大大提高。

摘要:通过对液压绞车实用过程中存在的问题进行系统分析, 提出增加电液比例控制阀、操纵手柄、旋转编码器、控制器等部件, 组成具有结构简单、操作灵便、安全可靠的具有防爆功能的绞车液压电液比例制动系统控制装置, 以形成对矿用液压绞车的速度、制动力等可以精确调节及运行状态进行实时监控的操作系统。该系统在祁东煤矿的成功应用, 对提高液压绞车的安全运行、保障矿井安全生产起到了积极作用。

关键词:防爆液压绞车,电液比例控制系统,电液比例驱动系统,调绳系统

参考文献

[1]徐胜轲, 赵继云, 丁海港.防爆液压绞车电液控制系统设计及试验[J].液压与气动, 2014 (7) :19-21.

电液比例控制系统 篇2

宝钢集团上海梅山钢铁股份有限公司 (以下简称宝钢梅钢) 产品结构调整及工艺装备升级改造工程中, 1780mm热轧钢卷运输系统是整个改造工程的重要组成部分, 该系统用来完成钢卷的搬运、检查等动作。其1780mm热轧运输链工艺流程图如图1所示。

该热轧运输链的大部分动作 (图1中黑体字部分) 是由液压执行机构———液压缸来完成的。这些液压缸的输出力要求比较大、动作平稳且控制精度要求比较高。

根据工艺的要求, 结合各相关生产设备的具体特点以及在了解其它冶金企业类似产品的控制特点的情况下, 经过详细的分析及运算, 最终确定了该液压控制系统的原理方案。

2 液压设备

2.1 组成

宝钢梅钢热轧厂1780mm运输链共有两套液压动力源 (液压站) , 7个液压控制阀站。液压动力源采用世界著名液压供应商力士乐A4VSO250DR恒压变量泵产品, 控制阀站选用力士乐的4WRKE及4WRZ比例节流换向阀来组成相应控制回路。由1号液压动力源 (液压站) 、1~3号阀站及相应主机液压缸组成1号液压系统, 其系统最大流量1741L/min, 由2号液压动力源 (液压站) 、4~7号阀站及相应主机液压缸组成2号液压系统, 其系统最大流量1668L/min;两套液压系统的工作压力均为15MPa且各自独立工作。

液压系统主要用于控制各步进梁运输机升降、平移和快速链张紧、卷芯拍齐以及C型 (或运卷) 小车升降和平移等动作。阀站作为控制单元, 主要是用于调节控制步进梁运输机升降、平移和快输链张紧等液压缸的速度和输出力, 从而为设备主机提供相应的动力及运动方面的要求。

2.2 分析及方案拟定

液压系统回路是依据主机设备动作要求而配备、设定的, 主机设备的安装受力方式不同而使得液压回路基本分为立式及卧式两种。一般液压设备中这两种回路均存在, 而对于解决问题的难易来说, 立式液压缸回路的分析是困难且非常重要的, 相比较而言, 卧式液压缸回路的分析相对简单。

下面以该工艺设备中具有代表性的升降鞍座部分的线性分析来说明本液压控制系统分析过程。

该运输链升降鞍座由参数为ф250/ф180-2065的液压缸一只驱动, 液压缸为立式活塞杆向上安装。液压缸工作过程中将一只负载为32.5t的钢卷运送到高度约2065mm处, 然后空载返回;具体要求为以匀加速、匀速、匀减速的动作控制形式于15s内完成上升动作, 以匀加速、匀速、匀减速的动作控制形式于10s内完成下降动作。

液压回路示意见图2, 速度曲线示意见图3, 分析计算的参数意义如下, 线性化摩擦力及液压缸的外负载接近为0。

(1) 当比例电磁铁Y102侧获得输入, 液压缸向上运动时, 比例换向阀的阀口压差为:

匀加速时:

式中, M1-机架质量;M2-钢卷质量;V0-匀速度;T1-匀加速运动时间 (上升3s, 下降2s) ;T2-匀速运动时间 (上升10s, 下降6s) ;T3-匀减速运动时间 (上升2s, 下降2s) ;Fst-质量负载;Fr-摩擦力;Fk-液压缸的外负载;A1-活塞面积;A2-活塞杆侧环面积;P-系统压力 (15MPa) ;g-重力加速度。

因为具体机械结构存在液压缸伸出一段距离后才与钢卷接触并同时加速运行, 代入各参数后, 接触钢卷前为约18MPa, 接触钢卷后为约9MPa。

匀速时:

代入各参数为约9MPa。

匀减速时:

代入各参数为约9MPa。

(2) 当比例电磁铁Y101侧获得输入时, 液压缸向下运动时, 比例换向阀的阀口压差为:

匀加速时:

代入各参数为约12MPa。

匀速时:

代入各参数为约12MPa。

匀减速时:

代入各参数为约12MPa。

通过上述的线性化分析结果, 此回路的比例换向阀的阀口压差过大且波动幅度也较大, 比例换向阀很难稳定工作且寿命也很难保证, 解决上述问题需要在回路中设置平衡元件来平衡此类立式回路中负载所产生的超越负载, 同时考虑使用阀口压差补偿器来控制比例换向阀阀口压差来保证调节的需要。

3 结 语

电液比例控制系统 篇3

近些年来, 机电液一体化成为了国内外的主要发展趋势, 我国电液比例液压系统在工程的应用过程中主要存在运行效率低、能源消耗过高、技术控制技术不高等问题。电液比例液压系统的规划有着许多优点。因而完善电液比例液压系统在地质勘查、工程勘察、冶金机械等行业应用中的科学控制势在必行。国内外电液比例液压系统正在朝着高效化、节能化、自动化的设计方向发展。电液比例液压系统的技术控制人员也应当运用适宜的新型技术, 加强技术监督和技术创新, 提升电液比例液压系统的控制技术质量, 以满足人们对工程施工的高标准要求。

1 电液比例液压系统的基本了解

电液比例液压系统在运行过程中主要依靠普通液压阀、叠加阀、插装阀、换向阀、伺服阀、插装阀、比例阀、新型液压阀等不同性能、不同结构的液压阀来支撑。[1]该电液比例液压系统的技术控制人员主要依据《液压阀使用手册》来掌握和熟悉电液比例液压系统的各种液压阀原理、结构、功能选择、使用和维修等综合性技术。笔者根据科研和工程实践经验, 对电液比例液压系统的基本结构、工作原理、性能要求、技术参数、典型产品、常见故障和维修要点等进行了基本了解和重点介绍, 为现代化的冶金机械、工程机械等领域的应用推广提供了重要的质量技术控制信息。[2]为了加大对我国电液比例液压系统的应用范围, 我国必须改进和完善电液比例液压系统控制技术, 深入分析区域地质调查、详查、普查、勘探和开发勘探等各个阶段, 这既有利于维护社会经济的正常运行, 又有利于提高电液比例液压系统控制技术。这有利于满足我国在工程勘察、矿山开采、地质调查等工程建设中的需要。根据运行方式的不同, 可以将电液比例液压系统分为点位控制系统、点位直线控制系统和轮廓控制系统;根据不同的工艺用途, 可以将电液比例液压设备分为多个不同环节。其中, 刀具或者机床工作台的点位控制系统主要是由数控系统进行控制, 但是点与点之间运动的轨迹不受电液比例液压系统的整体控制, 这主要是为了保证电液比例液压系统中各移动部件的整体运行的协调性, 一般对以电液比例液压系统快速移动到终点附近位置, 然后以低速使其能够准确移动到电液比例液压系统的终点定位位置, 进而实现对电液比例液压系统的精确定位。

2 电液比例液压系统常见故障诊断与排除

2.1 电液比例液压系统常见故障分析

随着电液比例液压系统的不断推广和运用, 其在运用过程中也暴露了一些缺点。国内外电液比例液压系统正在朝着高效化、节能化、自动化的设计方向发展。电液比例液压系统的技术控制人员也应当运用适宜的新型技术, 加强技术监督和技术创新, 提升电液比例液压系统的控制技术质量, 以满足人们对工程施工的高标准要求。传统的电液比例液压系统在实践应用过程中存在能耗加大、机组运行效率低和降低我国能源利用率和环境质量等问题。多变的工程施工环境使得电液比例液压系统内的各零部件的反应速度、各电液比例阀的波动量、压力控制系统和技术参数的误差等无法实现有效的控制, 极易导致电液比例液压系统的控制设备产生较大的能源消耗。分布式控制系统主要采用模拟的传统型比例阀, 使得模拟混合体系受到了一定程度的限制, 大大地降低了分布式控制系统的可靠性能, 也给电液比例液压系统设备的维修带来了一定的困难。加上电液比例液压系统的生产厂家间缺乏统一的行业标准, 使得分布式控制系统设备维修的互换性大大降低了。电液比例液压系统的时变性、惯性和滞后性使得技术人员对其系统参数的调整具有较长的耗时量和能源消耗量。这不利于实现电液比例液压系统的技术改造和革新, 不利于控制电液比例液压系统的正常高效运行, 不利于实现电液比例液压系统的优化控制。该技术的应用领域十分广泛。现代化电液比例液压系统在对系统的音响功效和静态技术参数进行优化控制的过程中无法实现对机组设备的有效保障。随着社会经济的蓬勃发展和科学技术的不断提高, 现代化电液比例液压系统在工程实践中的使用频率在不断增多, 其应用范围也在变得十分广泛。由于正常的电液比例液压系统的技术设计方案无法满足人们对机械零件切削的设计要求。加上电液比例液压系统长期处在低负荷状态, 使得其无法满足工程施工的实践需求, 技术控制人员往往忽略了对电液比例液压系统观察压力的反应速度和波动量、技术参数等进行精确地考察研究, 因而优化电液比例液压系统的技术控制方案对实现机械切削的设计方案具有重要的现实意义。

2.2 电液比例液压系统常见故障诊断

信息集成化的电液比例液压系统所包含的主要信息技术主要有:管理层面上纵深方向的延伸和信息技术在电液比例液压系统设施和机器中进行的横向扩展。由于频繁地停、转等不当操作会引起电液比例液压系统的电枢纽的回路不断超过机器零件所能承受的压力, 极易将电液比例液压系统的电液比例阀薄弱处的绝缘膜击穿, 进而出现整个运行系统失控问题的发生, 这样不利于电液比例液压系统在生产和安装过程中出现电液比例阀的漆膜被划破电机、零件技术参数的动态误差和静态误差很难被精确计算, 电液比例液压系统的电流值、波动量、高速线材收集效率等会发生异常的突变, 普通的电液比例阀检测也很难发现细微的元件间出现的瑕疵, 不利于电液比例液压系统通断控制和伺服控制间新型电液控制元件的正常运行, 无法保证电液比例液压系统电信号的连续性。常见的电液比例液压系统运行过程中出现的故障有:电液比例液压系统的信号采集和信号输出极不稳定, 系统在运行中的比例阀工作也不稳定, 容易出现转速忽高忽低, 甚至转速消失的问题。然而单独提供控制信号给比例阀, 无法保证电液比例液压系统工作正常, 使其在更换设备工作位置后, 不能够恢复正常的工作。如果电液比例液压系统能够正常工作, 但比例阀不工作, 容易导致电液比例系统设备不能够正常运作, 使得其切削量误差变大。再如, 在一些行业的炸药生产中应该在信号传输和信号转换及信号控制方面使用数字信号与模拟信号间的转换控制能力比较差, 技术操作人员不能合理操控多功能现场混装炸药车, 使得电液比例液压系统的信号抗干扰能力较差, 不能在炸药生产过程中实现组份配比精确度的有效控制, 降低了炸药的生产质量和工程爆破质量, 进而增加了开采和施工成本。同时, 在对电液比例液压系统进行控制的过程中, 比例阀技术人员不能够有效突出重点区域的合理选择, 缺乏根据市场动态遴选出重点规划项目的能力, 使得重要控制目标的操控布局无法得到有效控制。电液比例液压阀控制技术人员如果不充分发挥有限的电液比例液压阀控制技术。电液比例液压系统相对于热机设备而言, 其控制的信息采集的对象数量比较少、且操作频率低, 因而无法实现追求控制电液比例液压系统的准确性和快速性的目标, 这不利于实现对整个动态形式的生产过程进行有效的监督管理和控制工作, 还不利于使各个行业及时掌握企业生产活动过程中的第一手信息资料和实现对电液比例液压系统中流量、压力、方向等的按比例控制, 不能有效预防液压的冲击力, 更不利于完善电液比例液压系统整体的工艺性能、结构设计和使用价格。

2.3 电液比例液压系统常见故障排除

为了保证电液比例液压系统在两点之间的运动呈现直线运动的轨迹, 可以通过初削的方式实现对刀具移动过程的有效控制。轮廓控制系统主要是将两个以上的坐标轴在同一时间进行连续地严格控制的系统, 进而实现对机械零部件的整体加工过程中速度与位移量的有效控制。[3]比如:采用灵活化、智能化的控制方式, 使电液比例液压系统的各个功能能够集中于一个高端处理器中, 提高整机的运行速度。技术人员可以将电液比例液压系统中所有比例阀设备集中于一个监控系统中, 提高比例阀运行的整体效率。由于地质勘查钻机电液比例液压系统主要是采用电液比例遥控技术, 电位器是电液比例液压系统控制驱动比例电磁铁信号供电电流的颤震信号, 提高电液比例液压系统的负载适应能力, 实现对电液比例液压系统给进力的自动化高效控制, 程序自动控制技术和抗信号干扰的能力, 进而增强机械的特性, 使得电液比例液压系统的各项技术指标能够达到设计要求。为了使电液比例液压系统能够正常高效地工作, 工作人员不仅要在操作控制过程中按照科学的操作规范对电液比例液压系统的运作情况进行正常的监视和积极的故障诊断, 而且应该进行定期的故障检查工作, 尤其要做好电液比例液压系统各个阀门的维护保养工作。这样既可以减少电液比例液压系统运行故障的发生, 消除电液比例阀在控制过程中的一些毛病, 又可以保证电液比例液压系统安全可靠的运行。对于具体的维修时间可以根据电液比例液压系统的具体形式和种类进行综合考虑后决定。工作人员必须严格按照电液比例液压系统的维修保养规范进行科学操作, 及时诊断并消除影响电液比例液压系统各比例阀正常工作和危及人身安全的故障。比如要及时检查电液比例液压系统的电位器、比例阀等装置的安装是否牢固;做好定期的机械零件清灰和擦油工作;细心检查电液比例液压系统的零部件是否有接线螺丝被烧伤或者松动等, 精确电液比例液压系统的技术参数值, 对机械零件的主要部分进行有效清洗并对系统运行的磨损情况进行细致检查。在电液比例液压系统的发展领域内, 统一结构软件和通讯能力, 充分运用人机界面对电液比例液压系统进行有效操作, 会增加电液比例液压系统控制的灵活性, 有效维护电液比例液压系统, 使得电液比例液压阀设备的运用在组态环境之下能够更好地实现信息的集成化发展优势。对工程项目建设的发展策略和空间格局进行电液比例液压系统的综合谋划时, 科学客观地掌握CAN总线诊断系统的空间数据。比如, 电液比例液压系统的工作人员还应当学会正确运用电液比例液压系统的控制技术, 尤其要合理地安排好电液比例液压系统工作高效高质地有序进行。技术控制人员应当对电液比例液压结构和比例阀整体布局的有效调整, 规范电液比例液压系统控制技术的行业标准, 加强电液比例液压系统在各个行业中的业务指导和监督管理工作, 实现电液比例液压系统对比例阀位置的合理部署, 进而规范技术控制人员操作行为的专业性和科学性。在实践中, 把CAN总线技术引入到电液比例液压系统中, 不仅有利于保证电液比例液压系统传输信号的流畅性和迅速性, 实现信息发出指令的灵活化和精确化, 还有利于优化CAN总线诊断系统的整体结构、工作原理、故障形式和诊断方式等特点, 实现电液比例液压系统中CAN总线技术的运作功能, 提升电液比例液压系统的信号传输速率, 合理控制CAN总线诊断系统中诊断仪器的故障码显示仪器。未来的CAN总线诊断技术在电液比例液压系统的运行过程中, 应当适当引入微电子技术的应用, 增强电液比例液压系统设备的信息存储量, 精确电液比例液压系统信号传输的准确度, 提升电液比例液压系统信号指令的针对性, 实现CAN总线诊断技术在电液比例液压系统中整体效能的全面提升。

3 结语

综上可知, 笔者认为, 工作人员在对电液比例液压系统的运行过程进行控制的过程中, 要严格遵守科学的操作规范, 采用正确的操作方法, 对电液比例液压系统各比例阀进行定期适当的科学维护保养, 并及时处理运行过程中出现的故障, 进而使电液比例液压系统的工作寿命得以延长。合理布局电液比例液压系统的各项环节, 支持重大项目的工程开发工作, 使得电液比例液压系统朝着专业化、灵活化、科学化、智能化的方向发展, 这有利于为各行业不断创造出巨大的经济效益, 实现我国社会经济的快速发展和城乡建设的一体化推进。

摘要:随着社会经济的飞速发展和人们生活水平的日益提高, 电液比例液压系统在地质勘查、工程勘察、冶金机械行业等各个行业的应用范围也在不断扩大, 根据相关数据表明, 现阶段能源紧张问题和环境问题成为了国家发展经济共同关注的问题, 因而为了使电液比例液压系统的优化设计能够满足工程施工的建设需求, 工业发展作为我国国民经济的重要组成部分, 快速发展的地质勘查、工程勘察、冶金机械等行业受到了国家的重视, 电液比例液压系统在工程施工过程中起到了十分关键的作用。本研究通过对现阶段我国电液比例液压系统常见故障的诊断与排除进行全面详实的论述, 并在此基础上给出几点相关的建议以供业内人士参考和学习, 为提升电液比例液压系统的比例阀的运行效率提供借鉴。

关键词:液压系统,电液比例阀, 故障分析,故障排除

参考文献

[1]胡志坚.有关电液比例液压控制系统的研究[J].电力工程, 2012 (03) :12-13.

[2]陈江.电液比例液压控制系统的气体流量测量方法探究[J].测试技术学报, 2013 (05) :14-15.

电液比例控制系统 篇4

电液比例阀控制系统广泛应用于机械加工、冶金等行业, 传统的控制方式多数采用PID控制技术, 虽然该方式具有简单、可靠、参数整定方便等优点, 但由于液压系统受温度、负载等参数变化的影响较大, 在控制性能要求高的场合往往不能满足要求。针对上述问题, 本文采用PWM调节器改善电液比例阀控制系统的控制质量, 使系统能实现所要求的目标。

1 PWM控制介绍

PWM控制系统是非线性、非连续控制系统, 其控制原理:先给被控参数设定一个期望值, 接着该参数与测得的实际值经比较环节得出误差信号, 误差信号再与一个三角波信号经比较器进行比较, 当误差信号大于三角波信号时, 就输出脉冲, 反之不输出, 因此, 比较器输出一系列等振幅不等宽的矩形波, 其脉冲宽度与误差信号成线性关系。根据该原理, 采用PWM控制器输出的脉冲去触发开关, 开关再去触发执行机构, 执行机构按脉冲宽度的时间动作, 从而达到自动控制参数的目的。

图1中, PWM控制器的输出[1]u (t) 为

式中:M为PWM波的幅值;T为PWM的脉冲周期;Tk为PWM波的采样时间, k=0, 1, 2, 3, …;b为比例系数。

2 电液比例阀控制电路设计

基于PWM控制的电液比例阀控制系统的设计主要是电液比例阀控制电路的设计, 其电路框图如图2所示。

(1) 单片机设计

该系统采用的是美国Cygnal公司生产的C8051F010单片机[2]。C8051F010是集成在1块芯片上的混合信号系统级单片机, 该芯片上有1个10位多通道ADC、1个可编程增益放大器、1个电压基准、2个12位DAC、2个电压比较器、1个具有32 KB的FLASH存储器、与8051兼容的微控制器内核、硬件实现的SMBus/I2C、UART、SPI串行接口及1个可编程计数器/定时器阵列 (PCA) 。PCA有5个捕捉/比较模块, 还有4个通用的16位定时器和4 B的通用数字I/O端口。C8051F010有256 B的RAM, 执行速度可达20 MIPS, 其供电电压为2.7~3.6 V。

(2) 电源设计

该系统提供24 V直流电源, 通过两级稳压分别转换成5 V和3.3 V电压, 给控制电路供电。将外部24 V直流电压转换成5 V可以采用常用的三端稳压器LM7805, LT1086可以完成5 V到3.3 V的电压转换。

(3) 光电隔离

为了增强系统的抗干扰能力, 在C8051F010的PWM输出端与功率驱动放大电路之间加入高速光电隔离器6N137[3]。

(4) 功率驱动放大电路[4]

PWM控制功率输出级为开关型结构, 功耗小。在功率驱动放大电路中需要将PWM输出的电压信号转换为比例电磁铁的电流控制信号, 因此, 笔者采用了大功率场效应晶体管IRL3803, 它能够提供足够大的电流驱动电液比例阀的比例电磁铁等效线圈。

(5) 键盘控制

键盘设计采用独立式按键方式, 负责设定液压缸活塞行程[5]。

(6) LED显示

采集到的液压缸活塞行程用8只LED数码管电路动态显示, LED驱动器选用ICM7218B[6]芯片, 该芯片是通用的8位LED数码管驱动电路, 专用于驱动共阴极数码管, 工作电压为+5 V。使用该芯片不需要外加限流电阻和时钟。

3 PWM算法软件实现

C语言开发C8051F×××软件一般通过Silicon Laboratories IDE或Keil uVision2环境实现。本文采用的是Keil uVision2环境, 它支持汇编、C语言和混合编程, 同时具备软件仿真及硬件仿真功能, 是目前应用比较广泛的单片机软件系统开发工具。使用该环境, 要在Keil uVision2下安装C8051F的驱动程序 (SiC8051F-uv2.exe) 。

C8051F×××系列单片机可以采用PCA产生PWM波形[7], 该方法可以大大降低所需要的CPU带宽, 在基于定时器的中断驱动的设计中, 消除因中断延迟不一致而产生的时序抖动。

产生16位精度的PWM波形需要将PCA的捕捉/比较模块配置为高速输出工作方式。每个捕捉/比较模块都有一个16位的模块寄存器 (8位的PCA0CPHn和8位的PCA0CPLn) , 在高速输出工作方式中, 每当PCA计数器PCA0L和PCA0H的值与该模块寄存器PCA0CPLn和PCA0CPHn中的常数值相等时, 就使CEXn引脚上的逻辑电平发生一次变化 (取反) , 同时触发一次中断, 使该模块的中断标志位CCFn被置1;如果响应这个中断, CCFn必须用软件清0。根据高速输出工作方式的工作原理, 可以知道, 当条件匹配时, 在CEXn引脚上会产生1次正跳变或1次负跳变, 同时触发1次中断。如果在正跳变时, 将PWM高电平计数值装入16位的PCA0CPLn和PCA0CPHn模块寄存器中;而在负跳变时, 将0000H装入16位的PCA0CPLn和PCA0CPHn模块寄存器中, 在CEXn引脚上可以得到16位的PWM输出。PCA的中断服务程序可以在上升沿状态或下降沿状态实现:在上升沿状态, PCA的捕捉/比较寄存器被更新为PWM;在下降沿状态, 比较值被装入PCA的捕捉/比较寄存器, 该值为0x0000。

PWM波形的周期为65 536个PCA时钟周期, 由于PWM波的周期T或者说它的频率f (pwm) 与电液比例阀的固有频率有很重要的关系, 即当两者接近时, 电液比例阀对信号充分响应, 阀芯出现等幅摆动而不是期望的微振, 这是不允许的, 因为f (pwm) 至少要大于10倍电液比例阀频宽。电液比例阀频宽一般为10~70, 因此, PWM波的周期应为几毫秒。本文选择PCA按SYSCLK的时钟频率工作, 设置SYSCLK为16 MHz内部振荡器, 通过定时器0溢出作PCA时钟源。将定时器0设置为8位自动重装方式, 并设置重载值为0xff来实现。可计算出PWM波形的周期为

undefined

占空比 (用%表示) 为

undefined

PWM控制算法流程如图3所示。在1个PWM周期内有2次匹配中断, 中断1次Flag加1, 当Flag为2时, 1个PWM周期结束。

4 结语

本文详细介绍了PWM控制方法及基于PWM控制的电液比例控制系统的设计思路。实际应用表明, 将PWM应用于电液比例阀控制系统, 具有功耗小、价格低廉、抗干扰能力强、滞后时间短、重复精度高等优点;采用C8051F010单片机的PCA实现PWM输出, 软件编程简单, 具有良好的推广价值。

参考文献

[1]郝继飞, 邢青青, 张琳.基于S-Function的PWM控制系统仿真[J].电力自动化设备, 2007, 27 (1) :51-52.

[2]杨兴, 郝迎吉, 王洪波.基于Zigbee通信的井下现场综合监测系统[J].矿山机械, 2007, 35 (10) :149-151.

[3]马善农, 林刚勇, 赵永科.CAN总线在视频监控系统中的应用[J].东华理工学院学报, 2006, 29 (2) :189-191.

[4]任桂周, 曲金玉.C8051F005单片机的比例电磁铁控制技术[J].单片机与嵌入式系统应用, 2007 (9) :30-32.

[5]朱凡, 王振华, 孙运强.基于MATLAB的电液比例控制系统仿真研究[J].机械工程与自动化, 2007 (1) :59-61.

[6]宋忠典, 常桂芝, 王照军.用ICM7218构成的LED数码管显示电路[J].电子技术应用, 1995 (9) :32-34.

[7]潘琢金, 施国君.C8051F×××高速SOC单片机原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2002.

电液比例控制系统 篇5

目前,主要针对这7 套控制柜中故障率高、对装置生产影响大的3 台滑阀控制柜进行更新改造,选用BLF-IIIBP型比例电液执行机构后,滑阀控制操作性能更加安全可靠,并保持了电液滑阀执行机构设备的完整性和优良的操作性能。

1 BLF-IIIBP型比例电液执行机构的特点(1)

BLF-IIIB型比例电液执行机构由电气控制系统、液压控制系统和执行系统组成。该执行机构采用德国的比例电磁阀,与射流管式伺服阀相比,比例阀输出流量正比于阀控制绕组的输入控制信号,属于线性控制系统,它对工作油液的清洁度要求比伺服阀的低,抗污染能力强、运行平稳; 油站采用压力控制、间断加压( 即: 液压系统压力控制在额定压力( 8 ~ 10MPa) 范围内,两个蓄能器在静压状态下运行,油温低,适合长期稳定操作) ,因此控制柜能耗下降,达到了节能降耗的目的; 油站内采用不锈钢管连接方式,杜绝了系统漏油,确保安全生产; 采用PLC控制后消除了分离元件带来的故障; 便于集中控制与维修保养,操作简单、运行可靠、控制精度高。

2 液压控制系统概述

2. 1 工作原理

BLF-IIIB型比例电液执行机构液压控制系统的控制过程主要通过PLC( 可编程序控制器) 来实现,其工作原理如图1 所示,在运行过程中,由电机D拖动油泵P,经过截止阀M1,将油箱中的低压油抽入油泵P内,产生高压油,再经过单向阀V4、过滤器L1-2、截止阀M2、M3 送入蓄能器ZL1、ZL2,储存并建立系统压力,当系统压力达到工作压力上限时,压力变送器S的压力高触点转为闭合,经过PLC判断,使卸荷电磁阀DV3 失电,则油泵所排出的油经电磁阀DV3 回流至油箱,油泵电机处于轻载运行,液压控制系统在由蓄能器ZL1、ZL2 所建立的压力下运行。随着油缸的不断运行,系统压力下降,当降至工作压力下限时,压力变送器S压力低触点又闭合,经PLC判断,使卸载电磁阀DV3 得电,则油泵P向液压系统供油,直至达到系统工作压力上限。溢流阀AV调整在额定压力,确保液压控制系统安全运行。

2. 2 实现方式

2. 2. 1 阀位控制系统

阀位控制系统采用PLC完成,控制室输出的4 ~ 20m A自控信号SP、阀门位移传感器的反馈信号( 阀位信号) PV分别经I/O端子输入S-235 的输入模块AI( A / D模数转换模块) ,并将SP、PV两信号进行PID运算,数字量运算结果再由S-235 的输出模块AO( D/A数模转换模块) 在其输出端R、V端子输出-10V ~0V ~10V作为功率放大器的输入信号,PLC根据预先设置的编程指令运算,输出模块由9 /10 或11 /12 端子输出信号控制比例阀各线圈,使相应油道开通,来控制阀门的运行。

2. 2. 2 联锁控制系统

联锁控制系统由PLC的S7-224 主机和扩展卡( 两块) 来完成。比例阀SV1 由主控制室输出信号SP控制的条件是自锁电磁阀DV1 带电,而自锁电磁阀DV1 带电与否,由控制室输出信号SP和阀位反馈信号PV所控制,输出控制信号SP与阀位反馈信号PV的差值 ΔV不超差。只有这3个信号都正常,自锁电磁阀DV1 才带电,从而保证主控制室输出信号对比例阀有效控制。3 个信号中有一个不正常,就进入自锁状态,主控制室控制方式转为其他控制方式。这些自锁和其他报警信号经一次元件采集后均送入PLC系统按预先组态好的程序运行,确保阀门在保位状态[3,4]。

2. 3 功能

2. 3. 1 综合报警功能

比例电液执行机构液压控制系统能给中控室提供无源的综合报警,包括输入控制室液位低、工作油液压力低、泵电机动力失电、自控信号SP消失、阀位信号PV消失、偏差大、油温高低指示、压差大指示和自保指示9 个信号。

2. 3. 2 现场锁定

在仪表室远程控制时,若发生自控信号SP消失、阀位信号PV消失、传感器短路断电、仪表电源失电、SP与PV的差值 ΔV超过设定范围3% ~5% 时,延时锁定0 ~ 30s可调、系统油压低等故障,实施现场锁定,并在现场电控箱面板上有相应指示灯显示。

2. 3. 3 现场报警功能

当出现油箱液位低于标定( 玻璃板10 ~20mm) 液位、工作油液的压力低于6MPa、泵电机动力失电、泵电机过载及油过滤器压差大于0. 45MPa超差等故障时,现场控制面板上有相应报警灯光指示。

2. 4 操作方式

比例电液执行机构液压控制系统有4 种操作方式: 仪表室控制操作、现场液压手操控制操作、仪表现场遥控操作和机械手轮操作。

3 新旧系统运行状况对比

3. 1 控制系统结构

旧电液控制机构控制系统采用的是模拟式、独立单元板结构,系统故障报警提示信号较少,如果控制单元板出现问题,判断处理故障难度大,而且各单元板的备用件均为专用部件,储备、维修成本高。

新电液控制机构控制系统采用西门子S7-200PLC控制器,控制器和输入、输出模块均为PLC的通用模块,控制系统无需太多备品、备件,维修成本相对较低; 同时控制系统提供了19 种系统状态和报警信号,对处理故障有较大的帮助,降低了处理故障的难度。

3. 2 系统压力控制

旧电液控制机构控制系统的压力控制采用恒压控制,用溢流阀来保证液压系统压力,油泵一直处于带负荷工作,与新电液控制机构控制系统油泵相比运行功耗较大。

新电液控制机构控制系统的压力控制采用定压控制,控制系统正常工作压力在8 ~ 10MPa之间变化,此时油泵不带负荷,滑阀的阀位控制靠蓄能器静压来实现,如果系统调节不太频繁,油站系统压力由10MPa下降到8MPa时间是30min,这个时间段内油泵处于轻载运行; 如果液压系统压力低于8MPa时,油泵带负荷运行,液压系统压力由8MPa上升到10MPa时,油泵工作的时间大约是20s; 当液压系统压力上升到10MPa时,系统中卸荷阀打开,油泵处于轻载运行; 油泵在保证系统正常压力时不是一直处在带负荷运行中,而是处于轻载和带负荷工作之间切换,因此降低了油泵的运行功耗。

3. 3 控制系统油路

旧电液控制机构液压控制系统的油路为高压软管连接,如果系统中油路过滤器出现堵塞或溢流阀故障,均可造成系统局部超压,导致油管破裂、液压油外泄,由于滑阀控制柜安装位置距离高温管线较近,存在一定的安全隐患。

新电液控制机构液压控制系统的油路为不锈钢管硬连接,系统的压力控制采用的是定压控制,系统压力在8 ~ 10MPa范围内,如果系统中出现油路堵塞,控制系统判断出系统超压时会自动打开油泵卸载电磁阀,油液返回油箱,不会出现系统超压问题,因此液压控制系统安全性能较高。

4 结束语

通过对改造后电液执行机构的原理、功能的介绍和新、旧电液执行机构在控制系统结构、压力控制、油路系统等方面的比对分析不难发现,更新改造后的电液执行机构更加符合催化装置的实际生产运行状况,而在近两年的运行中,也证实了这一论述,改造后的电液执行机构运行平稳、操作控制可靠,阀位反馈指示准确,运行功耗下降,没有出现油管爆裂漏油的现象,提高了液压控制系统安全性能,达到了改造的目的,为催化装置长周期安全、平稳运行打下了坚实的基础。

参考文献

[1]王自军,孙宗慧,谭兴林.催化装置滑阀故障及其分析[J].石油化工设备,2014,43(2):103~105.

[2]刘孟德.催化裂化装置滑阀故障分析[J].石油化工设备,2010,39(4):95~99.

[3]赵斌,郭俊杰.比例阀控制电液执行机构在主风机导叶系统的应用[J].化肥设计,2009,47(5):54~56.

电液比例控制系统 篇6

1 PID算法

由于计算机控制是一种采样控制它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量因此微分项和积分项不能准确的计算出, 只能用数值计算方法逼近。数字式的PID控制算法为:

增量式PID控制算法为:

△ui=ui-ui-1=k[ei-ei-1+T/Tiei+Td/T (ei-2ei-1+ei-2) ]

计算机控制系统采用恒定的采样周期T, 故在确定了k、Ti、Td后, 根据前后三次的测量偏差就可以求出控制增量。实际上, 位置式与增量式控制对整个闭环系统并无本质差别, 只是将原来全部由计算机承担的算式, 分出一部分由其他的部件完成。

2 积分分离PID控制

阀控马达系统在控制过程的启动、结束或大幅度增减设定时, 短时间内系统输出有很大的偏差, 会造成PID运算的积分累加, 致使控制量超过执行机构可能允许的最大动作范围对应的极限控制量, 引起系统较大的超调, 甚至引起系统较大的振荡。采用积分PID控制算法, 当被控量与设定值偏差较大时, 取消积分作用, 以免由于积分作用使系统的稳定性降低, 超调量增大;当被控量接近给定值时, 引入积分控制, 以便消除静差, 提高控制精度。其基本思想是:根据系统情况设置分离用的门限值 (也称阀值) A。当偏差大于规定的门限值A时, 删除积分作用。当偏差值比较小时, 采用PID控制, 可保证系统的控制精度。控制算法可表示如下:

式中:β=1, |e (k) |≤A, 采用PID控制;β=0, |e (k) |>A, 采用PD控制。

3 PID调节器参数选择

选择调节器的参数, 必须根据工程的具体问题来考虑。在工控领域中, 要求被控过程是稳定的, 对给定量的变换能迅速的、光滑的跟踪, 超调量小, 在不同的干扰下系统输出应能保持在给定值, 控制的变量不宜过大。在系统与环境参数发生变化时控制应保持稳定。显然, 要同时满足上诉的要求很难, 必须根据实际兼顾其它方面。

PID的调节可以用理论的方法, 也可以通过试验。用理论的方法, 前提是要有被控对象的准确的模型, 然而, 在实际的工控领域, 一般难以实现。即使得到模型, 也是相似的, 在此基础上进行设计的系统很难说是最优的。因此, 一般通过试验凑试的办法定。

增大比例系数K一般会加快系统的响应, 在有静差的情况下, 有利于减小静差。但是, 会使系数有较大的超调, 并产生振荡, 使稳定性变坏。增大积分时间Ti有利于减小超调, 减小振荡, 使系统更加稳定, 但是系统静差的消除将随之减慢。增大微分时间Td有利于加快系统的响应, 使超调量减小, 稳定性增加。但是, 系统对扰动的抑止能力减弱, 对扰动有较敏感的响应。

4 PID控制的Matlab仿真

用Matlab的仿真工具Simulink对速度控制系统进行动态仿真。由上面计算得到卷扬升降机构速度的PID控制框图如图1所示。

电液比例控制系统 篇7

电液比例阀是电液比例控制系统的核心元件, 是PLC或工控机与被控制设备之间的纽带。随着技术的飞速发展, 电液比例阀在稳定性、控制精度、响应速度方面都有了极大提升, 相对于电液伺服阀, 电液比例阀控制原理简单, 抗污染能力强, 价格低, 电液比例控制技术被越来越广泛应用, 近年来开始在拖拉机及其测试设备上逐渐应用。

一、在拖拉机电控液压悬挂系统中的应用

图1是非电控悬挂系统拖拉机液压系统简图, 采用力控制时, 提升阀 (换向阀或分配器) 由阻力传感弹簧通过阻力传感弹簧与提升阀之间的传动机构控制;采用耕深控制时, 提升阀由偏心凸轮通过凸轮与提升阀之间的传动机构控制。这种控制虽然也能实现耕深及牵引阻力的自我调节, 但控制模式少, 灵敏度低, 液压系统压力冲击大, 且不能实现对悬挂系统和发动机的联合控制, 以达到节油和提高效率的目的。

1.液压泵 2.提升阀 3.液压缸4.凸轮 5.变量连杆 6.犁7.阻力传感弹簧

目前部分国产大马力拖拉机开始配置电控液压悬挂系统, 就是采用的电液比例控制技术。在拖拉机电控液压悬挂系统中采用力传感器代替阻力传感弹簧以及力传感弹簧与提升阀之间的传动机构;采用角度位移传感器或线位移传感器代替偏心凸轮以及凸轮与提升阀之间的传动机构;采用调节旋钮或选择开关代替了操纵手柄。

电控液压悬挂系统的控制器将传感器采集到的农具作业深度和农具的牵引力等信号与拖拉机驾驶员设定的作业深度和/或拖拉机牵引力期望值进行比较, 给电液比例方向阀发出相应的提升或降低农具的信号, 从而将作业深度和牵引力调节到设定的范围内。例如由于地面起伏和土壤比阻变化, 当实际耕深或牵引阻力大于设定期望值时, 控制器根据偏差的大小输出一定的PWM信号, 经放大器放大后形成比例电磁换向阀的控制电流, 使阀芯动作, 给提升油缸无杆腔供油, 提升农具, 减少耕深和牵引阻力, 且耕深或牵引阻力超出设定值的偏差越大, 产生的控制电流越大, 从而使阀芯的开口量越大, 农机具提升动作就越快。同样当实际耕深或牵引阻力小于设定期望值时, 系统会控制比例电磁阀使农具下降, 使耕深或牵引阻力达到设定值。

拖拉机电控液压悬挂系统通过操纵控制面板上的操作按钮对悬挂系统进行控制。图2是某国产拖拉机电控液压悬挂系统的控制面板, 其调节方式有:位调节、力调节及力、位综合调节, 另外还具有运输减震等功能。当选定一种调节方式时, 拖拉机作业机组将按该控制模式执行, 从而可以实现驾驶员不用下车即可以实现对所有的农具作业功能进行实时操作, 减轻了劳动强度。

拖拉机电控悬挂系统由于采用了电液比例控制技术, 使控制指令可由旋钮或开关输入, 操纵省力方便且易于实现遥控, 并且控制精度高, 响应速度快, 并且可以实现发动机与悬挂系统的联合控制, 因此电液控制已经逐渐成为大马力拖拉机液压悬挂装置的主流配置。

二、在拖拉机悬挂试验台上的应用

以前拖拉机悬挂装置提升能力试验中的静沉降试验都是采用砝码法, 近几年随着大马力拖拉机的飞速发展, 砝码法已经不能适应拖拉机功率逐渐增大的趋势, 以200马力拖拉机为例, 一般需要6吨多砝码, 采用砝码法加载操作起来既费时费力, 又不安全。目前山东站拖拉机悬挂试验台采用了液压油缸加载方式, 使用了电液比例控制技术, 其液压系统原理见图3。

1.油箱 2.温度控制器3.水冷却器 4.空滤5.柱塞泵 6.电动机7.单向阀 8.电磁溢流阀9.精过滤器 10.电磁换向阀11.电磁比例减压阀 12.单向阀13.液控单向阀 14.压力传感器15.加载油缸 16.直动式减压阀17.电磁换向阀

比例溢流阀是一种闭环智能控制的溢流阀, 可以根据控制器发出的信号来调整阀门开度, 使系统的控制参数自动保持在设定的范围内。当调整电液比例溢流阀电压时, 就可以相应地调整有杆腔的压力, 获得所需的加载载荷。

经实际测试, 其具有响应快、加载载荷准确的优点, 当加载负荷在 (8~80) kN时, 加载力控制精度 (实际加载力与目标值的误差) <1%, 符合标准要求;响应时间 (从开始加载到达到加载力控制精度的时间) 小于20s, 远快于砝码法。另外载荷调节方便, 只需在计算机输入目标载荷的数值即可。

三、在液压加载 PTO 测功机上的应用

图4是某企业液压加载PTO测功机的液压原理。

其工作原理为:PTO带动液压泵旋转, 泵吸入液压油并产生压力 (机械能转换成液压能) , 通过调节电液比例溢流阀的溢流压力, 实现对液压泵即PTO的加载, 将大部分液压能转化为热能, 一部分通过液压马达带动风扇旋转, 转化为风能, 对液压系统冷却器进行风冷。载荷既可以通过手动调节旋钮来调节溢流阀的电磁线圈电压控制, 也可以通过计算机设定转矩或转速自动闭环控制, 具有响应速度快、控制精度高的优点。

随着农机产品及其测试设备技术含量和智能化水平的不断提高, 电压比例控制技术必将得到更广泛的应用。

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