CN104235109B

CN104235109B - 轴流压缩机伺服闭环冗余电液比例控制装置

Info

Publication number: CN104235109B
Application number: CN201410440256.4A
Authority: CN
Inventors: 郭俊杰
Original assignee: JIUJIANG HUANQIU SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: JIUJIANG HUANQIU SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2034-09-02
Also published as: CN104235109A

Abstract

轴流压缩机伺服闭环冗余电液比例控制装置，包括液压源、电液阀控制单元、执行液压油缸SG1和控制装置，所述电液阀控制单元还包括电磁阀DV2、比例阀SV2，电磁阀DV1输出连接电磁阀DV2，电磁阀DV2输出一路连接控单向阀V1、V2、V3，另一路连接控单向阀V4、V5、V6，所述比例阀SV2输出经液控单向阀V5、V6和截止阀M7、M8连接液压油缸SG1的无杆腔和有杆腔；所述液压油缸SG1有杆腔和无杆腔连接油路设有截止阀M9；所述液压油缸SG1输出端设有位移传感器S3，自控信号SP、位移传感器S3的信号PV分别连接PLC冗余控制装置。具有电气控制稳定、调节系统油温和对工作油液清洁度要求低、运行安全可靠的特点，且实现不间断工作，提高了系统的可靠性。

Description

轴流压缩机伺服闭环冗余电液比例控制装置

技术领域

本发明涉及轴流压缩机伺服闭环冗余电液比例控制装置，特别是一种用于电力、冶金、炼油、化工等行业大型轴流压缩机电液控制机构，控制节能系统，可替代电控液压放大转换控制器作为升级换代产品。

背景技术

目前国内石油、化工、冶金、电力等大型企业的轴流风机及余热发电三机组配套控制都使用电控液压放大转换器，大多采用WOODWARD(美国:伍德沃德)GE(美国),VOLTH.TORBO(德国)等电控液压转换放大器，也叫IH控制器，俗称电液转换器。这是一种由导阀控制的线性伺服执行器，由电路、电磁、液压滑阀共同控制。其工作原理是通过 24V 直流电，电磁控制部分产生 F_Mag 磁力，磁力的大小与0/4 ～ 20 mA 的输入信号 (w) 所控制机构反馈信号（X）差值的增量（KPU 相对于 KPD）成正比，通过参数 X₀ 和 X₁设定极限值，最终输出F_Mag 磁力驱动滑阀阀芯移动。当滑阀移动到某个特定位置时，连接阀芯的弹簧产生相反于F_Mag推力F_F，并且相平衡，滑阀阀芯停止移动，液压油经过P口流入A口或者B口，驱动液压油缸向右或者向左移动，连接油缸的位置传感器不断把油缸位置信号x反馈给IH电路控制单元，I实时调整FMag推力大小。当油缸运行到某个特定位置时，产生F_Mag推力刚好使滑阀阀芯处于A、B、P、T口相互截止状态，即使系统处于平衡状态，液压油缸停止运动。单系统电力故障，或者IH控制系统故障时，F_Mag推力为0，F_F驱动阀芯向左运动，油缸向左运动到终点。

IH控制器结构简单，应用于轴流风机静叶控制已经多年，其优点是控制简便，直接安装在风机液压油缸上，不占用空间；缺点是机电液一体式设计可靠性不高，机组长周期运行发生震荡和漂移情况较为普遍，并且在控制信号丢失或者IH控制单元出现故障时，导致静叶全开或者全关，造成停机事故。

发明内容

本发明其目的就在于提供轴流压缩机伺服闭环冗余电液比例控制装置，具有电气控制稳定、调节系统油温和对工作油液清洁度要求低、运行安全可靠的特点，且实现不间断工作，提高了系统的可靠性。

实现上述目的而采取的技术方案，包括液压源、电液阀控制单元、执行液压油缸SG1和控制装置，所述电液阀控制单元包括电磁阀DV1、比例阀SV1，比例阀SV1输出经液控单向阀V2、V3和截止阀M7、M8连接液压油缸SG1的无杆腔和有杆腔，所述电液阀控制单元还包括电磁阀DV2、比例阀SV2，电磁阀DV1输出连接电磁阀DV2，电磁阀DV2输出一路连接控单向阀V1、V2、V3，另一路连接控单向阀V4、V5、V6，所述比例阀SV2输出经液控单向阀V5、V6和截止阀M7、M8连接液压油缸SG1的无杆腔和有杆腔；所述液压油缸SG1有杆腔和无杆腔连接油路设有截止阀M9 ；所述液压油缸SG1输出端设有位移传感器S3，自控信号SP、位移传感器S3的信号PV分别连接PLC冗余控制装置，冗余控制装置包括S-235 A/D模数转换模块、PID运算模块、S-235 D/A数模转换模块、S-232 D/A数模转换模块和功率放大器F1、F2，功率放大器F1、F2输出信号控制比例阀SV1、SV2各线圈，使相应油道开通，可控制阀门的运行。

与现有技术相比本发明具有以下优点。

1）本装置将轴流压缩机伺服执行系统开环控制改为闭环操作，伺服执行系统开环控制，伺服系统的有杆腔和无杆腔通过伺服器（SG）的M处（伺服器有杆腔和无杆腔向油箱泄油口处）进行沟通，系统控制压力油有三分之一流回油箱，造成动能浪费，影响到轴流压缩机的控制精度和稳定性，伺服执行系统闭环操作，将伺服系统的有杆腔和无杆腔通过伺服器（SG）M处（伺服器有杆腔和无杆腔向油箱泄油口处）的油路增加一个手动截止阀M9 将此处进行截断，杜绝控制能量流失，使动能稳定在一个压力值上无泄露，在控制驱动过程中，大大提高了能效、控制精度和稳定性；。

2）本装置采用PLC冗余电液比例控制伺服系统，代替电控液压放转换器控制伺服系统，在安全运行方面，两组比例阀故障时可自动切投换，提高了操作可靠性，不易漂移、堵塞，避免因喷嘴堵塞造成控制系统故障，消除了差异，提高了控制精度和系统稳定性，系统初始SV1为主工作比例阀，当PLC把给定信号（控制信号）与位移传感器S3 采集的阀位信号（反馈信号）进行PID运算后，控制比例阀放大器F1调节比例阀SV1动作，同时通过位移传感器S3把位移结果与控制信号进行比较，当偏差大于系统设计偏差时，认为比例阀SV1有故障，通过PLC使DV2失电，将切换到比例阀SV2为当前工作比例阀，同时PLC将PID运算后的信号控制比例阀放大器F2调节比例阀SV2动作，且产生相应的比例阀切换报警信号。从而使系统实现不间断工作，提高系统的可靠性；

3）本装置可把分散的油站、阀台和控制系统改为现场集中控制，组装在控制柜内，集成度高，节能，安全可靠，伺服闭环执行系统保持高间歇倍率工况，使控制更加稳定。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1为本装置控制原理结构示意图；

图2 为本装置电气控制原理结构示意图。

具体实施方式

包括液压源、电液阀控制单元、执行液压油缸SG1和控制装置，所述电液阀控制单元包括电磁阀DV1、比例阀SV1，比例阀SV1输出经液控单向阀V2、V3和截止阀M7、M8连接液压油缸SG1的无杆腔和有杆腔，如图1所示，所述电液阀控制单元还包括电磁阀DV2、比例阀SV2，电磁阀DV1输出连接电磁阀DV2，电磁阀DV2输出一路连接控单向阀V1、V2、V3，另一路连接控单向阀V4、V5、V6，所述比例阀SV2输出经液控单向阀V5、V6和截止阀M7、M8连接液压油缸SG1的无杆腔和有杆腔；所述液压油缸SG1有杆腔和无杆腔连接油路设有截止阀M9 ；所述液压油缸SG1输出端设有位移传感器S3，自控信号SP、位移传感器S3的信号PV分别连接PLC冗余控制装置，冗余控制装置包括S-235 A/D模数转换模块、PID运算模块、S-235 D/A数模转换模块、S-232 D/A数模转换模块和功率放大器F1、F2，如图2所示，功率放大器F1、F2输出信号控制比例阀SV1、SV2各线圈，使相应油道开通，可控制阀门的运行。

所述4～20mA自控信号SP、位移传感器的信号PV分别经I/0端子输入S-235 A/D模数转换模块，并将SP、PV两信号进行PID运算，其数字量运算结果再由S-235 D/A数模转换模块、S-232 D/A数模转换模块，在其输出端R、V端子输出(-10V)-(0V)-(+10V)给比例阀的功率放大器F1、F2做输入信号，根据预先设置的编程指令运算，由9/10或11/12端子输出信号控制比例阀各线圈，如图2所示，。

实施例

1.1 原轴流风机常用的IH控制器俗称电液转换器，由电路、电磁以及液压滑阀共同控制。IH控制器结构简单，应用于轴流风机静叶控制已经多年，其优点是控制简便，直接安装在风机伺服器上，不占用空间；缺点是机电液一体式设计可靠性不高，伺服系统的有杆腔和无杆腔通过伺服器（SG）的M处（伺服器有杆腔和无杆腔向油箱泄油口处）进行沟通，系统控制压力油有三分之一流回油箱，造成动能浪费，机组长周期运行发生震荡和漂移情况较为普遍，并且在控制信号丢失或者IH控制单元出现故障时，导致静叶全开或者全关，造成停机事故。

通过将伺服系统的有杆腔和无杆腔通过伺服器（SG）M处（伺服器有杆腔和无杆腔向油箱泄油口处）的油路增加一个手动截止阀M9 将此处进行截断，使伺服系统形成闭环控制，杜绝控制能量流失，使动能稳定在一个压力值上无泄露。

1.2 控制操作

（1）阀位控制系统

由智能控制器完成，仪表室的4～20mA自控信号SP、位移传感器的信号(阀位信号)PV分别经I/0端子输入S-235 A/D模数转换模块，并将SP、PV两信号进行PID运算，其数字量运算结果再由S-235 D/A数模转换模块、S-232 D/A数模转换模块，在其输出端R、V端子输出(-10V)-(0V)-(+10V)，此(-10V)-(0V)-(+10V)专门给比例阀设计配套的功率放大器F1、F2做输入信号，根据预先设置的编程指令运算，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，可控制阀门的运行。

（2）联锁控制系统

由可编程序控制器主机和扩展卡来完成，比例阀SV1,SV2由主控制室SP控制的前提条件是电磁阀DV1带电，而电磁阀DV1带电与否由自控信号SP和阀位信号PV控制，自控信号SP与阀位信号PV的差值ΔV不得超差。只有这三个信号工作条件都正常， DV1才带电，从而保证主控制室对比例阀的有效控制。三个信号中有一个不正常，系统都要由主控制室控制方式转为其它控制方式，即自锁状态。三个信号就是自锁条件。这种自锁状态和其它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，且修改编程和控制方案极为方便，无特殊情况硬件一般不需修改、更换或添加。

液压系统高压油经过电磁阀DV1（带电状态）P-B口进入电磁阀DV2的P口。若在正常情况下，由PLC管理控制下为带电状态。所以系统高压油经过DV2的P-B口，就送入液控单向阀V1～V3的控制口，使其为液压导通状态。使比例换向阀SV1处于正常运行的状态。而液控单向阀V4～V6的控制口，由电磁阀DV2的T-A口接油箱，压力为零，使其为液压截止状态，使得比例换向阀SV2，处于待运行状态。通过PLC在线实时检测工作比例换向阀SV1，有故障时通过逻辑判断，切断馈电给电磁阀DV2的控制电源，使得液控单向阀V1～V3控制口压力为零，以切断比例换向阀SV1高压输入和输出油路，而液控单向阀V4～V6控制口压力为高，使比例换向阀SV2，投入正常运行状态。本方案设置手动液压阀SV3，以解决当两个比例换向阀均发生故障时，通过PLC逻辑判断，切断电磁阀DV1控制电源使得液控单向阀V1～V6的控制口均为零，使比例换向阀SV1，SV2均处在非运行状态，只能通过应急手动阀SV3，操作伺服油缸活塞移动，控制轴流压缩机。

当主比例阀SV1出现故障时，故障现象反馈到PLC，通过PLC来判断电磁阀DV2是否带电；电磁阀DV2带电将主比例阀SV1的高压油口切除，给比例阀SV2供给高压油，同时，PLC切断比例阀SV1的控制信号，改从S-232 D/A数模转换模块的M0、V0输出控制信号，到比例放大器F2，经过比例放大器F2到比例阀SV2；此时，系统通过比例阀SV2进行调节。

PLC在正常工作中基本不需要大量维护，克服了分立元件所带来一切弊端，从根本上保证了本系统的长周期运行。

Claims

1.轴流压缩机伺服闭环冗余电液比例控制装置，包括液压源、电液阀控制单元、执行液压油缸SG1和控制装置，所述电液阀控制单元包括电磁阀DV1、比例阀SV1，比例阀SV1输出一路经液控单向阀V2和截止阀M7连接液压油缸SG1的无杆腔，比例阀SV1输出另一路经液控单向阀V3和截止阀M8连接液压油缸SG1的有杆腔，其特征在于，所述电液阀控制单元还包括电磁阀DV2、比例阀SV2，电磁阀DV1输出连接电磁阀DV2，电磁阀DV2输出一路连接液控单向阀V1、V2、V3的控制口，另一路连接液控单向阀V4、V5、V6的控制口，所述比例阀SV2输出一路经液控单向阀V5和截止阀M7连接液压油缸SG1的无杆腔，比例阀SV2输出另一路经液控单向阀V6和截止阀M8连接液压油缸SG1的有杆腔；所述液压油缸SG1有杆腔和无杆腔连接油路设有手动截止阀M9 ；所述液压油缸SG1输出端设有位移传感器S3，自控信号SP、位移传感器S3的信号PV分别连接PLC冗余控制装置，冗余控制装置包括S-235 A/D模数转换模块、PID运算模块、S-235 D/A数模转换模块、S-232 D/A数模转换模块和功率放大器F1、F2，功率放大器F1、F2输出信号控制比例阀SV1、SV2各线圈，使相应油道开通，可控制阀门的运行。