CN102513369B

CN102513369B - 液压伺服模拟控制方法

Info

Publication number: CN102513369B
Application number: CN2011104105615A
Authority: CN
Inventors: 卢权观
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2031-12-09
Also published as: CN102513369A

Abstract

液压伺服模拟控制装置，它由两个电流表、电阻、电容及三级功率放大器组成，其中DO与WO为液压伺服功放装置的两个输入接口，MA1与MA2模拟传动侧、工作侧伺服阀的工作电流，R7_1_1、R 7_4_1为电流限流电阻；R7_1_2、R7_1_3、C7_1、R7_1_4、A7_1组成惯性环节与P7_2、C7_2、R7_2_1、A7_2组成的积分环节与R7_3_1、P7_3、A7_3、R7_3_2组成的放大环节一路模拟伺服阀与液压缸，DS_1、DS_2模似辊缝传感器的一路或两路输出信号，R7_4_2、R7_4_3、C7_4、R7_4_4、A7_4组成的惯性环节与P7_5、C7_5、R7_5_1、A7_5组成的积分环节与R7_6_1、P7_6、A7_6、R7_6_2组成的放大环节模拟另一路伺服阀与液压缸，WS_1、WS_2模拟辊缝传感器的两路输出信号。本发明解决了工业计算机控制系统的在线调节闭环调试问题，可以模拟液压伺服设备及位移传感器进行动态调试。

Description

液压伺服模拟控制方法

技术领域

本发明属于自动化控制技术领域，主要用于轧钢，具体涉及液压伺服模拟控制装置及其方法。

背景技术

在液压伺服控制系统中，其伺服部件都是由伺服阀、溢流阀、比例阀等组成，用以控制液压缸等大型液压设备，这些伺服部件的控制电流一般都为数十毫安至几安以上，电气控制系统或计算机输出控制信号必须经驱动放大后才能控制伺服阀、比例阀等伺服装置，最终驱动油缸或其它大型液压设备达到控制的目的。

在计算机控制系统或电气自动控制系统中完成对这些大型液压系统设备的闭环调试，至少需几天甚至数周的时间，其间为了完成在线闭环控制，相关设备必须停产专门用于调试，有时为一个运行过程中的小问题必须把所有的设备都开起来，不仅耗时、耗能，而且整个控制系统在调试期间存在一定的设备及其它安全风险。

发明内容

本发明目的是克服上述已有技术的不足，提供一种精度高、响应速度快、使用可靠方便的液压伺服模拟控制装置及控制方法，用来动态模拟大型液压设备，用于自动控制系统对液压设备进行闭环调试和模拟控制，通过调节动态参数来解决自动控制系统中出现的问题或故障。

本发明的技术方案如下：本发明由液压伺服模拟装置、液压伺服模拟装置在液压压下计算机控制系统中用于进行液压设备的动态模拟控制方法和液压伺服模拟装置在伺服液压位置自动控制系统中用于进行液压设备的动态模拟控制方法三部分组成。

其中液压伺服模拟装置由电流表MA１、电流表MA２、电阻、电容及三级功率放大器组成。

液压伺服模拟装置用于液压压下计算机控制系统在调试时动态模拟液压缸及传感器并与液压压下计算机控制系统形成闭环以模拟进行液压压下计算机在线调试运行。其中DO与WO为液压伺服功放装置的两个输入接口，相当于传动侧、工作侧伺服阀的控制接口，MA1与MA2模拟传动侧、工作侧伺服阀的工作电流,R7_1_1、R7_4_1为电流限流电阻，通过电流的变化可观察两侧伺服阀工作情况。R7_1_2、R7_1_3、C7_1、R7_1_4、A7_1组成惯性环节与P7_2、C7_2、R7_2_1、A7_2组成的积分环节与R7_3_1、P7_3、A7_3、R7_3_2组成的放大环节一路模拟伺服阀与液压缸，DS_1、DS_2模似辊缝传感器的两路输出信号，当然也可以只用其中一路信号。同理R7_4_2、R7_4_3、C7_4、R7_4_4、A7_4组成的惯性环节与P7_5、C7_5、R7_5_1、A7_5组成的积分环节与R7_6_1、P7_6、A7_6、R7_6_2组成的放大环节模拟另一路伺服阀与液压缸，WS_1、WS_2模拟辊缝传感器的两路输出信号。这样在不在线的情况下，该单元可模拟从伺服阀、液压缸至位移传感器环节，与计算机控制系统一起形成闭环，从而可模拟动态调试液压伺服系统的大多状态包括辊缝设定、增益调节、电流监测、伺服阀动作、液压缸运行等状态。

在液压压下计算机控制系统中包括计算机上位机部分、计算机下位机部分、液压伺服功放装置，首先上位机通过人机界面把各种数据库信息、辊缝设定等各种参数经通讯口传至下位机，下位机计算机通过输入接口接受来自从液压伺服模拟机单元中的移位传感器模拟信号，模拟传动侧辊缝信号DS_1、DS_2、模拟操作侧辊缝信号WS_1、WS_2，在下位机的CPU中把上位机信息、各传感器等各种信息经综合运算后输出控制信号，控制信号经计算机输出接口输出五路控制信号：传动侧控制DCI、传动侧同步控制DT、操作侧控制WCI、操作侧同步WT、快卸控制CO_KX，这些控制信号输入至液压伺服功放装置的输入接口中。这些信号在多功能液压伺服功装置中经放大后输出两路信号，传动侧伺服阀电流信号DO、操作侧伺服阀电流信号WO，这些信号进入液压伺服模拟控制装置的相应模拟接口，模拟伺服阀及所驱动的液压缸所进行的动作，其动作变化通过液压伺服模拟控制装置所输出的模拟四路位移传感器信号即DS_1、DS_2、WS_1、WS_2反映出来，该四路位移传感信号反馈至计算机下位机的辊缝输入接口，即DS_1端、DS_2端、WS_1端、WS_2端，这样就形成了一个闭环控制，从而可模拟进行各种计算机控制，对计算机控制系统模拟运行调试，对计算机的动态参数进行调整，达到液压压下计算机控制系统各种参数所要求的最佳控制目标。液压伺服模拟装置在伺服液压位置自动控制系统中进行液压设备的动态模拟控制方法，在液压伺服位置控制系统中，液压伺服位置控制系统输入接口接受来自从液压伺服模拟机单元中的位置传感器模拟信号以模拟传动侧位置信号DS_1、DS_2、模拟操作侧位置信号WS_1、WS_2、还有通过电压信号输入的位置设定信号SD，即要求液压设备所控制位置应达到的目标即位置设定号SD所要求的值。这些信号进入伺服液压位置自动控制系统中的输入接口中，在伺服液压位置自动控制系统中内部的综合运算单元进行运算后，这些运算后的信号经同步单元、继电保护单元、经伺服放大后输出两路信号，传动侧伺服阀电流信号DO、操作侧伺服阀电流信号WO，这些信号进入液压伺服模拟控制装置中的模拟输入接口，模拟伺服阀及所驱动的液压缸（两个液压缸传动侧一个、操作侧一个）所进行的动作，其动作变化通过液压伺服模拟机单元所输出的模拟四路位置传感器信号反映出来，该四路位置传感信号反馈至液压伺服功放装置的位置输入接口，即DS_1端、DS_2端、WS_1端、WS_2端，这样就形成了一个闭环控制，从而可模拟进行伺服位置的控制，对液压伺服控制系统模拟运行调试，达到位置参数所要求的最佳控制目标。

本发明运行可靠、精度高、维护便利，既可用于自动控制中对液压设备模拟在线闭环调试，也可用于动态检查计算机控制系统故障，实践证明该装置非常值得在工业企业的自动控制系统中推广应用。

附图说明

图1是液压伺服模拟装置在液压压下计算机控制系统中进行液压设备的动态模拟控制方法的结构方框图。

图2是液压伺服模拟装置在伺服液压位置自动控制系统中进行液压设备的动态模拟控制方法的结构方框图。

图3是本发明中液压伺服模拟装置的结构图。

具体实施方法

本发明的非限定实施例如下：

实施例一. 本实施例是在山西太钢不锈钢股份有限公司不锈热轧厂四辊轧机液压压下计算机控制系统进行调试运行的。

在不锈热轧厂四辊轧机压下控制系统中，液压伺服系统的驱动需数十毫安至几安以上的电流，通过三级放大，先把来自计算机输出的信号加以线性放大，然后把这个放大的信号送至液压装置如各种伺服阀、溢流阀等，最后再通过这些阀以驱动液压缸、轧辊等大型设备。

图３所示，液压伺服模拟装置由电流表MA１、电流表MA２、电阻、电容及三级功率放大器组成。

液压伺服模拟装置可以代替液压设备用于计算机控制系统闭环控制，不仅可以模拟液压缸动作功能，还可模拟传感器输出信号功能，通过把从伺服阀电流输入开始至液压缸，最后位移传感器输出位移，用一个装置来实现，动态模拟液压设备，用于计算机控制系统的模拟调试。

液压伺服模拟装置用于液压压下计算机控制系统在调试时动态模拟液压缸及传感器并与液压压下计算机控制系统形成闭环以模拟进行液压压下计算机在线调试运行。

其中DO与WO为液压伺服功放装置的两个输入接口，相当于传动侧、工作侧伺服阀的控制接口，MA1与MA2模拟传动侧、工作侧伺服阀的工作电流,R7_1_1、R７_4_1为电流限流电阻，通过电流的变化可观察两侧伺服阀工作情况。R7_1_2、R7_1_3、C7_1、R7_1_4、A7_1组成惯性环节与P7_2、C7_2、R7_2_1、A7_2组成的积分环节与R7_3_1、P7_3、A7_3、R7_3_2组成的放大环节一路模拟伺服阀与液压缸，DS_1、DS_2模似辊缝传感器的两路输出信号，当然也可以只用其中一路信号。同理R7_4_2、R7_4_3、C7_4、R7_4_4、A7_4组成的惯性环节与P7_5、C7_5、R7_5_1、A7_5组成的积分环节与R7_6_1、P7_6、A7_6、R7_6_2组成的放大环节模拟另一路伺服阀与液压缸，WS_1、WS_2模拟辊缝传感器的两路输出信号。这样在不在线在情况下，该单元可模拟从伺服阀、液压缸至位移传感器环节，与计算机控制系统一起形成闭环，从而可模拟动态调试液压伺服系统的大多状态包括辊缝设定、增益调节、电流监测、伺服阀动作、液压缸运行等状态。

图1所示，液压伺服模拟装置在液压压下计算机控制系统中进行液压设备的动态模拟控制方法，液压伺服模拟控制装置的输入为液压功放装置的输出，液压伺服模拟装置的输出直接进入计算机传感器输入接口，其与计算机下位机、上位机、液压功放装置形成了一个闭环系统。从计算机上位机上发出指令，经通讯口传至下位机，下位机输出信号驱动液压功放装置工作，液压功放装置的输出驱使“液压伺服模拟装置”工作使其按照计算机的指令进行动作，在动作过程中的位移变化量通过模拟传感器DS_1、DS_２、WS_１、SW_２反映出来，其还可以在上位机上显示出来，模拟液压设备动态工作情况，最终达至上位机计算机要求的目的。在这个过程中，不仅可以对计算机控制系统进行动态模拟调试，进行一些动态参数如增益、电流放大倍数等的调整，而且若生产中控制系统中有问题，或者实际设备中发生故障时完全可以转至液压伺服模拟控制装置进行分析解决问题，通过在动态调试过程中查找计算机控制系统中包括上位机、下位机及液压功放装置中的故障和问题。

首先上位机通过人机界面把各种数据库信息、辊缝设定等各种参数经通讯口传至下位机，下位机计算机通过输入接口接受来自从液压伺服模拟机单元中的移位传感器模拟信号，模拟传动侧辊缝信号DS_1、DS_2、模拟操作侧辊缝信号WS_1、WS_2，在下位机的CPU中把上位机信息、各传感器等各种信息经综合运算后输出控制信号，控制信号经计算机输出接口输出五路控制信号：传动侧控制DCI、传动侧同步控制DT、操行侧控制WCI、操作侧同步WT、快卸控制CO_KX，这些控制信号输入至液压伺服功放装置的输入接口中。这些信号在多功能液压伺服功装置中经放大后输出两路信号，传动侧伺服阀电流信号DO、操作侧伺服阀电流信号WO，这些信号进入液压伺服模拟控制装置的相应模拟接口，模拟伺服阀及所驱动的液压缸所进行的动作，其动作变化通过液压伺服模拟控制装置所输出的模拟四路位移传感器信号即DS_1、DS_2、WS_1、WS_2反映出来，该四路位移传感信号反馈至计算机下位机的辊缝输入接口，即DS_1端、DS_2端、WS_1端、WS_2端，这样就形成了一个闭环控制，从而可模拟进行各种计算机控制，对计算机控制系统模拟运行调试，对计算机的动态参数进行调整，达到液压压下计算机控制系统各种参数所要求的最佳控制目标。

图2所示，液压伺服模拟装置在伺服液压位置自动控制系统中进行液压设备的动态模拟控制方法，液压伺服位置控制系统输入接口接受来自从液压伺服模拟机单元中的位置传感器模拟信号以模拟传动侧位置信号DS_1、DS_2、模拟操作侧位置信号WS_1、WS_2、还有通过电压信号输入的位置设定信号SD，即要求液压设备所控制位置应达到的目标即位置设定号SD所要求的值。这些信号进入伺服液压位置自动控制系统中的输入接口中，在伺服液压位置自动控制系统中内部的综合运算单元进行运算，运算后的信号经同步单元、继电保护单元、经伺服放大后输出两路信号，传动侧伺服阀电流信号DO、操作侧伺服阀电流信号WO，这些信号进入液压伺服模拟控制装置中的模拟输入接口，模拟伺服阀及所驱动的液压缸（两个液压缸传动侧一个、操作侧一个）所进行的动作，其动作变化通过液压伺服模拟机单元所输出的模拟四路位置传感器信号反映出来，该四路位置传感器信号反馈至液压伺服功放装置的位置输入接口，即DS_1端、DS_2端、WS_1端、WS_2端，这样就形成了一个闭环控制，从而可模拟进行伺服位置的控制，对液压伺服控制系统模拟运行调试，达到位置参数所要求的最佳控制目标。

实践证明，本发明具有非常高的实时模拟动态功能，解决了设备改造前期调试过程中调试时间长、在线调试成本高的问题，且动态模拟调试好的一些参数实际在线调试后调整量都不大，有些基本不再调整，对于没有在线调试条件或在线调试条件不具备情况下，需进行计算机液压控制系统设备调试不失为最佳选择。液压伺服模拟控制装置成本低、简单可靠，维护方便，不仅用来进行计算机控制系统动态闭环调试，还可以用来查找生产过程中计算机控制系统中或相关环节的故障。液压伺服模拟控制装置的应用大大提高了自动化设备效率，显著提高了设备控制精度，提高了经济性能及竞争能力，提高不锈热轧厂不锈中板的市场竞争力，年创效达210万元以上。

本发明的经济效益的计算过程：以每次液压压下计算机控制系统调试时间计算，正常液压压下计算机控制系统在线调试时间至少七天以上，其中启动的设备包括高压泵250千瓦以上，平衡系统高压泵200千瓦以上，中压泵50千瓦以上，这样调试总功率达500千瓦，以一天20小时计算，每天消耗电量为5000千瓦小时，以每度电0.5元计算，一天仅电量就消耗费用就高达0.5万元，若采用液压伺服模拟控制装置进行计算机控制系统模拟在线调试，调试时间至少可提前三天完成，仅电费至少可节省5000×20×0.5×3=1.5万元。

仅以山西太钢不锈钢股份有限公司不锈热轧厂一个厂每天利润70万元计算，提前完成三天调试至少可创效3×70万元=210万元。

这还未计算调试期间能源，水，油及其它设备损耗。

Claims

1.液压伺服模拟控制方法，其特征是它由液压伺服模拟装置，液压伺服模拟装置在液压压下计算机控制系统中进行液压设备的动态模拟控制方法，液压伺服模拟装置在伺服液压位置自动控制系统中进行液压设备的动态模拟控制方法三部分组成；

所述液压伺服模拟装置，它由电流表MA１、电流表MA２、电阻、电容及三级功率放大器组成，其中DO与WO为液压伺服功放装置的两个输入接口，相当于传动侧、工作侧伺服阀的控制输出接口，MA1与MA2模拟传动侧、工作侧伺服阀的工作电流,R7_1_1、R７_4_1为电流限流电阻，通过电流的变化可观察两侧伺服阀工作情况；电阻R7_1_2、电阻R7_1_3、电容C7_1、电阻R7_1_4、放大器A7_1组成惯性环节与可变电阻P7_2、电容C7_2、电阻R7_2_1、放大器A7_2组成的积分环节与电阻R7_3_1、可变电阻P7_3、放大器A7_3、电阻R7_3_2组成的放大环节一路模拟伺服阀与液压缸；电阻R7_4_2、电阻R7_4_3、电容C7_4、电阻R7_4_4、放大器A7_4组成的惯性环节与可变电阻P7_5、电容C7_5、电阻R7_5_1、放大器A7_5组成的积分环节与电阻R7_6_1、可变电阻P7_6、放大器A7_6、电阻R7_6_2组成的放大环节模拟另一路伺服阀与液压缸；液压缸有两个，其中传动侧一个、操作侧一个；

所述液压伺服模拟装置在液压压下计算机控制系统中进行液压设备的动态模拟控制方法，首先上位机通过人机界面把各种数据库信息、辊缝设定参数经通讯口传至下位机，下位机计算机通过输入接口接受来自从液压伺服模拟装置中的位移传感器模拟信号，模拟传动侧辊缝信号DS_1、DS_2，模拟操作侧辊缝信号WS_1、WS_2，在下位机的CPU中把上位机信息、各传感器的各种信息经综合运算后输出控制信号，控制信号经计算机输出接口输出五路控制信号：传动侧控制DCI、传动侧同步控制DT、操作侧控制WCI、操作侧同步WT、快卸控制CO_KX，这些控制信号输入至液压伺服功放装置的输入接口中；这些信号在多功能液压伺服功放装置中经放大后输出两路信号，传动侧伺服阀电流信号DO、操作侧伺服阀电流信号WO，这些信号进入液压伺服模拟装置的相应模拟接口，模拟伺服阀及所驱动的液压缸所进行的动作，液压缸动作变化通过液压伺服模拟装置所输出的模拟四路位移传感器信号反映出来，该四路位移传感器信号反馈至计算机下位机的辊缝输入接口，这样就形成了一个闭环控制，从而可模拟进行各种计算机控制，对计算机控制系统模拟运行调试，对计算机的动态参数进行调整，达到液压压下计算机控制系统各种参数所要求的最佳控制目标；

所述液压伺服模拟装置在伺服液压位置自动控制系统中进行液压设备的动态模拟控制方法，液压伺服位置控制系统输入接口接受来自从液压伺服模拟装置中的位移传感器模拟信号以模拟传动侧位置信号、模拟操作侧位置信号、还有通过电压信号输入的位置设定信号SD，即要求液压设备所控制位置应达到的目标即位置设定信号SD所要求的值；这些信号进入伺服液压位置自动控制系统中的输入接口中，在伺服液压位置自动控制系统中内部的综合运算单元进行运算，运算后的信号经伺服功放装置放大后输出两路信号，传动侧伺服阀电流信号DO、操作侧伺服阀电流信号WO，这些信号进入液压伺服模拟装置中的模拟输入接口，模拟伺服阀及所驱动的液压缸进行动作，液压缸动作变化通过液压伺服模拟装置所输出的模拟另四路位移传感器信号反映出来，这四路位移传感信号反馈至液压伺服功放装置的位置输入接口，这样就形成了一个闭环控制，从而模拟进行伺服位置的控制，对液压伺服控制系统模拟运行调试，达到位置参数所要求的最佳控制目标。