CN104260409B - 线圈液压机压力双闭环冗余控制系统 - Google Patents

Abstract

一种线圈液压机压力双闭环冗余控制系统，包括用于控制线圈液压机的PLC，通过总线与PLC交换参数的触摸屏，通过工业以太网与PLC交换复杂运算功能的工控机，PLC与由其控制的变频电机、高频响伺服阀和比例压力阀的一端相连，变频电机的另一端与由其驱动的定量泵相连，定量泵、高频响伺服阀和比例压力阀的另一端与由其驱动的线圈液压机的液压缸相连，液压缸的另一端与由其驱动的加压平台相连，在液压缸上设置有与PLC相连并将液压缸的压力反馈信号反馈给PLC的压力传感器，在加压平台上设置有与PLC相连并将线圈的受力信号反馈给PLC的力传感器。本发明优点：实现双闭环冗余控制，系统高度集成，加压平稳可靠，压力控制精度高，实时性强。

Description

线圈液压机压力双闭环冗余控制系统

技术领域

本发明属于一种线圈液压机，主要应用于变压器线圈精密压装液压机的压力控制，具有高精度、高稳定性压力双闭环控制结构。

背景技术

电力系统、轨道交通等行业所需的变压器线圈种类繁多，对压装的压力控制要求也越来越高。以往的解决办法是采取切换油缸，压力分级的方式满足不同规格线圈的压装要求。这种方式压力存在死区、精度低，稳定性差，不能确保变压器绕组受力平稳，影响变压器抗短路能力，在精密压装的过程中液压系统的一些小故障就会导致线圈损伤。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种复合控制方式，具有高精度、高稳定性的压力双闭环冗余控制结构。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种线圈液压机压力双闭环冗余控制系统，包括用于控制线圈液压机的PLC，通过总线与PLC交换参数的触摸屏，通过工业以太网与PLC交换复杂运算功能的工控机，所述的PLC与由其控制的变频电机、高频响伺服阀和比例压力阀的一端相连，所述的变频电机的另一端与由其驱动的定量泵相连，而定量泵、高频响伺服阀和比例压力阀的另一端与由其驱动的线圈液压机的液压缸相连，液压缸的另一端与由其驱动的加压平台相连，在液压缸上设置有与PLC相连并将液压缸的压力反馈信号反馈给PLC的压力传感器，在加压平台上设置有与PLC相连并将线圈的受力信号反馈给PLC的力传感器。

优化的，所述PLC具有Profibus接口和以太网接口，所述的变频电机与PLC中的Profibus总线接口相连，所述的触摸屏与PLC中的Profibus总线接口相连，所述的工控机与PLC中的以太网接口相连。

优化的，所述PLC包括电源模块、CPU模块、数字量输入输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和称重模块，所述的高频响伺服阀与中的模拟量输出模块相连，所述的比例压力阀与PLC中的模拟量输出模块相连，所述的压力传感器与PLC中的模拟量输入模块相连，所述的力传感器与PLC中的称重模块相连。

优化的，PLC通过模拟量输出模块控制比例压力阀，比例压力阀控制进入液压缸的液压油的压力，压力传感器将压力反馈信号反馈给PLC的模拟量输入模块，PLC中的液压压力PID控制器根据设定压力值对应的油压和压力传感器的反馈信号，计算出最佳的控制值并由模拟量输出模块输出至比例压力阀，由此形成一个液压压力的闭环控制结构；

PLC通过模拟量输出模块控制高频响伺服阀，高频响伺服阀控制进入液压缸的液压油的压力，力传感器将线圈受力信号反馈给PLC的称重模块，PLC中的线圈受力PID控制器根据设定压力值和力传感器反馈信号，计算出最佳的控制值并由模拟量输出模块输出至高频响伺服阀，由此形成一个线圈受力的闭环控制结构。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明采用双闭环冗余控制结构，系统高度集成，加压平稳可靠，压力控制精度高，实时性强，可确保在液压系统故障情况下不会对工件造成损害。实现了在线圈精密压装过程中，线圈直接受力控制精度±1KN。

附图说明

图1是本发明的控制系统示意图。

图2是本发明的控制原理示意图。

图3是本发明的压力控制效果图。

各附图的标号分别是：

1—触摸屏；2—PLC；3—工控机；4—变频电机；5—定量泵；6—高频响伺服阀；7—比例压力阀；8—压力传感器；9—力传感器；10—液压缸；11—加压平台；12—液压压力PID控制器；13—智能控制器；14—线圈受力PID控制器；15—液压压力检测；16—线圈受力检测。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

参见图1，本实施例提供的线圈液压机压力双闭环冗余控制系统，包括用于控制线圈液压机的PLC(可编程控制器)2，通过Profibus现场总线与PLC2交换参数的触摸屏1，通过工业以太网与PLC2交换复杂运算功能的工控机3，所述的PLC2与由其控制的变频电机4、高频响伺服阀6和比例压力阀7的一端相连，所述的变频电机4的另一端与由其驱动的定量泵5相连，而定量泵5、高频响伺服阀6和比例压力阀7的另一端与由其驱动的线圈液压机的液压缸10相连，液压缸10的另一端与由其驱动的加压平台11相连，在液压缸10上设置有与PLC2相连并将液压缸10的压力反馈信号反馈给PLC2的压力传感器8，在加压平台11上设置有与PLC2相连并将线圈的受力信号反馈给PLC2的力传感器9。

上述的PLC2采用SIEMENSS7-300系列PLC，其中包括一个电源模块、一个CPU模块、多个数字量输入输出模块、一个模拟量输入模块、一个模拟量输出模块和一个称重模块，CPU模块包含Profibus接口和以太网接口。

参见图2，本实施例的工作原理如下：PLC2通过模拟量输出模块控制比例压力阀7，比例压力阀7控制进入液压缸10的液压油的压力，压力传感器8将压力反馈信号反馈给PLC2的模拟量输入模块，PLC2中的液压压力PID控制器12(就是CPU模块执行的液压压力PID控制功能)根据设定压力值对应的油压和压力传感器8的反馈信号，计算出最佳的控制值并由模拟量输出模块输出至比例压力阀7，由此形成一个液压压力的闭环控制结构,控制值的计算公式如下：

U₁(t)＝(K₁'_p+ΔK_p)*(e(t)-e(t-1))+(K₁'_i+ΔK_i)*e(t)+(K₁'_d+ΔK_d)*(e(t)-2*e(t-1)+e(t-2))

其中：U₁(t)为当前时刻的比例压力阀控制量；K₁'_p为前一周期比例系数；K₁'_i为前一周期积分系数；K₁'_d为前一周期微分系数；ΔK'_p为校正比例系数；ΔK'_i为校正积分系数；ΔK'_d为校正微分系数；e(t)，e(t-1)，e(t-2)分别为当前时刻的液压压力误差，前一时刻的液压压力误差以及前两个时刻的液压压力误差。

PLC2通过模拟量输出模块控制高频响伺服阀6，高频响伺服阀6控制进入液压缸10的液压油的压力，力传感器9将线圈受力信号反馈给PLC2的称重模块，PLC2中的线圈受力PID控制器14(就是CPU模块执行的线圈受力PID控制功能)根据设定压力值和力传感器9反馈信号，计算出最佳的控制值并由模拟量输出模块输出至高频响伺服阀6，由此形成一个线圈受力的闭环控制结构，控制值的计算公式如下：

U₂(t)＝(K₂'_p+ΔK_p)*(k(t)-k(t-1))+(K₂'_i+ΔK_i)*k(t)+(K₂'_d+ΔK_d)*(k(t)-2*k(t-1)+k(t-2))

其中：U₂(t)为当前时刻的高频响伺服阀控制量；K₂'_p为前一周期比例系数；K₂'_i为前一周期积分系数；K₂'_d为前一周期微分系数；ΔK'_p为校正比例系数；ΔK'_i为校正积分系数；ΔK'_d为校正微分系数；k(t)，k(t-1)，k(t-2)分别为当前时刻的线圈受力误差，前一时刻的线圈受力误差以及前两个时刻的线圈受力误差。

工控机3与PLC2通过以太网交换数据，工控机3的智能控制器13通过仿真监控软件根据设定压力值、压力传感器和力传感器反馈信号，并根据线圈压制的工艺要求、仿真过程和经验参数，实时调整液压压力PID控制器12和线圈受力PID控制器14中的PID参数，使液压压力的闭环控制结构和线圈受力的闭环控制结构同时运作，互相兼顾，对各种干扰快速响应，减少压力波动，达到双闭环冗余控制的效果。

PLC2根据实际负载情况无级调节变频电机4的转速，通过变频电机4的转速变化调节定量泵5的输出流量，让整个液压系统根据需要获得恒定的流量，防止流量波动对压力控制系统产生干扰。

图3是本发明的加压控制效果图。在线圈精密压装过程中，图3中曲线显示加压，保压和卸压过程。图3曲线表示某类型线圈的精密压装过程，设定压力值为590KN，线圈实际受力从0KN平稳上升到590.908848KN并保压，最大压力偏差0.908848KN，线圈的精密压装过程受本发明控制系统实时控制，实时调整，从开始加压，压力上升到保压阶段，整个过程压力无明显波动，压力偏差小。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种线圈液压机压力双闭环冗余控制系统，包括用于控制线圈液压机的PLC，通过总线与PLC交换参数的触摸屏，通过工业以太网与PLC交换复杂运算功能的工控机，其特征是：所述的PLC与由其控制的变频电机、高频响伺服阀和比例压力阀的一端相连，所述的变频电机的另一端与由其驱动的定量泵相连，而定量泵、高频响伺服阀和比例压力阀的另一端与由其驱动的线圈液压机的液压缸相连，液压缸的另一端与由其驱动的加压平台相连，在液压缸上设置有与PLC相连并将液压缸的压力反馈信号反馈给PLC的压力传感器，在加压平台上设置有与PLC相连并将线圈的受力信号反馈给PLC的力传感器，PLC调节变频电机的转速，通过变频电机的转速变化调节定量泵的输出流量,所述PLC包括电源模块、CPU模块、数字量输入输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和称重模块，所述的高频响伺服阀与PLC中的模拟量输出模块相连，所述的比例压力阀与PLC中的模拟量输出模块相连，所述的压力传感器与PLC中的模拟量输入模块相连，所述的力传感器与PLC中的称重模块相连。

2.如权利要求1所述的线圈液压机压力双闭环冗余控制系统，其特征是：所述PLC具有Profibus接口和以太网接口，所述的变频电机与PLC中的Profibus总线接口相连，所述的触摸屏与PLC中的Profibus总线接口相连，所述的工控机与PLC中的以太网接口相连。

3.如权利要求1所述的线圈液压机压力双闭环冗余控制系统，其特征是：

PLC通过模拟量输出模块控制比例压力阀，比例压力阀控制进入液压缸的液压油的压力，压力传感器将压力反馈信号反馈给PLC的模拟量输入模块，PLC中的液压压力PID控制器根据设定压力值对应的油压和压力传感器的反馈信号，计算出最佳的控制值并由模拟量输出模块输出至比例压力阀，由此形成一个液压压力的闭环控制结构；

PLC通过模拟量输出模块控制高频响伺服阀，高频响伺服阀控制进入液压缸的液压油的压力，力传感器将线圈受力信号反馈给PLC的称重模块，PLC中的线圈受力PID控制器根据设定压力值和力传感器反馈信号，计算出最佳的控制值并由模拟量输出模块输出至高频响伺服阀，由此形成一个线圈受力的闭环控制结构。

4.如权利要求3所述的线圈液压机压力双闭环冗余控制系统，其特征是：输出至比例压力阀控制值的计算公式如下：

U₁(t)＝(K₁'_p+ΔK_p)*(e(t)-e(t-1))+(K₁'_i+ΔK_i)*e(t)+(K₁'_d+ΔK_d)*(e(t)-2*e(t-1)+e(t-2))

其中：U₁(t)为当前时刻的比例压力阀控制量；K₁'_p为前一周期比例系数；K₁'_i为前一周期积分系数；K₁'_d为前一周期微分系数；ΔK'_p为校正比例系数；ΔK'_i为校正积分系数；ΔK'_d为校正微分系数；e(t)，e(t-1)，e(t-2)分别为当前时刻的液压压力误差，前一时刻的液压压力误差以及前两个时刻的液压压力误差。

5.如权利要求3所述的线圈液压机压力双闭环冗余控制系统，其特征是：输出至高频响伺服阀的控制值的计算公式如下：

U₂(t)＝(K₂'_p+ΔK_p)*(k(t)-k(t-1))+(K₂'_i+ΔK_i)*k(t)+(K₂'_d+ΔK_d)*(k(t)-2*k(t-1)+k(t-2))

其中：U₂(t)为当前时刻的高频响伺服阀控制量；K₂'_p为前一周期比例系数；K₂'_i为前一周期积分系数；K₂'_d为前一周期微分系数；ΔK'_p为校正比例系数；ΔK'_i为校正积分系数；ΔK'_d为校正微分系数；k(t)，k(t-1)，k(t-2)分别为当前时刻的线圈受力误差，前一时刻的线圈受力误差以及前两个时刻的线圈受力误差。