CN107605873A - 一种用于污泥柱塞泵的误差修正控制系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于污泥柱塞泵的误差修正控制系统及其工作方法。所述系统包括包含一号油缸、二号油缸、三号油缸、污泥总出料口，各个油缸安装有陶瓷柱塞泵，各个油缸由液压系统提供动力源，所述控制系统包括液压系统、PLC控制器及分别与PLC控制器通信连接的人机交互界面、若干位移传感器、若干压力变送器。本发明针对对现有城市污泥处理系统等相似污泥处理系统的缺点进行改善，通过在现有机械污泥柱塞泵的基础上增加液压控制系统，对设备的维修、维护非常方便，整机有着优良的工作性能和长久的使用寿命，在污泥作为工作介质的环境中能长期稳定的工作。

Description

一种用于污泥柱塞泵的误差修正控制系统及工作方法

技术领域

本发明属于液压系统控制技术领域，尤其涉及到一种用于污泥柱塞泵的误差修正控制系统及工作方法。

背景技术

在污泥低温碳化处理领域，现使用的污泥柱塞泵采用的是变频器加凸轮带动柱塞泵的方式；系统启动时需零压启动，电机启动完成后再逐渐升压，导致启动时间很长；柱塞泵进料口的开闭，采用凸轮之间的匹配关系进行强制开闭，由于传输的介质是污泥，对系统常有磨损、卡阀情况，凸轮或阀芯磨损，经常导致进料口不能完全关闭或打开，导致系统压力不稳或失压，或造成柱塞泵容积率不高，生产效率低；维修、维护很不方便，若凸轮磨损根本无法修复，柱塞泵在吸料时，出口阀卡死，此时会造成污泥回流，造成系统失压，机械式的柱塞泵由于使用凸轮使三支柱塞运动匹配，在流量大的系统中凸轮会做的非常大，才能满足要求，由于凸轮磨损，修复困难，大流量的系统造价非常昂贵，且使用寿命不长、维修、维护成本非常高。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于污泥柱塞泵的误差修正控制系统,其特征在于，所述污泥柱塞泵包含一号油缸、二号油缸、三号油缸、污泥总出料口，各个油缸安装有陶瓷柱塞泵，各个油缸由液压系统提供动力源，所述控制系统包括液压系统、PLC控制器及分别与PLC控制器通信连接的人机交互界面、若干位移传感器、若干压力变送器；

所述液压系统包含电磁换向阀、比例伺服阀，用于为污泥柱塞泵提供动力；

所述PLC控制器包含电源、设置有运动控制模块的中央处理器、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、通讯模块;

所述运动控制模块包括数据采集储存单元、运动控制单元、系统相位角匹配控制单元、系统压力自动修正单元，所述数据采集储存单元用于压力变送器、位移传感器信号的采集及处理，并接受系统参数的设置与储存；所述运动控制单元用于控制单根油缸的运作，所述系统相位角匹配控制单元用于控制多缸组合协调运动；所述系统压力自动修正单元用于根据系统工作压力调节比例伺服阀的开口，进而控制系统供油流量；

所述人机交互界面用于进行系统参数设置、数据显现及提供操作界面；

位移传感器具有至少三个，用于反馈每支油缸的实际位移量；

所述压力变送器至少有四只，其中三只安装在三支油缸的无杆腔压力采集端，检测油缸的压力，分别为对应一号油缸的一号压力变送器、对应二号油缸的二号压力变送器、对应三号油缸的三号压力变送器，还有一只安装在污泥总出料口，用于检测污泥总出料口的压力。

进一步的，还包括光电耦合器和/或继电器和/或接触器和/或断路器。

进一步的，运动控制模块包括故障自动诊断修复单元，所述故障自动诊断修复单元用于污泥压力自我诊断调节功能、位移传感器及压力变送器的失效检测。

上述用于污泥柱塞泵的误差修正控制系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：系统上电；

步骤二：系统自检，如正常则液压系统正常启动，否则不启动；

步骤三：三支油缸复位，系统循环采集各个位移传感器、压力变送器的值，并将到的模拟信号传输给PLC控制器，PLC控制器通过数据采集储存单元计算处理；

步骤四：PLC控制器根据处理结果判断是否存在系统错误，若不存在，则进行步骤五，否则返回步骤三；

步骤五：系统根据预先设定好系统运行参数，并计算出油缸的伸出时间，缩回时间，三支油缸的启动时间，同时计算选三支油缸的起点、终点位置检测时间，同时计算出油缸的零点与终点，零点为油缸初始位置点;

步骤六：一号油缸启动时间到，则一号油缸开始伸出；

步骤七：判断一号油缸的初始位置，若位置满足预定误差范围，则一号油缸开始阶梯加速伸出，并同时执行下一步，若位置大于预定误差范围，则修正比例阀开口度同时执行下一步；

步骤八：检测阶梯加速伸出是否完成，若未完成，继续执行步骤八；若完成则执行下一步；一号油缸匀速伸出；

步骤九：一号油缸匀速伸出到设定位置，开始执行下一步，一号油缸比例减速伸出；

步骤十：一号油缸比例减速伸出到终点，执行下一步，终点位置判断，若位置满足预定误差范围，则一号油缸开始阶梯加速缩回，并同时执行下一步，若位置大于预定误差范围，则修正比例阀开口度同时执行下一步；

步骤十一：检测阶梯加速缩回是否完成，若未完成，继续执行步骤十一；若完成执行下一步，一号油缸匀速缩回；

步骤十二：一号油缸匀速缩回到设定位置，开始执行下一步，一号油缸比例减速伸出；

步骤十三：一号油缸缩回到位，返回步骤七；

步骤十四：二号油缸启动延时时间到，则二号油缸按一号油缸的步骤七到步骤十三执行；

步骤十五：三号油缸启动延时时间到，则三号油缸按一号油缸的步骤七到步骤十三执行；

步骤十六：三支油缸周期按上述步骤执行，并每根油杆执行预定的运行延时；

步骤十七：三支油缸启动延时时间都到后，检测系统出口压力是否在正常范围，若在设定范围，则周期检测，系统压力正常；若系统压力低于设定值一定范围，则增加系统的运行频率，返回步骤五；若系统压力高于设定值一定范围，则减小系统的运行频率，返回步骤五；

步骤十八：系统自动修正参数后启动系统计数器，若系统连续四次修正，污泥总出料口处的压力还是不满足要求，则报警并停机，若满足系统压力满足要求，则置零计数器，系统按照步骤七到步骤十五运行。

进一步的，位置误差范围为-0.5mm~0.5mm。

进一步的，所述阶梯加速分为三段完成，速度分别是匀速的25%、50%、75%。

进一步的，比例减速的速度与油缸的位移成反比，位移越大速度越慢，到达设定的终点，速度为零。

进一步的，一号油缸、二号油缸、三号油缸运行时相位差顺次相差120°。

进一步的，步骤五中，系统运行参数包括三个油缸的液压缸的运行频率，为0～30次/分钟。

进一步的，比例阀的修正值为开口的0.05%。

本发明的有益效果为：

本发明的技术方案信号进行采集及处理，并接受系统参数的设置与储存，同时处理信号的滞后与更新时间。控制单根油缸的运作，使油缸加速段、匀速段、减速段的行程满足要求，超出、未达到行程的调节。控制多根油缸的动作时序，与动作的调整；根据系统工作压力、位移传感器的行程调节比例伺服阀，进而控制系统供油流量。油缸缩回速度是伸出的2倍，三支油缸运行时相位差相差120°，保证任意时刻都有两支柱塞泵同时往外伸出，一支缩回。本发明针对对现有城市污泥处理系统等相似污泥处理系统的缺点进行改善，通过在现有机械污泥柱塞泵的基础上增加液压控制系统，对设备的维修、维护非常方便，整机有着优良的工作性能和长久的使用寿命，在污泥作为工作介质的环境中能长期稳定的工作。

具体实施方式

本发明所述控制系统适用于污泥柱塞泵（尤其是高压污泥柱塞泵），所述污泥柱塞泵包含一号油缸、二号油缸、三号油缸、污泥总出料口。

所述控制系统硬件部分包括为实现整套程序而配备的相关电气元件，PLC控制器及分别与PLC控制器通信连接的人机交互界面、若干位移传感器、若干压力变送器、液压系统、光电耦合器、中间继电器、交流接触器、断路器，所述PLC控制器为西门子S7-1500PLC控制器。

下面分别予以介绍。

PLC控制器包括电源、设置有运动控制模块的中央处理器、开关量输入模块（具有高速、支持同步模式的优点）、开关量输出模块（具有高速、支持同步模式的优点）、模拟量输入模块、模拟量输出模块、通讯模块（支持以太网、Profibus-DP主从通讯）。通讯模块主要是用于PLC与DCS之间的之间的信号交换。

所述运动控制模块包括数据采集储存单元、运动控制单元、系统相位角匹配控制单元、系统压力自动修正单元、故障自动诊断修复单元。

所述数据采集储存单元用于压力、位移、位置信号（压力、位移由压力变送器、位移传感器进行采集，位置信号则是计算得出）的采集，处理，用于参数的设置与储存。

所述运动控制单元用于控制单根油缸的运运动，油缸的启动-加速-匀速-减速-停止的控制，修正油缸的运行速度，油缸行程位置的纠偏。本实施例中，三个油缸的速度由系统设置的频率自动计算，得出初始速度，然后在运行的过程中根据油缸的实际行程进行纠偏，若油缸的位置小于预定误差范围（本实施例为-0.5mm~0.5mm）。，则满足行程要求，若位置大于预定范围位置误差范围，则修正比例阀开口度，本实施例的修正值为：0.05%。当然，这里的各个数值并不是定制，而是根据实际情况设置的。

所述系统相位角匹配控制单元用于控制三支有刚的动作匹配。本实施例中，三支油缸的启动时间根据系统设定的频率自动计算，同时得出系统油缸的伸出时间，缩回时间，三支油缸的缩回速度是伸出的2倍，三支油缸运行时相位差为120°，这样可以保证任意时刻都有两支主柱塞同时往外伸出，一支缩回，满足系统流量恒定。

所述系统压力自动修正单元用于根据系统工作压力调节比例伺服阀的开口，控制系统供油流量。在该系统中，系统供油流量可进行任意可调（0～30次/分钟），调速范围为最大供油流量的0%～100%。由于污泥低温碳化处理系统对系统压力要求很高，在人机交互界面上设计系统稳定工作的压力范围，若压力高于系统设定范围，则减小比例伺服阀的开口，使系统供油流量减小；若压力低于系统设定范围，则增大比例伺服阀的开口，使系统供油流量增大，从而使系统压力恒定。

所述故障自动诊断修复单元具有进行油温自我诊断调节功能、污泥压力自我诊断调节功能，位移传感器及压力变送器失效检测功能。在油温自我诊断调节过程中，系统循环检测油温，当超过设定范围的最大值时就启动液压系统的冷却器，当低于设定范围的最小值时就启动液压系统的加热器。在污泥压力自我诊断调节功能中，循环检测污泥压力，当超过设定大值时就降低油缸运动频率，当低于设定值时就提高油缸运动频率。在位移传感器、压力变送器失效检测中则是利用电流的检测进行性能检测，当出现异常时（如位移传感器的失效、压力变送器的短路或断路等）则进行报警。

所述人机交互界面为触摸屏，用于进行参数设置（所述参数包括油温范围、压力范围、油缸运动频率等）、数据显现及提供操作界面。

所述位移传感器用于反馈三支油缸的实际位移量。

所述压力变送器至少有四只，其中三只安装在三支油缸的无杆腔压力采集端，检测油缸的压力，分别为对应一号油缸的一号压力变送器、对应二号油缸的二号压力变送器、对应三号油缸的三号压力变送器，还有一只安装在污泥总出料口，用于检测污泥总出料口的压力。

所述液压系统包含负载敏感柱塞泵泵装置（所述负载敏感柱塞泵泵装置是液压系统的动力源，由电机加泵组成）、电磁换向阀、比例伺服阀，为所述装置提供动力源，控制油缸的速度。比例伺服阀控制3个油缸的伸缩速度。

所述污泥柱塞泵装置包含一号油缸、二号油缸、三号油缸及分别对应三支柱塞泵，共同组成了泵装置，用于为系统提供恒压。

光电耦合器、继电器、接触器、断路器设置在单独的控制柜中，用于系统的控制与保护。控制柜可以单独设置。

下面对本系统的控制方法进行说明。

具有多组动态误差修正电气控制方法，包括如下步骤：

步骤一：系统上电，开始自检；

步骤二：系统自检，如正常则液压系统正常启动；

一般来说，系统自检中，只要不出现致命错误（如压力太高、污泥柱塞泵装置组泵的进料口打不开或者排料口一直打开等），关键传感器正常（包括位移传感器、压力变送器）；

步骤三：三支油缸复位，系统循环采集各个位移传感器、压力变送器的值，并将到的模拟信号传输给PLC控制器，PLC控制器通过数据采集储存单元计算处理；

步骤四：PLC控制器根据处理结果判断是否存在系统错误，若不存在，则进行步骤五，否则返回步骤三；

步骤五：系统根据预先设定好系统运行参数、系统工作压力（本实施例设置为10Mpa）、系统压力上限及下限（本实施例设置为上限10.5Mpa，下限9.5Mpa），该步骤设置一般在人机交互界面进行），系统计算出油缸的伸出时间，缩回时间，三支油缸的启动时间，同时计算选三支油缸的起点、终点位置检测时间，同时计算出油缸的零点与终点，零点为油缸初始位置点;

所述系统运行参数包括油缸运行频率，本实施例设置为0～30次/分钟。

步骤六：一号油缸启动时间到（该启动时间一般为液压泵站启动完成，延时2S），则一号油缸开始伸出；

步骤七：判断一号油缸的初始位置（该位置为油缸运行的起点，该起点在触摸屏画面上设置，设置后系统根据位移传感器的反馈值计算该点的值，显示为油缸的零点），若位置满足误差±0.5mm，则一号油缸开始阶梯加速伸出，并同时执行下一步，若位置大于误差预定误差范围（本实施例为-0.5mm~0.5mm），则修正比例阀开口度同时执行下一步（修正值为比例阀开口的0.05%）；

步骤八：检测阶梯加速伸出是否完成，若未完成，继续执行步骤八；若完成执行下一步，一号油缸匀速伸出（阶梯加速分为三段完成，速度分别是匀速的25%、50%、75%）（油缸加速段为整个油缸行程的20%，本实施例中油缸总行程为195mm）；

步骤九：一号油缸匀速伸出到设定位置，开始执行下一步，一号油缸比例减速伸出。比例减速的速度与油缸的位移成反比，位移越大速度越慢，到达设定的终点，速度为零。如，油缸匀速的行程为总行程的20%-80%油缸比例减速的行程为总行程的80%-100%。

步骤十：一号油缸比例减速伸出到终点（本实施例设置油缸终点为195mm），执行下一步，终点位置判断，若位置满足误差±0.5mm，则一号油缸开始阶梯加速缩回，并同时执行下一步，若位置大于误差±0.5mm，则修正比例阀开口度同时执行下一步（修正值为比例阀开口的0.05%）。

步骤十一：检测阶梯加速缩回是否完成，若未完成，继续执行步骤十一；若完成执行下一步，一号油缸匀速缩回（阶梯加速分为三段完成，速度分别是匀速的25%、50%、75%）（油缸加速段为整个油缸行程的20%，本实施例中油缸总行程为195mm）。

步骤十二：一号油缸匀速缩回到设定位置，开始执行下一步，一号油缸比例减速伸出（比例减速的速度与油缸的位移成正比，位移越小速度越慢，到达设定的零点，速度为零）（油缸匀速的行程为总行程的20%-80%油缸比例减速的行程为总行程的80%-100%）。

步骤十三：一号油缸缩回到位，返回步骤七。

步骤十四：二号油缸启动延时时间到（该时间一般为一号油缸启动后延时时间为：油缸缩回的时间），则二号油缸按一号油缸的步骤七到步骤十三执行。

步骤十五：三号油缸启动延时时间到（该时间一般为一号油缸启动后延时时间为：油缸伸出的时间），则三号油缸按一号油缸的步骤七到步骤十三执行。

步骤十六：三支油缸周期按上诉步骤执行，并每根杆执行三分钟延时。

步骤十七：三支油缸启动延时时间都到后（本实施例设置为3分钟），检测系统出口压力是否在正常范围，若在设定范围，则周期检测，系统压力正常；若不在该范围，则系统自动修正系统运行参数（若系统压力低于设定值一定范围，则增加系统的运行频率，若系统压力高于设定值一定范围，则减小系统的运行频率），返回步骤五。

步骤十八：系统自动修正参数后启动系统计数器（本实施例计数器设置为4次），若系统连续四次修正，污泥总出料口处的压力还是不满足要求，则报警并停机，若满足系统压力满足要求，则置零计数器，系统按照步骤七到步骤十五运行。

优选的，若出口压力高于系统设定范围最高值，最多连续进行四次顺次减小液压系统中比例伺服阀的开口的操作，如压力仍然高于系统设定范围，则报警停机。若出口压力低于系统设定范围最低值，最多连续进行四次顺次增大液压系统中比例伺服阀的开口的操作，如压力仍然低于系统设定范围最低值，则报警停机。限定了次数是为了提高效率，并保障系统安全。

Claims (10)

1.一种用于污泥柱塞泵的误差修正控制系统,其特征在于，所述污泥柱塞泵包含一号油缸、二号油缸、三号油缸、污泥总出料口，各个油缸安装有陶瓷柱塞泵，各个油缸由液压系统提供动力源，所述控制系统包括液压系统、PLC控制器及分别与PLC控制器通信连接的人机交互界面、若干位移传感器、若干压力变送器；

所述液压系统包含电磁换向阀、比例伺服阀，用于为污泥柱塞泵提供动力；

所述PLC控制器包含电源、设置有运动控制模块的中央处理器、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、通讯模块;

所述运动控制模块包括数据采集储存单元、运动控制单元、系统相位角匹配控制单元、系统压力自动修正单元，所述数据采集储存单元用于压力变送器、位移传感器信号的采集及处理，并接受系统参数的设置与储存；所述运动控制单元用于控制单根油缸的运作，所述系统相位角匹配控制单元用于控制多缸组合协调运动；所述系统压力自动修正单元用于根据系统工作压力调节比例伺服阀的开口，进而控制系统供油流量；

所述人机交互界面用于进行系统参数设置、数据显现及提供操作界面；

位移传感器具有至少三个，用于反馈每支油缸的实际位移量；

所述压力变送器至少有四只，其中三只安装在三支油缸的无杆腔压力采集端，检测油缸的压力，分别为对应一号油缸的一号压力变送器、对应二号油缸的二号压力变送器、对应三号油缸的三号压力变送器，还有一只安装在污泥总出料口，用于检测污泥总出料口的压力。

2.如权利要求1所述的用于污泥柱塞泵的多组动态误差修正电气控制系统，其特征在于，还包括光电耦合器和/或继电器和/或接触器和/或断路器。

3.如权利要求1所述的用于污泥柱塞泵的多组动态误差修正电气控制方法，其特征在于，运动控制模块包括故障自动诊断修复单元，所述故障自动诊断修复单元用于污泥压力自我诊断调节功能、位移传感器及压力变送器的失效检测。

4.如权利要求1所述的用于污泥柱塞泵的误差修正控制系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：系统上电；

步骤二：系统自检，如正常则液压系统正常启动，否则不启动；

步骤三：三支油缸复位，系统循环采集各个位移传感器、压力变送器的值，并将到的模拟信号传输给PLC控制器，PLC控制器通过数据采集储存单元计算处理；

步骤四：PLC控制器根据处理结果判断是否存在系统错误，若不存在，则进行步骤五，否则返回步骤三；

步骤五：系统根据预先设定好系统运行参数，并计算出油缸的伸出时间，缩回时间，三支油缸的启动时间，同时计算选三支油缸的起点、终点位置检测时间，同时计算出油缸的零点与终点，零点为油缸初始位置点;

步骤六：一号油缸启动时间到，则一号油缸开始伸出；

步骤七：判断一号油缸的初始位置，若位置满足预定误差范围，则一号油缸开始阶梯加速伸出，并同时执行下一步，若位置大于预定误差范围，则修正比例阀开口度同时执行下一步；

步骤八：检测阶梯加速伸出是否完成，若未完成，继续执行步骤八；若完成则执行下一步；一号油缸匀速伸出；

步骤九：一号油缸匀速伸出到设定位置，开始执行下一步，一号油缸比例减速伸出；

步骤十：一号油缸比例减速伸出到终点，执行下一步，终点位置判断，若位置满足预定误差范围，则一号油缸开始阶梯加速缩回，并同时执行下一步，若位置大于预定误差范围，则修正比例阀开口度同时执行下一步；

步骤十一：检测阶梯加速缩回是否完成，若未完成，继续执行步骤十一；若完成执行下一步，一号油缸匀速缩回；

步骤十二：一号油缸匀速缩回到设定位置，开始执行下一步，一号油缸比例减速伸出；

步骤十三：一号油缸缩回到位，返回步骤七；

步骤十四：二号油缸启动延时时间到，则二号油缸按一号油缸的步骤七到步骤十三执行；

步骤十五：三号油缸启动延时时间到，则三号油缸按一号油缸的步骤七到步骤十三执行；

步骤十六：三支油缸周期按上述步骤执行，并每根油杆执行预定的运行延时；

步骤十七：三支油缸启动延时时间都到后，检测系统出口压力是否在正常范围，若在设定范围，则周期检测，系统压力正常；若系统压力低于设定值一定范围，则增加系统的运行频率，返回步骤五；若系统压力高于设定值一定范围，则减小系统的运行频率，返回步骤五；

步骤十八：系统自动修正参数后启动系统计数器，若系统连续四次修正，污泥总出料口处的压力还是不满足要求，则报警并停机，若满足系统压力满足要求，则置零计数器，系统按照步骤七到步骤十五运行。

5.如权利要求4所述的用于污泥柱塞泵的误差修正控制系统的工作方法，其特征在于，位置误差范围为-0.5mm~0.5mm。

6.如权利要求4所述的用于污泥柱塞泵的误差修正控制系统的工作方法，其特征在于，所述阶梯加速分为三段完成，速度分别是匀速的25%、50%、75%。

7.如权利要求4所述的用于污泥柱塞泵的误差修正控制系统的工作方法，其特征在于，比例减速的速度与油缸的位移成反比，位移越大速度越慢，到达设定的终点，速度为零。

8.如权利要求4所述的用于污泥柱塞泵的误差修正控制系统的工作方法，其特征在于，一号油缸、二号油缸、三号油缸运行时相位差顺次相差120°。

9.如权利要求4所述的用于污泥柱塞泵的误差修正控制系统的工作方法，其特征在于，步骤五中，系统运行参数包括三个油缸的液压缸的运行频率，为0～30次/分钟。

10.如权利要求4所述的用于污泥柱塞泵的误差修正控制系统的工作方法，其特征在于，比例阀的修正值为开口的0.05%。