CN101402230A - 一种密炼机上顶栓压力控制方法和控制系统 - Google Patents

一种密炼机上顶栓压力控制方法和控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明一种液压密炼机上顶栓压力控制方法和控制系统，属于传感测控领域，一种液压密炼机上顶栓压力控制方法是在一个工作循环中，采用斜率方式对电压幅值进行控制；根据液压上顶栓工作循环的不同位置采用开环控制和开环控制相结合的控制方法，按设定规律控制上顶栓的动作。通过压力控制器采集设定的压力、油缸反馈压力信号，并进行分析处理。控制系统由压力控制器，反馈压力传感器，放大器，比例伺服阀，液压安全锁，节流阀，左油缸，右油缸，左活塞杆，右活塞杆，压砣，液压密闭式炼胶机和回油箱组成。控制方法简便，运行效率高，检测精度高和系统可靠，从而达到更好的炼胶质量。

Description

一种密炼机上顶栓压力控制方法和控制系统
技术领域
本发明属于传感测控领域，涉及一种液压密炼机上顶栓压力控制方法和控制系统，应用于工业密炼机控制系统领域中。
背景技术
目前，液压密炼机控制系统由上顶栓控制部分、下顶栓及销锁控制部分和进料门控制部分组成。其中液压密炼机上顶栓压力合理的控制是保证炼胶质量关键因素。传统控制由总控PLC系统作为中央单元，由其给控制信号至各电控柜，由电控柜完成对各电磁阀的具体控制。上顶栓控制电控柜用来控制上顶栓的运动，接收并处理总控PLC系统的信号对流量和压力，完成流量控制或压力控制的输出量计算，压力控制时通过传感器进行压力反馈，其计算是以模拟量的方式进行的，传统的控制方法有以下缺点：1)事故发生的危险性高度集中：系统中主控单元要负责全部单元回路的数据采集，传输及控制功能，当主控单元出现故障，控制、显示和报警都无法进行，导致整个系统瘫痪；2)接线复杂，费用较高，不易检测维修：由于本系统中控制信号较多，致使系统中要大量的使用电缆、端子，增加了工作量和投资费用，同时由于大量的接线都是捆绑在一起，当出现故障不易检测维修；3)不易调试：对液压密炼机上顶栓的控制需要对多参数设定，对这些参数的设定都是通过调整流量及压力控制板上的电位器来完成的，因此参数不具有复制性，每台设备的参数都需要单独调整。同时对控制效果的观察手段不够丰富，通常只是通过压力表来观察，这种方法适合观察系统的静态响应，对动态响应的观察则不够直观，因此进行PID参数的设定时，很多时候是根据经验的，不易精确控制；4)设备故障、炼胶故障：由于控制方法不精确，常常会出现闷车、设备损坏，严重影响炼胶质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服传统液压密炼机上顶栓控制系统的不足，提供一种压力控制器为控制核心，根据液压密炼机上顶栓工作循环的不同位置采用开环控制和开环控制相结合的控制方法，按设定规律控制液压密炼机上顶栓的动作：原位→快速下降→缓慢下降→冲压→快速上升→缓慢上升→原位位置切换，达到良好的炼胶质量：既不会出现胶料“糊胶”，又不会出现胶料搅拌不匀、“生胶”现象，保护了设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种液压密炼机上顶栓压力控制方法，在液压密炼机上顶栓一个工作循环中，采用斜率方式对电压幅值进行控制；根据液压密炼机上顶栓工作循环的不同位置采用开环控制和开环控制相结合的控制方法，按设定规律控制液压密炼机上顶栓的动作：由原位→快速下降→缓慢下降→冲压→快速上升→缓慢上升→原位的位置切换；通过压力控制器采集设定的压力、油缸反馈压力信号，并进行分析处理，当压砣接收信号后，一次炼胶过程从原始位置开始进行：1)快速下降：为开环比例控制状态，左油缸7和右油缸8的压力控制器1接收到总控PLC系统快速下降开关量信号，压力控制器1输出电压经放大器3放大后控制比例伺服阀4换向左位通道，并且根据电压控制节流阀6开口开度逐渐增大，从而使左油缸7和右油缸8内上腔的进油速度逐渐增大，实现压砣11快速下降；2)缓慢下降：工作过程是压力控制器1接收到总控PLC系统缓慢下降开关量信号，压力控制器1输出电压经放大器3放大后控制比例伺服阀4左位通道，控制节流阀6阀口开度逐渐减小，左油缸7和右油缸8内上腔的进油速度逐渐减慢，实现压砣11缓慢下降；3)冲压：为闭环控制状态，压力控制器1接受压力安装在左油缸7和右油缸8上下腔油路上的两个传感器2反馈信号，输出电压，关闭油路；4)快速上升：为开环比例控制状态，总控PLC系统输给压力控制器1快速上升开关量信号，然后压力控制器1输出电压经放大器3放大后，控制比例伺服阀4换向右位通道，控制节流阀6油路阀口开度，逐渐增大，从而使左油缸7和右油缸8内下腔的进油速度逐渐增大，实现压砣11快速上升；5)缓慢上升：压力控制器1接收到总控PLC系统缓慢上升开关量信号，压力控制器1输出电压经放大器3放大后控制比例伺服阀4右位通道，控制节流阀6阀口开度逐渐减小，从而使左油缸7和右油缸8内下腔的进油速度逐渐减慢，实现压砣11缓慢上升；6)停止：压力控制器1如果没有接受到总控PLC系统的任何信号，此时开始逐渐减小输出模拟电压幅值直至为0，关闭了比例伺服阀4，压砣11停止运动。
控制系统由压力控制器1，反馈压力传感器2，放大器3，比例伺服阀4，液压安全锁5，节流阀6，左油缸7，右油缸8，左活塞杆9，右活塞杆10，压砣11，液压密闭式炼胶机12和回油箱13组成；各元器件之间通过液压管件连接实现，其控制系统压力油的油路方向：由节流阀6开始经过比例伺服阀4左位通道油路，流经液压安全锁5，进入左油缸7和右油缸8下腔，推动左活塞杆9和右活塞杆10向上运动，从而带动压砣11动作，从左油缸7和右油缸8上腔压力油通过比例伺服阀4左位通道油路回油至回油箱13；信号控制及执行方向：压力控制器1接受反馈压力传感器2信号输出开关量控制放大器3，液压安全锁5，控制放大器3接受信号后，控制比例伺服阀4动作，比例伺服阀4，液压安全锁5的控制执行机构左油缸7和右油缸8，左活塞杆9，右活塞杆10，压砣11动作。
本发明的有益效果是，液压密炼机上顶栓在工作循环的压力控制是以压力控制器为控制核心，根据液压密炼机上顶栓工作循环的不同位置采用开环控制和开环控制相结合的控制方法，按设定规律控制上顶栓的动作，这样液压密炼机上顶栓比传统的控制方法具有更高的运行效率、提高了检测精度和系统可靠性，从而达到更好的炼胶质量：既不会出现胶料“糊胶”，又不会出现胶料搅拌不匀、“生胶”现象，保护了设备，保证炼胶质量。
附图说明
图1是本发明的液压密炼机上顶栓控制方法和控制系统的原理图。图中，1压力控制器，2反馈压力传感器，3放大器，4比例伺服阀，5液压安全锁，6节流阀，7左油缸，8右油缸，9左活塞杆，10右活塞杆，11压砣，12液压密闭式炼胶机，13回油箱。
图2是本发明的上顶栓工作过程与控制电压关系图。图中，a、b、d、e、f表示压力控制器输出的斜坡电压，c表示振荡电压。纵坐标表示控制电压，横坐标表示随时间改变对应液压密炼机上顶栓工作循环位置变化。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。液压密炼机上顶栓一次炼胶过程动作原理为：左油缸7和右油缸8接受压力控制器1根据总控PLC系统的24V的快速下降、缓慢下降、快速上升、缓慢上升、停止开关量信号，输出不同数值大小的模拟电压，经放大器3放大后控制比例伺服阀4，至比例伺服阀4右位通道，实现左油缸7和右油缸8进油，比例伺服阀4为三位四通电磁比例阀，调整节流阀6阀口开度，调整流量，从而控制左活塞杆9和右活塞杆10的运动，最终带动压砣11的快速下降、缓慢下降、冲压、快速上升、缓慢上升、停止运动，实现炼胶。图2表示一次炼胶的过程中液压密炼机上顶栓工作循环位置随时间改变对应压力控制器1输出的电压值。下面结合图1、图2，说明液压密炼机上顶栓压力控制方法和控制系统：当压力控制器1接受现场总控PLC系统快速下降的信号后，一次炼胶过程从原始位置开始进入快速下降状态：为开环比例控制状态，首先左油缸7和右油缸8接收的24V快速下降开关量信号，压力控制器输出1从0V开始按照斜率为每周期12ms增加电压幅值0.8V逐渐提高模拟电压幅值，直到输出电压达到-5V，见图2的斜坡a，此输出电压经放大器3放大后控制，比例伺服阀4换向至右位通道，实现压砣11下降，并且根据电压幅值逐渐增大，控制节流阀6阀口开度，调整流量逐渐增大，从而使左油缸7和右油缸8内上腔的进油速度逐渐增大，实现压砣11快速下降，接着进入缓慢下降状态：缓慢下降是为了让压砣11缓慢接触胶料，提高炼胶质量。工作过程是压力控制器1接收到现场总控PLC系统的24V缓慢下降开关量信号，然后压力控制器1输出从-5V开始按照斜率为每周期12ms降低电压幅值0.8V逐渐减小电压幅值，直到输出电压达到-2V，见图2中的斜坡b，此输出电压经放大器3放大后控制比例伺服阀4，因为电压仍为负电压，所以比例伺服阀4不换向，根据电压幅值减小，逐渐控制节流阀6阀口开度逐渐减小，从而使左油缸7和右油缸8内上腔的进油速度逐渐减慢，实现压砣11缓慢下降，下降后进入冲压状态：为闭环控制状态，冲压就是炼胶的过程，冲压过程中控制方法是动态输出模拟电压值。压砣11压住胶料后液压密炼机12内的一对转子通过旋转撕碎胶料实现炼胶。这一过程中胶料受到压砣11的压力要恒定，这样才能保证炼胶质量。通过安装在左油缸7和右油缸8上下腔油路上的两个传感器2，来计算并判断压砣11对胶料的压力是否恒定。因为反作用力是不断变化的，所以本控制方法在冲压的过程中输出电压是不断变化的。即电压处于振荡状态，如图2中c所示，但当胶料炼好后胶料对压砣11的反作用力几乎为0，所以这时将输出0V电压值，调整节流阀6阀口，关闭油路，此过程需要接受压力反馈信号，处于闭环控制状态；然后进入快速上升状态：为开环比例控制状态，总控PLC系统通过检测液压密炼机12内的温度、压力参数判断胶料是否炼好，若炼好则输出给压力控制器1的24V快速上升开关量信号，然后压力控制器1输出从0V开始按照斜率为每周期12ms增加电压幅值0.8V，逐渐提高电压幅值，直到输出电压达到+5V，见图2的斜坡d，此输出电压经放大器3放大后控制比例伺服阀4换向左位通道，左油缸7和右油缸8下腔进油，实现压砣11上升，根据电压幅值的逐渐增大，控制增大节流阀6阀口开度，从而使左油缸7和右油缸8内下腔的进油速度逐渐增大，实现压砣11快速上升，处于开环控制状态，然后进入缓慢上升状态：缓慢上升是为了让压砣11缓慢接触其初始位置横梁，以免速度太快撞坏横梁。工作过程是压力控制器1接收到总控PLC系统的24V缓慢上升开关量信号，然后控制器1从+5V电压开始按照斜率为每周期12ms降低电压幅值0.8V逐渐减小，输出电压幅值，直到输出电压达到+2V，见图2的斜坡e，此输出电压经放大器3放大后控制比例伺服阀4，因为电压仍为正电压所以比例伺服阀4不换向，根据电压幅值的逐渐减小。控制节流阀6阀口开度，逐渐减小，从而使左油缸7和右油缸8内下腔的进油，速度逐渐减慢，实现压砣11缓慢上升，最后进入停止状态：压力控制器1如果没有接受到总控PLC系统的任何信号，此时开始逐渐减小输出电压幅值直至为0，这样就关闭了比例伺服阀4，压砣11停止运动。压力控制器1最主要功能是要实现冲压的过程中压砣11对胶料的实际压力与设定的压砣11对胶料的压力相等，这样才能保证炼胶质量。在控制方法中实际压力与设定压力都表现为电压幅值。
在以上液压密炼机炼胶循环过程中，通过压力控制器信号检测，判断压砣不同的循环位置，通过增减电压的幅值和改变电压的方向，结合反馈压力信号的判断，实现开环控制和闭环控制的切换，既不会出现胶料“糊胶”，又不会出现胶料搅拌不匀、“生胶”现象，保护了设备，保证炼胶质量。

Claims (2)

1.一种液压密炼机上顶栓压力控制方法，其特征是，一种液压密炼机上顶栓压力控制方法，在液压密炼机上顶栓一个工作循环中，采用一定斜率方式对电压幅值进行控制；根据液压上顶栓工作循环的不同位置采用开环控制和开环控制相结合的控制方法，按设定规律控制上顶栓的动作：由原位→快速下降→缓慢下降→冲压→快速上升→缓慢上升→原位的位置切换；通过压力控制器采集设定的压力、油缸反馈压力信号，并进行分析处理，当液压密炼机压砣接收信号后，一次炼胶过程从原始位置开始进行：
1)快速下降：为开环比例控制状态，左油缸(7)和右油缸(8)的压力控制器(1)接收到总控PLC系统快速下降开关量信号，压力控制器(1)输出电压经放大器(3)放大后控制比例伺服阀(4)换向至右位通道，实现下降油路，并且根据电压控制节流阀(6)开口开度逐渐增大，从而使左油缸(7)和右油缸(8)内上腔的进油速度逐渐增大，实现压砣(11)快速下降；
2)缓慢下降：工作过程是压力控制器(1)接收到总控PLC系统缓慢下降开关量信号，压力控制器(1)输出电压经放大器(3)放大后控制比例伺服阀(4)至右位通道，控制节流阀(6)油路阀口开度逐渐减小，左油缸(7)和右油缸(8)内上腔的进油速度逐渐减慢，实现压砣(11)缓慢下降；
3)冲压：为闭环控制状态，压力控制器(1)接受压力安装在左油缸(7)和右油缸(8)上下腔油路上的两个传感器(2)反馈信号，输出电压，关闭油路；
4)快速上升：为开环比例控制状态，总控PLC系统输给压力控制器(1)快速上升开关量信号，然后上顶栓压力控制器(1)输出电压经放大器(3)放大后，控制比例伺服阀(4)换向左位通道上升油路，控制节流阀(6)油路阀口开度，逐渐增大，从而使左油缸(7)和右油缸(8)内下腔的进油速度逐渐增大，实现压砣(11)快速上升；
5)缓慢上升：压力控制器(1)接收到总控PLC系统缓慢上升开关量信号，压力控制器(1)输出电压经放大器(3)放大后控制比例伺服阀(4)至右位通道，控制节流阀(6)阀口开度逐渐减小，从而使左油缸(7)和右油缸(8)内下腔的进油速度逐渐减慢，实现压砣(11)缓慢上升；
6)停止：压力控制器(1)如果没有接受到总控PLC系统的任何信号，此时开始逐渐减小输出模拟电压幅值直至为0，关闭比例伺服阀(4)，压砣(11)停止运动。
2.根据权利要求1所述的一种液压密炼机上顶栓压力控制方法采用的控制系统，其特征是，控制系统由压力控制器(1)，反馈压力传感器(2)，放大器(3)，比例伺服阀(4)，液压安全锁(5)，节流阀(6)，左油缸(7)，右油缸(8)，左活塞杆(9)，右活塞杆(10)，压砣(11)，液压密闭式炼胶机(12)和回油箱(13)组成，各元器件之间通过液压管件连接实现的；压力油的油路方向由节流阀(6)开始，经过比例伺服阀(4)左位通道，流经液压安全锁(5)，进入左油缸(7)和右油缸(8)下腔，推动左活塞杆(9)和右活塞杆(10)向上运动，从而带动压砣(11)动作，从左油缸(7)和右油缸(8)上腔压力油经过比例伺服阀(4)回油至回油箱(13)，压力油的油路方向由节流阀(6)开始，经过比例伺服阀(4)右位通道，流经液压安全锁(5)，进入左油缸(7)和右油缸(8)上腔，推动左活塞杆(9)和右活塞杆(10)向下运动，从而带动压砣(11)动作，从左油缸(7)和右油缸(8)下腔压力油经过比例伺服阀(4)回油至回油箱(13)；信号控制及执行方向为压力控制器(1)接受反馈压力传感器(2)信号输出开关量控制放大器(3)，液压安全锁(5)，控制放大器(3)接受信号后，控制比例伺服阀(4)动作，液压安全锁(5)控制执行机构左油缸(7)和右油缸(8)，左活塞杆(9)和右活塞杆(10)，压砣(11)动作。
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