CN102328888B - 液压伺服同步升降装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种异形坯连铸机的中间罐车的高精度液压伺服同步升降装置及其控制方法。所述高精度液压伺服同步升降装置包括：多个液压执行机构，所述多个液压执行机构中的每个包括伺服缸、伺服阀；液压站，通过液压管路与所述多个液压执行机构连接，以形成液压回路；传感器，分别安装在各个伺服缸上，用于检测相应的伺服缸的活塞杆的位移；中央控制器，预设伺服缸的活塞杆的位移或速度的理想曲线并通过控制线路与各个传感器通信，并将传感器检测到的结果与中央控制器内预设的伺服缸的活塞杆的位移或速度的理想曲线进行比较，从而控制所述多个液压执行机构的操作。

Description

液压伺服同步升降装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种液压伺服同步升降装置及其控制方法，尤其涉及一种高精度液压伺服同步升降装置及其控制方法。

背景技术

在现有技术中，近终形异形坯连铸机中间罐车的升降通过4个液压缸驱动一个平台来实现。由于现有技术采用的中间罐车同步升降装置不能很好地控制升降过程中的同步精度，另外，异形坯结晶器腹板厚度较小(仅有90mm)，且保护浇注时水口外径为50mm，因此，现有的同步升降装置导致水口在下降过程中发生倾斜，当倾斜的水口进入结晶器时因碰到结晶器腹板内壁而容易导致水口折断，致使保护浇注不能顺利进行。

因此，本发明提供一种用于中间罐车的高精度液压伺服同步升降装置及其控制方法，以解决现有技术中中间罐车同步升降精度过大的问题，从而满足保护浇注生产工艺要求。

发明内容

本发明目的在于提供一种高精度液压伺服同步升降装置及其控制方法，以解决异形坯连铸机保护浇注时中间罐车升降同步精度差的问题，进而实现保护浇注升降装置。

根据本发明的目的，提供一种液压伺服同步升降装置，包括：多个液压执行机构，所述多个液压执行机构中的每个包括伺服缸、伺服阀；液压站，通过液压管路与所述多个液压执行机构连接，以形成液压回路；传感器，分别安装在各个伺服缸上，用于检测相应的伺服缸的活塞杆的位移；中央控制器，预设伺服缸的活塞杆的位移或速度的理想曲线并通过控制线路与各个传感器通信，并将传感器检测到的结果与中央控制器内预设的伺服缸的活塞杆的位移或速度的理想曲线进行比较，从而控制所述多个液压执行机构的操作。

所述多个液压执行机构中每个的伺服缸的一端与升降平台相连，另一端与支撑构件相连，伺服阀安装在伺服缸上。

所述升降平台是中间包升降平台，支撑构件是中间罐车车体。

中间罐车车体设置有多个竖直导轨，以引导中间包升降平台的升降运动。

所述多个液压执行机构中的每个还包括液压阀块，在液压阀块内安装有零泄漏定位电磁球阀A和压力补偿器B。

传感器是位移传感器、速度传感器或者流量传感器。

中央控制器包括PLC控制器和伺服控制器，伺服控制器具有压力和流量校正单元以及曲线生成器，曲线生成器根据工艺要求产生所述预设的伺服缸的活塞杆的位移或速度的理想曲线，PLC控制器将所述位移或速度的理想曲线传送给中央控制器。

根据本发明的目的，提供一种液压伺服同步升降装置的控制方法，该控制方法包括以下步骤：中央控制器根据工艺要求生成关于伺服缸的活塞杆的位移或速度的理想曲线；位移传感器检测对应的伺服缸的活塞杆的位移并向中央控制器反馈检测结果；中央控制器根据位移传感器的检测结果以所述位移或速度的理想曲线作为参照曲线来控制所有伺服缸的活塞杆的运动。

控制方法还包括：中央控制器判断任意两个伺服缸的活塞杆之间的位移误差是否大于或等于第一误差值，当任意两个液压执行机构的伺服缸的活塞杆的位移误差大于或等于第一误差值时，中央控制器控制所有伺服缸停止运动，当任意两个伺服缸的活塞杆的位移误差小于第一误差值时，中央控制器控制伺服缸的活塞杆继续运动。

控制方法还包括：中央控制器以所述理想曲线为跟踪目标，判断每个伺服缸的活塞杆在某时刻的位移与所述理想曲线在该时刻的值之间的误差是否小于或等于第二误差值，其中，第二误差值小于第一误差值，当伺服缸的活塞杆在某时刻的位移与所述理想曲线在该时刻的值之间的误差小于或等于第二误差值时，中央控制器控制伺服缸的活塞杆保持现有速度，当一个或多个伺服缸的活塞杆在某时刻的位移与所述理想曲线在该时刻的值之间的误差大于第二误差值时，中央控制器通过伺服阀改变所述一个或多个伺服缸的活塞杆的运动速度。

控制方法还包括：中央控制器判断伺服缸的活塞杆是否运动到目标位置，当任意一个伺服缸的活塞杆运动到目标位置时，中央控制器向该伺服缸发出停止命令，使该伺服缸的活塞杆停留在所述目标位置，当所有伺服缸的活塞杆均未运动到所述目标位置时，中央控制器继续控制伺服缸的活塞杆的运动。

通过上述高精度液压伺服同步升降装置及其控制方法，本发明可以提高异形坯连铸机保护浇注时中间罐车同步升降精度，确保实现异形坯连铸机保护浇注功能。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面将会变得清楚且更加易于理解，在附图中：

图1是根据本发明的实施例的中间罐车同步升降装置的主视图；

图2是根据本发明的实施例的中间罐车同步升降装置的俯视图；

图3是根据本发明的实施例的中间罐车同步升降装置的液压系统的示意性视图；

图4是根据本发明的实施例的用于中间罐车同步升降装置的高精度同步控制方法的流程图。

【主要元件标号说明】

1：中间罐车同步升降装置

2：中间罐车车体

3：中间包升降平台

4：导向滑板

12：液压执行机构

13：液压站

14：位移传感器

15：中央控制器

121：伺服缸

122：伺服阀

123：液压阀块

131：液压管路

151：控制线路

具体实施方式

现在，将参照附图详细描述本发明的实施例。在整个附图中，相同的标号始终指示相同的元件。

图1是根据本发明的实施例的中间罐车同步升降装置的主视图，图2是根据本发明的实施例的中间罐车同步升降装置的俯视图，图3是根据本发明的实施例的中间罐车同步升降装置的液压系统的示意性视图。

如图1所示，根据本发明的实施例的中间罐车同步升降装置1的两端分别连接到中间罐车车体2和中间包升降平台3，中间包升降平台3通过中间罐车车体2上的多个导向滑板4与中间罐车车体2连接，从而中间罐车同步升降装置1可使中间包升降平台3平稳地升降。

如图1至图3所示，根据本发明的实施例的中间罐车同步升降装置1包括：多个液压执行机构12，所述多个液压执行机构12中的每个包括伺服缸121、伺服阀122；液压站13，通过液压管路131与所述多个液压执行机构12连接，以形成液压回路，伺服缸121、伺服阀122接收从液压站13输出的动力能源(即，压力油)；传感器14，安装在伺服缸121上，用于检测伺服缸121的活塞杆的位移；中央控制器15，预设伺服缸121的活塞杆的位移或速度的理想曲线并通过控制线路151与各个传感器14通信，并将传感器14检测到的结果与中央控制器15内预设的伺服缸121的活塞杆的位移或速度的理想曲线进行比较，从而控制所述多个液压执行机构12的操作。

其中，所述理想曲线是根据工艺参数要求，预先编制出的伺服缸121的运行轨迹曲线，该理想曲线可以是速度曲线、位移曲线等，该理想曲线是一个理想值曲线，是设计者为实现某一要求而希望达到的理论值。在本实施例中，该理想曲线具体是指4个伺服缸121运行的理想位移曲线，即要求4个伺服缸121沿同一条理想位移曲线进行运动，且每个伺服缸121的任意点位移参数与对应的理想曲线相对比，其偏差≤2mm。

如图1所示，所述多个液压执行机构12中每个的伺服缸121的一端(例如，底部)与中间包升降平台3相连，另一端(例如，顶部)与中间罐车车体2相连，以通过伺服缸121的活塞杆的运动来实现中间包升降平台3的上下运动。伺服阀122安装在伺服缸121上，用于控制伺服缸121的活塞杆的运动状态。此外，为了确保所述多个液压执行机构12的稳定，还可在所述多个液压执行机构12的每个中设置液压阀块123。优选地，液压阀块123中可安装有零泄漏定位电磁球阀A，以辅助伺服阀122使伺服缸121的活塞杆能够更加稳定地停留在任意位置。更优选地，还可在液压阀块123中设置压力补偿器B，以保证所述多个液压执行机构12中每个的油压恒定。

另外，中央控制器15包括PLC控制器和伺服控制器，伺服控制器具有压力和流量校正单元以及曲线生成器，曲线生成器根据工艺要求产生所述预设的伺服缸121的活塞杆的位移或速度的理想曲线，PLC控制器将所述位移或速度的理想曲线传送给中央控制器15。

在本实施例中，所述多个液压执行机构12和所述多个导向滑板4的数量均为4个，但是不限于此。可根据中间包升降平台的形状和载荷、液压执行机构的工作能力等因素设置液压执行机构的数量和位置。

另外，在本实施例中，用于检测所述多个液压执行机构12中每个的伺服缸121的活塞杆的运动状态的传感器14不限于位移传感器。可选地，可使用速度传感器或者流量传感器来代替位移传感器14，如果使用速度传感器，则可将速度传感器安装在与位移传感器14相同的位置，如果使用流量传感器，则可将流量传感器安装在伺服缸121的入口或出口处。相应地，中央控制器15内的曲线生成器可被修改为与流量参数对应。

如图1至图3所示，所述多个液压执行机构12中的每个通过控制线路151和液压管路131以并行的方式分别连接到中央控制器15和液压站13。

另外，所述多个液压执行机构12中每个的液压阀块123内的压力补偿器B在所述液压回路中起到恒压作用，以确保伺服缸121的活塞杆动作的灵敏性。液压阀块123内的零泄漏定位电磁球阀A能够实现伺服缸121的活塞杆长时间停留在任意位置。具体来讲，当伺服缸121的活塞杆运动时零泄漏定位电磁球阀A处于常开状态，当伺服缸121的活塞杆停止运动时零泄漏定位电磁球阀A处于关闭状态，起到保压作用，以实现中间包升降平台3能够长时间稳定在一个水平位置。

如图3所示，液压站13输出的压力油经液压管路131直接到达所述多个液压执行机构12，流入所述多个液压执行机构12中每个的液压阀块123中的压力补偿器B，然后经伺服阀122、液压阀块123中的零泄漏定位电磁球阀A流入伺服缸121中，压力油使伺服缸121的活塞杆运动，从而实现中间包升降平台3的升降。在所述多个液压执行机构12中每个的操作过程中，位移传感器14实时检测对应的伺服缸121的活塞杆的实际位移，并将检测到的实际位移反馈给中央控制器15，进而中央控制器15将位移传感器14检测的结果与所述理想曲线进行比较，以控制伺服阀122，从而保持或改变伺服缸121的活塞杆的运动状态。

从以上描述清楚的是，在中间罐车同步升降装置1的升降过程中，通过中央控制器15、位移传感器14、所述多个液压执行机构12中每个的伺服阀122来控制所有伺服缸121的活塞杆的同步升降精度。

下面参照附图描述根据本发明的实施例的用于中间罐车同步升降装置1的高精度同步控制方法。

图4是根据本发明的实施例的用于中间罐车同步升降装置的高精度同步控制方法的流程图。

参照图4，在生产过程中，首先输入工艺要求。作为示例，根据工艺要求，当所述多个液压执行机构12中任意两个的伺服缸121的活塞杆之间的位移误差大于或等于第一误差值时，系统需要立即自动停止。该工艺要求还可同时设定所述多个液压执行机构12中每个的伺服缸121的活塞杆的同步误差小于或等于第二误差值。

例如，在本实施例中，第一误差值可为10mm，第二误差值可为1mm。然而，第一误差值和第二误差值不限于上述数值，可根据生产需要设定第一误差值和第二误差值。

在步骤401中，中央控制器15的伺服控制器根据工艺要求通过位移或速度曲线生成器生成理想曲线，所述多个液压执行机构12中每个的伺服缸121的活塞杆在运动时都以所述理想曲线作为参照。

作为示例，中央控制器12将会根据所述多个液压执行机构12中每个的伺服缸121的活塞杆在某时刻的位移是否跟随所述理想曲线在该时刻的值来维持或改变其伺服缸121的活塞杆的现有速度。

接下来，控制流程前进到步骤402，在步骤402中，所述多个液压执行机构12中每个的位移传感器14检测对应的伺服缸121的活塞杆的实际位移，并将检测到的实际位移反馈给中央控制器15。

接下来，控制流程前进到步骤403，在步骤403中，中央控制器15将所述多个液压执行机构12中每个的伺服缸121的活塞杆的位移相互比较。如果任意两个伺服缸121的活塞杆之间的位移误差≥10mm(第一误差值)，则中央控制器15向所述多个液压执行机构12发出停止命令，从而通过伺服阀122使伺服缸121的活塞杆停止运动，结束控制流程；如果任意两个伺服缸121的活塞杆之间的位移误差＜10mm，则中央控制器向所述多个液压执行机构12发出命令，使伺服缸121的活塞杆继续运动，控制流程前进到步骤404。

在步骤404中，中央控制器15根据所述多个液压执行机构12中每个的伺服缸121、伺服阀122、位移传感器14的预定参数，以所述理想曲线为跟踪目标，随时将所述多个液压执行机构12中每个的伺服缸121的活塞杆的位移参数值与所述理想曲线比较。

在步骤404中，如果所述多个液压执行机构12中每个的伺服缸121的活塞杆在某时刻的位移与所述理想曲线在该时刻的值之间的误差≤1mm(第二误差值)，则控制流程前进到步骤405。

在步骤405中，中央控制器15向所述多个液压执行机构12中每个的伺服阀122的放大器发出保持现有速度的命令(即，根据误差≤1mm这个条件通过其伺服控制器的压力和流量校正单元产生的保持伺服缸121的活塞杆现有速度的命令)，以保持伺服阀122的当前开口度，进而保持伺服缸121的活塞杆的位移，并通过所述多个液压执行机构12中每个的位移传感器14将对应的伺服缸121的活塞杆的位移反馈回中央控制器15，从而实现所述多个液压执行机构12中每个的伺服缸121的活塞杆同步运动。

此外，如果在步骤404中确定所述多个液压执行机构12中的一个或多个液压执行机构中每个的伺服缸121的活塞杆在某时刻的位移与所述理想曲线在该时刻的值之间的误差＞1mm，则控制流程前进到步骤406。

在步骤406中，中央控制器15向所述一个或多个液压执行机构中每个的伺服阀122的放大器发出用于消除误差以跟随所述理想曲线的命令(即，根据误差＞1mm这个条件通过其伺服控制器的压力和流量校正单元产生的改变所述一个或多个液压执行机构中每个的伺服缸121的活塞杆现有速度的命令)，以改变伺服阀122的当前开口度，进而改变伺服缸121的活塞杆的速度，并通过所述一个或多个液压执行机构中每个的位移传感器14将对应的伺服缸121的活塞杆的位移反馈回中央控制器15，即，控制流程返回至步骤404。

另外，在步骤406中，中央控制器15同时还向所述多个液压执行机构12中除了所述一个或多个液压执行机构之外的液压执行机构(即，在步骤404中，中央控制器15确定其误差≤1mm)中的每个发出保持其伺服缸121的活塞杆现有速度的命令，从而实现所述多个液压执行机构12中每个的伺服缸121的活塞杆同步运动。

接下来，控制流程从步骤405前进到步骤407。

在步骤407中，如果中央控制器15通过位移传感器14检测到所述多个液压执行机构12中任意一个的伺服缸121的活塞杆运动到目标位置，中央控制器15向所述多个液压执行机构12中每个的伺服阀122发出命令，通过液压阀块123内的零泄漏定位电磁球阀A使伺服缸121的活塞杆长时间停留在该目标位置；如果所述多个液压执行机构12中每个的伺服缸121的活塞杆均未运动到预定位移位置，则控制流程返回步骤402，重复上述检测-比较-控制命令的步骤，中央控制器15继续控制伺服缸121的活塞杆运动。

根据工艺需要，可利用理想曲线来控制所述多个液压执行机构12提升、保持和/或降低中间包升降平台3。也就是说，可根据工艺需要设置所述多个液压执行机构12的运动路径。

从上述控制流程可以看出，所述多个液压执行机构12中每个的伺服阀122、中央控制器15、位移传感器14通过控制线路151形成闭环控制回路，该闭环控制回路可以满足速度和位移的高精度控制要求，由于该闭环控制回路的设定值采用了位移或速度曲线生成器，所以该闭环控制回路可以按照特殊的工艺曲线要求完成高精度的位置控制，即，该闭环控制回路同时控制所述多个液压执行机构12中每个的伺服缸121，从而达到伺服缸121的活塞杆的运动高精度同步的目标。

另外，从以上描述清楚的是，中央控制器15采用伺服控制器内的位移或速度曲线生成器生成的理想曲线，而不是直接采用所述多个液压执行机构12中任意一个的伺服缸121作为参照或者仅通过PLC控制器实现所述多个液压执行机构12中每个的伺服缸121的活塞杆同步运动，使得所述多个液压执行机构12中每个的伺服缸121的活塞杆同时参照所述理想曲线，所以所述多个液压执行机构12中每个的伺服缸121在运动地位上完全等同，这样可以获得更高的同步运动精度。

根据本发明的实施例的用于中间罐车的同步升降装置利用上述高精度同步控制方法，同时控制多个伺服缸来升降一个升降平台，从而满足高精度的同步控制要求。此外，虽然本发明以近终形异形坯连铸机中间罐车的升降装置为示例描述了本发明，但是本发明不限于于此，而是可以被广泛地应用于其它液压控制技术领域。

本发明不限于上述实施例，本领域技术人员应当认识到在不脱离由权利要求限定的本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行改变。

Claims (9)

1.一种液压伺服同步升降装置，所述液压伺服同步升降装置包括：多个液压执行机构，所述多个液压执行机构中的每个包括伺服缸、伺服阀；液压站，通过液压管路与所述多个液压执行机构连接，以形成液压回路；传感器，分别安装在各个伺服缸上，用于检测相应的伺服缸的活塞杆的位移， 

其特征在于，所述液压伺服同步升降装置还包括： 

中央控制器，预设伺服缸的活塞杆的位移或速度的理想曲线并通过控制线路与各个传感器通信，并将传感器检测到的结果与中央控制器内预设的伺服缸的活塞杆的位移或速度的理想曲线进行比较，从而控制所述多个液压执行机构的操作， 

其中，中央控制器被构造成：判断任意两个伺服缸的活塞杆之间的位移误差是否大于或等于第一误差值，当任意两个液压执行机构的伺服缸的活塞杆的位移误差大于或等于第一误差值时，中央控制器控制所有伺服缸停止运动，当任意两个伺服缸的活塞杆的位移误差小于第一误差值时，中央控制器控制伺服缸的活塞杆继续运动， 

其中，中央控制器还被构造成：以所述理想曲线为跟踪目标，判断每个伺服缸的活塞杆在某时刻的位移与所述理想曲线在该时刻的值之间的误差是否小于或等于第二误差值，其中，第二误差值小于第一误差值，当伺服缸的活塞杆在某时刻的位移与所述理想曲线在该时刻的值之间的误差小于或等于第二误差值时，中央控制器控制伺服缸的活塞杆保持现有速度，当一个或多个伺服缸的活塞杆在某时刻的位移与所述理想曲线在该时刻的值之间的误差大于第二误差值时，中央控制器通过伺服阀改变所述一个或多个伺服缸的活塞杆的运动速度。 

2.根据权利要求1所述的液压伺服同步升降装置，其中，所述多个液压执行机构中每个的伺服缸的一端与升降平台相连，另一端与支撑构件相连，伺服阀安装在伺服缸上。 

3.根据权利要求2所述的液压伺服同步升降装置，其中，所述升降平台是中间包升降平台，支撑构件是中间罐车车体。 

4.根据权利要求3所述的液压伺服同步升降装置，其中，中间罐车车体设置有多个竖直导轨，以引导中间包升降平台的升降运动。 

5.根据权利要求1所述的液压伺服同步升降装置，其中，所述多个液压执行机构中的每个还包括液压阀块，在液压阀块内安装有零泄漏定位电磁球阀A和压力补偿器B。 

6.根据权利要求1所述的液压伺服同步升降装置，其中，传感器是位移传感器、速度传感器或者流量传感器。 

7.根据权利要求1所述的液压伺服同步升降装置，其中，中央控制器包括PLC控制器和伺服控制器，伺服控制器具有压力和流量校正单元以及曲线生成器，曲线生成器根据工艺要求产生所述预设的伺服缸的活塞杆的位移或速度的理想曲线，PLC控制器将所述位移或速度的理想曲线传送给中央控制器。 

8.一种液压伺服同步升降装置的控制方法，包括以下步骤： 

中央控制器根据工艺要求生成关于伺服缸的活塞杆的位移或速度的理想曲线； 

位移传感器检测对应的伺服缸的活塞杆的位移并向中央控制器反馈检测结果； 

中央控制器根据位移传感器的检测结果以所述位移或速度的理想曲线作为参照曲线来控制所有伺服缸的活塞杆的运动， 

其中，中央控制器判断任意两个伺服缸的活塞杆之间的位移误差是否大于或等于第一误差值，当任意两个液压执行机构的伺服缸的活塞杆的位移误差大于或等于第一误差值时，中央控制器控制所有伺服缸停止运动，当任意两个伺服缸的活塞杆的位移误差小于第一误差值时，中央控制器控制伺服缸的活塞杆继续运动， 

其中，中央控制器以所述理想曲线为跟踪目标，判断每个伺服缸的活塞杆在某时刻的位移与所述理想曲线在该时刻的值之间的误差是否小于或等于第二误差值，其中，第二误差值小于第一误差值，当伺服缸的活塞杆在某时刻的位移与所述理想曲线在该时刻的值之间的误差小于或等于第二误差值时，中央控制器控制伺服缸的活塞杆保持现有速度，当一个或多个伺服缸的活塞杆在某时刻的位移与所述理想曲线在该时刻的值之间的误差大于第二误差值时，中央控制器通过伺服阀改变所述一个或多个伺服缸的活塞杆的运动速度。 

9.根据权利要求8所述的液压伺服同步升降装置的控制方法，还包括： 

中央控制器判断伺服缸的活塞杆是否运动到目标位置， 

当任意一个伺服缸的活塞杆运动到目标位置时，中央控制器向该伺服缸发出停止命令，使该伺服缸的活塞杆停留在所述目标位置， 

当所有伺服缸的活塞杆均未运动到所述目标位置时，中央控制器继续控制伺服缸的活塞杆的运动。 

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