CN105402179A - 异形坯连铸中包多液压缸自动平衡控制系统及方法 - Google Patents

异形坯连铸中包多液压缸自动平衡控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种异形坯连铸中包液压缸自动平衡控制系统及方法，属于工业自动化控制技术领域，系统应用于升降中包车上中包的四个独立液压缸，自动平衡控制系统包括控制器、多个位置传感器和伺服阀，每个液压缸上安装一个位置传感器和一个伺服阀，伺服阀驱动液压缸，位置传感器连接在控制器上将检测到的液压缸的实际位置数据发送到控制器中。本发明解决了中包升降使用后出现中包倾斜的问题，具有结构简单、原理合理的优点，实现中包在升降运行过程中自动平衡控制并达到设计精度的要求，为正常生产提供保障。

Description

异形坯连铸中包多液压缸自动平衡控制系统及方法
技术领域
本发明属于工业自动化控制技术领域，涉及液压缸的升降位置方向，具体涉及一种异形坯连铸中包液压缸自动平衡控制系统及方法。
背景技术
马钢三钢轧总厂4#异形坯连铸机于2005年建成，该铸机由西马克-康卡斯特公司总承包，其两台中包车上中包由液压控制升降。每台中包车上有四个独立的升降控制液压缸，由于外方控制程序的缺陷，中包车升降四个液压缸的同步功能无法使用，使中包升降使用一段时间后就会出现中包倾斜，甚至卡死，维修困难，严重影响了生产节凑，也具有一定的安全隐患。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种异形坯连铸中包液压缸自动平衡控制系统及方法，通过每个液压缸上配备一个位置传感器和伺服阀实时检测液压缸的实际位置，利用从动液压缸的升降速度根据其与主动缸位置差值进行实时调节，解决了中包升降使用后出现中包倾斜的问题，具有结构简单、原理合理的优点，实现中包在升降运行过程中自动平衡控制并达到设计精度的要求，为正常生产提供保障。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种异形坯连铸中包液压缸自动平衡控制系统，所述自动平衡控制系统应用于升降中包车上中包的四个独立液压缸，自动平衡控制系统包括控制器、多个位置传感器和伺服阀，每个液压缸上安装一个位置传感器和一个伺服阀，伺服阀驱动液压缸，位置传感器连接在控制器上将检测到的液压缸的实际位置数据发送到控制器中。
上述系统中，所述液压缸分为一个主动缸和三个从动缸，控制器中设有计算单元，计算单元连接在控制器上用来计算每个从动缸的实际位置与主动缸实际位置的差值。所述控制器中还设有比较单元，比较单元中设有门槛值用来比较差值与门槛值的大小，控制器根据比较单元的结果发出调节伺服阀的开度指令。所述控制器中还设有转化单元，转化单元中设有比例系数，转化单元利用比例系数将计算单元的差值结果转化为从动缸速度的补偿给定值。
一种异形坯连铸中包液压缸自动平衡控制方法，所述方法为：当控制器接收到升降或下降指令后，给驱动4个液压缸的伺服阀发出主给定值，同时计算每个从动缸的实际位置与主动缸实际位置的差值，当差值大于门槛值时，把差值转化成补偿给定值与主给定值叠加去调节相应伺服阀的开度，当差值在门槛值内时，其补偿给定值设定为零，使得从动液压缸的升降速度根据其与主动缸位置差值得到实时调节。
上述方法中，所述方法中主动缸的实际位置值是从动缸的参考位置值。所述方法步骤具体包括：步骤一、系统初始化，控制器判断接收的指令是不是上升指令；步骤二、如果是上升指令，则设定伺服阀主给定值VSET＝VUP，继续步骤三；如果不是上升指令，则继续判断是不是下降指令，如果不是下降指令，则控制器发出开度给定值VSE为0，结束运行；如果是下降指令，则设定伺服阀主给定值VSET＝VDOWN，继续步骤三；步骤三、读取参考位置值PREF，读取从动缸的实际位置值PACT_SE，计算每个从动缸与实际位置的差值ΔP，以SE侧液压缸为例，差值公式为：ΔP＝|PACT_SE-PREF|，式中PACT_SE是SE侧液压缸的实际位置值，另外两液压缸的差值公式相同；步骤四、判断差值ΔP是否大于门槛值DTH；步骤五、如果ΔP大于门槛值DTH，则VAUX_SE＝ΔP*K，式中VAUX_SE是补偿给定值，K是比例系数；如果ΔP不大于门槛值DTH，则VAUX_SE＝0；步骤六、判断从动缸实际位置PACT_SE是否小于参考位置值PREF；步骤七、如果PACT_SE小于PREF，则VSE＝VSET+VAUX_SE，式中VSE是从动缸的开度给定值，VSET是伺服阀主给定值，VAUX_SE是补偿给定值，继续步骤一；如果PACT_SE大于PREF，则VSE＝VSET-VAUX_SE，继续步骤一，进入循环模式。所述方法中补偿给定值VAUX_SE设置有限幅，VAUX_SE限幅值是液压缸动作的最高速度的5％。
本发明有益效果是:本发明提供一种异形坯连铸中包液压缸自动平衡控制系统及方法，本发明采用合理的运动控制策略，简单的控制系统，良好的控制算法，设计开发控制软件，实现中包在升降运行过程中自动平衡控制并达到设计精度的要求，为正常生产提供保障。
附图说明
下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1是本发明的具体实施方式的自动平衡控制系统的控制结构图。
图2是本发明的具体实施方式的中包液压缸自动平衡控制方法流程图。
图3是本发明的具体实施方式的中包四个液压缸升降位置自动平衡控制曲线图。
图4是本发明的具体实施方式的控制曲线图(图3)的光标数据图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
异形坯连铸中包液压缸自动平衡控制系统，如图1所示，异形坯连铸中包液压缸自动平衡控制系统应用于升降中包车上中包的四个独立液压缸，自动平衡控制系统包括控制器、多个位置传感器和伺服阀，每个液压缸上安装一个位置传感器和一个伺服阀，伺服阀驱动液压缸，位置传感器连接在控制器上将检测到的液压缸的实际位置数据发送到控制器中。马钢三钢轧总厂4#异形坯连铸机两台中包车上中包由四个独立的液压缸控制升降，每个液压缸有自己的位置传感器，每个液压缸由独立的伺服阀驱动，液压缸同时工作驱动升降设备。
液压缸分为一个主动缸和三个从动缸，控制器中设有计算单元、比较单元和转化单元，计算单元连接在控制器上用来计算每个从动缸的实际位置与主动缸实际位置的差值；比较单元中设有门槛值用来比较差值与门槛值的大小，控制器根据比较单元的结果发出调节伺服阀的开度指令；转化单元中设有比例系数，转化单元利用比例系数将计算单元的差值结果转化为从动缸速度的补偿给定值。
异形坯连铸中包液压缸自动平衡控制方法，方法为：四个液压缸分为一个主动缸和三个从动缸，当控制器接收到升降或下降指令后，给驱动4个液压缸的伺服阀发出主给定值，同时计算每个从动缸的实际位置与主动缸实际位置的差值，主动缸的实际位置值是从动缸的参考位置值，当差值大于门槛值(此值应小于设计精度值)时，把差值转化成补偿给定值与主给定值叠加去调节相应伺服阀的开度，当差值在门槛值内时，其补偿给定值设定为零，使得从动液压缸的升降速度根据其与主动缸位置差值得到实时调节，确保中包在升降过程达到自动平衡。
马钢三钢轧总厂4#异形坯连铸机中包升降的4个液压缸分别为NE(北东)侧液压缸、SE(南东)侧液压缸、SW(南西)侧液压缸和NW(北西)侧液压缸，每个液压缸内都安装有位置传感器，缸的实际行程为0～600mm。本发明方法中设定NE缸为主动缸，其位置实际值为参考位置PREF，SE、SW、NW三个缸为从动缸。如图2所示，异形坯连铸中包液压缸自动平衡控制方法步骤具体包括：
步骤一、系统初始化，控制器判断接收的指令是不是上升指令。
步骤二、如果是上升指令，则设定伺服阀主给定值VSET＝VUP，继续步骤三；如果不是上升指令，则继续判断是不是下降指令，如果不是下降指令，则控制器发出开度给定值VSE为0，结束运行；如果是下降指令，则设定伺服阀主给定值VSET＝VDOWN，继续步骤三。当控制器接收到中包升降命令后，给驱动4个液压缸的伺服阀发出主给定值VSET，此值为固定值，值大小结合工艺确定，由于中包本体具有重量，因此上升给定值量|VUP|要大于下降给定值量|VDOWN|，本发明中VUP＝70％、VDOWN＝-50％，100％对应于伺服阀最大的开度，即液压缸动作的最高速度。
步骤三、读取参考位置值PREF，读取从动缸的实际位置值，计算每个从动缸与实际位置的差值ΔP，以SE侧液压缸为例，其他二个从动缸控制相同，ΔP＝|PACT_SE-PREF|，式中PACT_SE是SE侧液压缸的实际位置值。
步骤四、判断差值ΔP是否大于门槛值DTH，DTH为门槛值(取值应小于设计精度值)。
步骤五、如果ΔP大于门槛值DTH，则VAUX_SE＝ΔP*K，式中VAUX_SE是补偿给定值，K是比例系数；如果ΔP不大于门槛值DTH，则VAUX_SE＝0，SE缸总给定VSE＝VSET。VAUX_SE是主动缸NE缸的附加给定，VAUX_SE需设置限幅，本发明中VAUX_SE限幅值＝5％，即液压缸动作的最高速度的5％。式中K系数为关键参数，与伺服阀的特性有很大关系，此值的设定在实际调试中完成。
步骤六、判断从动缸实际位置PACT_SE是否小于参考位置值PREF。
步骤七、如果PACT_SE小于PREF，则VSE＝VSET+VAUX_SE，式中VSE是从动缸SE的开度给定值，VSET是伺服阀主给定值，VAUX_SE是补偿给定值，继续步骤一；如果PACT_SE大于PREF，则VSE＝VSET-VAUX_SE，继续步骤一，进入循环模式。
当中包升降命令停止后，SE缸总给定VSE＝0。上述表明从动液压缸的升降速度根据其与主动缸位置差值进行实时调节，确报了中包在升降过程中任一时刻都达到自动平衡。
图3、图4为德国iba公司PDA软件记录的一次马钢三钢轧总厂4#异形坯连铸机生产中中包实际升降过程，图中显示了主动液压缸(NE侧)位置实际值、从动液压缸(SE侧)位置实际值、从动液压缸(SW侧)位置实际值、从动液压缸(NW侧)位置实际值辊、主给定值及三路从动液压缸(SE、SW、NW)补偿给定值7条曲线。通过对曲线的分析中包在升降过程自动平衡控制十分完美，完全达到4个缸最大运行动态偏差值不大于±3mm的设计精度要求。
图4中二条光标显示的数据(X1，Y1)、(X2，Y2)更直观地反映了实施效果。经实际应用表明，此软件具有运动控制策略合理、结构简单、运行可靠、控制精度高等优点。在冶金行业，对于采用多液压缸驱动来保持位置一致性的设备有很大的实用价值，具有推广应用前景。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种异形坯连铸中包液压缸自动平衡控制系统，其特征在于，所述自动平衡控制系统应用于升降中包车上中包的四个独立液压缸，自动平衡控制系统包括控制器、多个位置传感器和伺服阀，每个液压缸上安装一个位置传感器和一个伺服阀，伺服阀驱动液压缸，位置传感器连接在控制器上将检测到的液压缸的实际位置数据发送到控制器中。
2.根据权利要求1所述的异形坯连铸中包液压缸自动平衡控制系统，其特征在于，所述液压缸分为一个主动缸和三个从动缸，控制器中设有计算单元，计算单元连接在控制器上用来计算每个从动缸的实际位置与主动缸实际位置的差值。
3.根据权利要求2所述的异形坯连铸中包液压缸自动平衡控制系统，其特征在于，所述控制器中还设有比较单元，比较单元中设有门槛值用来比较差值与门槛值的大小，控制器根据比较单元的结果发出调节伺服阀的开度指令来控制液压缸动作速度。
4.根据权利要求2所述的异形坯连铸中包液压缸自动平衡控制系统，其特征在于，所述控制器中还设有转化单元，转化单元中设有比例系数，转化单元利用比例系数将计算单元的差值结果转化为从动缸速度的补偿给定值。
5.一种异形坯连铸中包液压缸自动平衡控制方法，其特征在于，所述方法为：当控制器接收到升降或下降指令后，给驱动4个液压缸的伺服阀发出主给定值，同时计算每个从动缸的实际位置与主动缸实际位置的差值，当差值大于门槛值时，把差值转化成补偿给定值与主给定值叠加去调节相应伺服阀的开度，当差值在门槛值内时，其补偿给定值设定为零，使得从动液压缸的升降速度根据其与主动缸位置差值得到实时调节。
6.根据权利要求5所述的异形坯连铸中包液压缸自动平衡控制方法，其特征在于，所述方法中主动缸的实际位置值是从动缸的参考位置值。
7.根据权利要求5所述的异形坯连铸中包液压缸自动平衡控制方法，其特征在于，所述方法步骤具体包括：
步骤一、系统初始化，控制器判断接收的指令是不是上升指令；
步骤二、如果是上升指令，则设定伺服阀主给定值VSET＝VUP，继续步骤三；如果不是上升指令，则继续判断是不是下降指令，如果不是下降指令，则控制器发出开度给定值VSE为0，结束运行；如果是下降指令，则设定伺服阀主给定值VSET＝VDOWN，继续步骤三；
步骤三、读取参考位置值PREF，读取从动缸的实际位置值PACT_SE，计算每个从动缸与实际位置的差值ΔP，以SE侧液压缸为例，差值公式为：ΔP＝|PACT_SE-PREF|，式中PACT_SE是SE侧液压缸的实际位置值，另外两液压缸的差值公式相同；
步骤四、判断差值ΔP是否大于门槛值DTH；
步骤五、如果ΔP大于门槛值DTH，则VAUX_SE＝ΔP*K，式中VAUX_SE是补偿给定值，K是比例系数；如果ΔP不大于门槛值DTH，则VAUX_SE＝0；
步骤六、判断从动缸实际位置PACT_SE是否小于参考位置值PREF；
步骤七、如果PACT_SE小于PREF，则VSE＝VSET+VAUX_SE，式中VSE是从动缸的开度给定值，VSET是伺服阀主给定值，VAUX_SE是补偿给定值，继续步骤一；如果PACT_SE大于PREF，则VSE＝VSET-VAUX_SE，继续步骤一，进入循环模式。
8.根据权利要求7所述的异形坯连铸中包液压缸自动平衡控制方法，其特征在于，所述方法中补偿给定值VAUX_SE设置有限幅，VAUX_SE限幅值是液压缸动作的最高速度的5％。
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