CN111550458A - 一种汽轮机泵控缸伺服系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽轮机泵控缸伺服系统及其控制方法,包括油缸、伺服驱动器、伺服电机、液压油泵,还包括补油箱、位移传感器、位置控制器;所述位移传感器、位置控制器、伺服驱动器和伺服电机电性连接;所述位置控制器电性连接至汽轮机控制系统;补油箱依次通过吸油滤油器、单向阀,并经过进油管路连接到液压油泵的输入口;液压油泵依次通过液控单向阀、溢流阀连接至油缸,所述油缸中还设置有用于推动设置于油缸中的活塞的复位弹簧,所述活塞连接至汽轮机调节阀门,所述油缸通过卸载电磁阀连接至补油箱。本发明通过双向液压油泵在两个方向输出压力油控制油缸,同时控制汽轮机调节阀门的开启和关闭,通过快关指令控制卸载电磁阀可直接关闭油缸。
Description
技术领域
本发明涉及汽轮机控制技术领域,特别涉及一种汽轮机泵控缸伺服系统及其控制方法。
背景技术
工业汽轮机是大型高速运转的原动机,通常在高温、高压下工作,其调节阀需要大驱动力、快速响应和高精度控制,一般采用电液伺服控制系统,传统的汽轮机电液伺服系统都采用阀控缸伺服控制形式,也即由油源系统供压力油,通过电液伺服阀控制油缸(也称“油动机”),这种汽轮机阀控缸形式的电液伺服系统根据供油形式和油源压力又可分为低压透平油电液伺服系统和独立高压电液伺服系统。
(1)低压透平油电液伺服系统,系统油源与润滑油共用,包括滤油装置、安全油压建立装置、OPC电磁阀、电液伺服阀、错油门滑阀、油缸和位移传感器等组成,低压透平油电液伺服系统压力油较低,一般小于2MPa,油缸设计较大,响应较慢,由于与润滑油共用油源,系统抗污染能力较差。
(2)独立高压电液伺服系统,系统设计一套独立的液压油站,供油压力较高,一般为10~MPa,根据工质不同,又可分为高压抗燃油系统和抗磨油系统,由于抗燃油有毒难以降解,高压抗燃油系统设计更加复杂。
以上两类传统的汽轮机阀控缸形式的电液伺服系统,各有优缺点,其共同特点是需要电液伺服阀,对液压油质要求较高,需要各自的油源系统,较为复杂。
随着伺服电机及驱动技术的快速发展,开发采用伺服电机驱动双向液压油泵直接控制液压油缸的泵控缸伺服系统,可以提升系统抗污染能力,降低能耗、小型集成化、操作与控制简单化,对于工业汽轮机调节阀及其他需要高精度、快速响应控制执行机构领域有很好的应用前景。
在专利公开号为CN1050329A的专利中公开了一种伺服泵控液压系统,它包括油缸和由伺服电机驱动的双向液压泵,所述液压泵与油箱连接,所述液压泵的进出油口中,一端与油缸的上腔连接、另一端分别通过支路a和支路b与油缸的下腔连接,支路a上设置有背压阀,支路b上设置有提动阀;所述液压泵的进出油口与油箱之间的支路上分别设置有补油单向阀,所述油缸的上腔连接有单向阀Ⅱ、油缸的下腔连接有单向阀Ⅰ,单向阀Ⅰ通过支路c和支路d与充液阀连接,单向阀Ⅱ通过支路c和支路d与充液阀连接,支路c上设置有电磁球阀,流经电磁球阀的液压油控制充液阀的开关,支路d上设置有安全阀。该液压系统能大幅降低能源的消耗,提升液压机和折弯机的运行效率,降低液压系统的用油量。
上述专利提供的内容虽然能够解决低压透平油电液伺服系统和独立高压电液伺服系统这类阀控缸形式电液伺服系统的缺陷,但侧重于提升液压机和折弯机的运行效率,对液压油缸位置控制没有深入阐述,不能实现油缸快关的操作,无法满足汽轮机调节阀的控制要求。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种汽轮机泵控缸伺服系统及其控制方法,能够在两个方向输出压力油控制油缸及汽轮机调节阀门的开启和关闭,通过快关指令控制卸载电磁阀可直接关闭油缸。
本发明的技术方案如下所示:
一种汽轮机泵控缸伺服系统,包括油缸、以及由伺服驱动器、伺服电机控制的液压油泵,还包括补油箱、位移传感器、位置控制器;所述位移传感器、位置控制器、伺服驱动器和伺服电机电性连接;所述位置控制器电性连接至汽轮机控制系统;补油箱依次通过吸油滤油器、单向阀,并经过进油管路连接到液压油泵的输入口;液压油泵依次通过液控单向阀、溢流阀连接至油缸,所述油缸中还设置有用于推动设置于油缸中的活塞的复位弹簧,所述活塞连接至汽轮机调节阀门,所述油缸通过卸载电磁阀连接至补油箱。
优选的,所述液压油泵为双向液压油泵,所述双向液压油泵上设有A出口和B出口。
优选的,所述吸油滤油器、进油管路、液控单向阀门、溢流阀各设有两个,所述A出口通过第一单向阀和第一吸油滤油器连接至补油箱,所述A出口通过第一液控单向阀连接至油缸,所述第一液控单向阀还通过第一溢流阀连接至补油箱;所述B出口通过第二单向阀和第二吸油滤油器连接至补油箱,所述B出口通过第二液控单向阀连接至油缸,所述第二液控单向阀还通过第二溢流阀连接至补油箱。
优选的,所述A出口设置有第一压力传感器和第一压力表,所述B出口设置有第二压力传感器和第二压力表。
优选的,还包括第三液控单向阀,所述第三液控单向阀两端分别连接油缸和补油箱。
优选的,所述补油箱中还设有用于检测液压油温的温度变送器,用于防止空气中杂质进入使油液污染的空气滤清器,用于显示补油箱油位的液位计,用于泄放补油箱液压油的放油阀。
优选的,所述位移传感器采用线性可变差动位移传感器外置安装至油缸或采用磁致伸缩位移传感器内置安装至油缸。
优选的,所述位置控制器为可编程逻辑控制器,所述汽轮机控制系统为分散控制系统或可编程逻辑控制器。
本发明还提供了一种汽轮机泵控缸伺服控制方法,包括以下步骤:
S1:位移传感器检测油缸行程,并将阀位反馈信号FV发送至位置控制器;
S2:位置控制器将阀位反馈信号FV与从汽轮机控制系统输入的阀位指令信号FS进行比较,输出转速控制指令N给伺服驱动器;
S3:伺服驱动器将转速控制指令与伺服电机来的转速反馈信号进行比较,输出控制驱动伺服电机;
S4:伺服电机根据伺服驱动器的指令开启或关闭汽轮机调节阀门。
更优选的,还包括执行快关指令的过程,具体为:汽轮机控制系统将阀位指令置0,同时输出快关指令分别发送给位置控制器和卸载电磁阀,所述位置控制器收到汽轮机控制系统快关指令后,输出顺时针旋转关阀位方向的转速指令;所述卸载电磁阀动作使油缸一侧卸油,油缸活塞依靠弹簧力推动关闭。
本发明的有益效果为:本发明通过双向液压油泵在两个方向输出压力油控制油缸,同时控制汽轮机调节阀门的开启和关闭,通过快关指令控制卸载电磁阀可直接关闭油缸。本发明采用的伺服电机驱动双向液压油泵直接控制液压油缸的泵控缸伺服系统,也克服了原阀控缸系统电液伺服阀抗污染能力差问题,具有节能、小型集成化、操作与控制简单特点,在工业汽轮机调节阀控制领域有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例的结构连接示意图。
图2为本发明实施例泵控缸伺服系统的控制方法逻辑图。
具体实施方式
下面将结合实施例对发明的实施例进行进一步的说明。
如图1所示,一种汽轮机泵控缸伺服系统,包括补油箱1,第一吸油滤油器2,第二吸油滤油器3,第一单向阀4,第二单向阀5,伺服电机6,双向液压泵7,第一进油管路8,第二进油管路9,第一压力传感器10,第二压力传感器11,第一液控单向阀12,第二液控单向阀13,第三液控单向阀14,第一溢流阀15,第二溢流阀16,油缸17,位移传感器18,汽轮机调节阀门19,汽轮机控制系统20,位置控制器21,伺服驱动器22,复位弹簧23,卸载电磁阀24,温度变送器25,空气滤清器26,液位计27,放油阀28,第一压力表29,第二压力表30。
位移传感器检测油缸的行程,将阀位反馈信号送到位置控制器,位置控制器将阀位反馈信号与汽轮机控制系统来的阀位指令信号进行比较,输出转速控制指令给伺服驱动器,伺服驱动器将转速控制指令与伺服电机来的转速反馈信号进行比较,输出控制驱动伺服电机。其中汽轮机控制系统一般由分散控制系统(DCS,Distributed Control System)或可编程逻辑控制器(PLC,Programmable Logic Controller)组成,位置控制器则由控制响应时间快的可编程逻辑控制器(PLC,Programmable Logic Controller)组成。
其中用于检测油缸行程的位移传感器,可以采用线性可变差动位移传感器外置安装,或采用磁致伸缩位移传感器内置安装,位移传感器将油缸活塞的位置变化转化成电信号送到位置控制器。
当伺服电机6按图中位置逆时针旋转驱动双向液压泵7时,液压油经第一吸油滤油器2、第一单向阀4、第一进油管路8,从双向液压泵7的A口吸入,压力油从双向液压泵7的B口输出,压力油经第二液控单向阀13,从油缸17的D口进入有杆腔,推动油缸17的活塞171按图1中位置向左移动,活塞171通过连杆拉动汽轮机调节阀门19开启。同时第三液控单向阀14和第一液控单向阀12在压力油作用下打开,油缸无杆腔的液压油从C口流出,分两路油,一路油经第一液控单向阀12到双向液压泵7的A口,另一路油经第三液控单向阀14回补油箱1。
当伺服电机6按图1中位置顺时针旋转驱动双向液压泵7时,液压油经第二吸油滤油器3、第二单向阀5、第二进油管路9,从双向液压泵7的B口吸入,压力油从双向液压泵7的A口输出,经第一液控单向阀12,从油缸16的C口进入无杆腔,推动油缸17的活塞171按图1中位置向右移动,同时通过连杆拉动汽轮机调节阀门19关闭。同时第二液控单向阀13在压力油作用下打开,油缸有杆腔的液压油从D口流出,经第二液控单向阀13到双向液压泵7的B口。
若油缸17设计为非对称缸,无杆腔的油量大于有杆腔的油量,当伺服电机6按图中位置顺时针旋转驱动双向液压泵7时,有杆腔的回油量小于无杆腔的用油量,需从补油箱补油。当伺服电机6按图中位置逆时针旋转驱动双向液压泵时,仅在伺服电机6启动初期从补油箱1补油,当油缸17的有杆腔压力油建立后,推动油缸17的活塞171左移,由于无杆腔的回油大于有杆腔的进油,则油缸无杆腔多余的一部分回油需经第三液控单向阀14流回补油箱1。
若油缸17设计为对称缸,则回油量等于进油量,双向液压泵7的吸油和出油平衡,不需要从补油箱1补油。
所述复位弹簧23安装在油缸17上,油缸17的活塞171向左移动时,压缩复位弹簧23,当需要直接关闭汽轮机调节阀门19时,卸载电磁阀24得电,油缸有杆腔液压油经D口、卸载电磁阀24流回补油箱1,油缸17的活塞171在复位弹簧23的弹簧力作用下右移,进而推动与之连接的汽轮机调节阀门19关闭。
所述第一溢流阀15用于油缸无杆腔的油压过载时溢流保护,第二溢流阀16用于油缸有杆腔的油压过载时溢流保护,温度变送器25用于检测液压油温,空气滤清器26用于防止空气中杂质进入使油液污染,液位计27用于显示补油箱1油位,放油阀28用于泄放补油箱1液压油,第一压力表29用于显示双向液压泵7的A出口油压,第二压力表30用于显示双向液压泵7的B出口油压。
如图2所示,本发明实施例还提供了泵控缸伺服系统控制方法的逻辑图,阀位指令FS与阀位反馈FV在位置控制器内比较得到阀位偏差ΔF:
ΔF = FS - FV ;
如阀位偏差ΔF >0,则位置控制器输出逆时针旋转开阀位方向的转速指令N:
N = k1﹒ΔF ;
式中k1为比例系数。
如阀位偏差ΔF <0,则位置控制器输出顺时针旋转关阀位方向的转速指令N:
N = k2﹒\ΔF\;
式中k2为比例系数。
并由伺服驱动器将转速控制指令与伺服电机来的转速反馈信号进行比较,输出控制驱动伺服电机,以控制油缸及汽轮机调节阀门的开启和关闭。
如阀位偏差ΔF =0,则位置控制器输出的转速指令N =0,伺服电机停止运转。
在液压泵出口压力高限情况下,伺服电机也停止运转,PA为液压泵的A出口压力,PB为液压泵的B出口压力,P0为压力高限值,当PA > P0或PB > P0任一条件成立,伺服电机即停止运转。
在汽轮机快关模式下,汽轮机控制系统将阀位指令F S 置0,同时将快关指令分别送给位置控制器和卸载电磁阀,位置控制器收到汽轮机控制系统快关指令后,输出顺时针旋转关阀位方向的转速指令:
N = Nmax;
式中Nmax为伺服电机的最高转速。
并由伺服驱动器将转速控制指令与伺服电机来的转速反馈信号进行比较,输出控制驱动伺服电机,以快速关闭油缸。
最后应说明的是:以上所述实施例,仅为本发明的具体实施方式,用以说明本发明的技术方案,而非对其限制,本发明的保护范围并不局限于此,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改、变化或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种汽轮机泵控缸伺服系统,包括油缸、以及由伺服驱动器、伺服电机控制的液压油泵,其特征在于,还包括补油箱、位移传感器、位置控制器;所述位移传感器、位置控制器、伺服驱动器和伺服电机电性连接;所述位置控制器电性连接至汽轮机控制系统;补油箱依次通过吸油滤油器、单向阀,并经过进油管路连接到液压油泵的输入口;液压油泵依次通过液控单向阀、溢流阀连接至油缸,所述油缸中还设置有用于推动设置于油缸中的活塞的复位弹簧,所述活塞连接至汽轮机调节阀门,所述油缸通过卸载电磁阀连接至补油箱。
2.根据权利要求1中所述的汽轮机泵控缸伺服系统,其特征在于,所述液压油泵为双向液压油泵,所述双向液压油泵上设有A出口和B出口。
3.根据权利要求2中所述的汽轮机泵控缸伺服系统,其特征在于,所述吸油滤油器、进油管路、液控单向阀门、溢流阀各设有两个,所述A出口通过第一单向阀和第一吸油滤油器连接至补油箱,所述A出口通过第一液控单向阀连接至油缸,所述第一液控单向阀还通过第一溢流阀连接至补油箱;所述B出口通过第二单向阀和第二吸油滤油器连接至补油箱,所述B出口通过第二液控单向阀连接至油缸,所述第二液控单向阀还通过第二溢流阀连接至补油箱。
4.根据权利要求3中所述的汽轮机泵控缸伺服系统,其特征在于,所述A出口设置有第一压力传感器和第一压力表,所述B出口设置有第二压力传感器和第二压力表。
5.根据权利要求3中所述的汽轮机泵控缸伺服系统,其特征在于,还包括第三液控单向阀,所述第三液控单向阀两端分别连接油缸和补油箱。
6.根据权利要求1中所述的汽轮机泵控缸伺服系统,其特征在于,所述补油箱中还设有用于检测液压油温的温度变送器,用于防止空气中杂质进入使油液污染的空气滤清器,用于显示补油箱油位的液位计,用于泄放补油箱液压油的放油阀。
7.根据权利要求1中所述的汽轮机泵控缸伺服系统,其特征在于,所述位移传感器采用线性可变差动位移传感器外置安装至油缸或采用磁致伸缩位移传感器内置安装至油缸。
8.根据权利要求1中所述的汽轮机泵控缸伺服系统,其特征在于,所述位置控制器为可编程逻辑控制器,所述汽轮机控制系统为分散控制系统或可编程逻辑控制器。
9.一种汽轮机泵控缸伺服控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:位移传感器检测油缸行程,并将阀位反馈信号FV发送至位置控制器;
S2:位置控制器将阀位反馈信号FV与从汽轮机控制系统输入的阀位指令信号FS进行比较,输出转速控制指令N给伺服驱动器;
S3:伺服驱动器将转速控制指令与伺服电机来的转速反馈信号进行比较,输出控制驱动伺服电机;
S4:伺服电机根据伺服驱动器的指令开启或关闭汽轮机调节阀门。
10.根据权利要求9中所述的汽轮机泵控缸伺服控制方法,其特征在于,还包括执行快关指令的过程,具体为:汽轮机控制系统将阀位指令置0,同时输出快关指令分别发送给位置控制器和卸载电磁阀,所述位置控制器收到汽轮机控制系统快关指令后,输出顺时针旋转关阀位方向的转速指令;所述卸载电磁阀动作使油缸一侧卸油,油缸活塞依靠弹簧力推动关闭。
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