CN206320092U - 一种trt机组静叶直驱式电液伺服控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种TRT机组静叶直驱式电液伺服控制系统，属于电液伺服技术领域，包括有静叶执行机构、直驱式电液伺服机构、第一电磁切断阀和第二电磁切断阀，静叶执行机构由液压缸一、液压缸二和静叶角度调整机构组成，直驱式电液伺服机构由伺服电机和双向定量泵组成。本实用新型不仅满足了TRT机组静叶正常运行时静叶执行机构的精准伺服控制要求，解决了传统电液伺服控制系统效率低、能耗高、故障点多、操作维护复杂等问题，同时在不影响系统控制精度和响应特性的前提下，能够大大降低TRT机组静叶伺服控制装置成本，简化控制方案，提高TRT机组静叶伺服控制的安全可靠性。本实用新型适用于各类TRT机组静叶伺服系统的控制。

Description

一种TRT机组静叶直驱式电液伺服控制系统

技术领域

本实用新型属于电液伺服技术领域，具体涉及一种TRT机组静叶直驱式电液伺服控制系统。

背景技术

TRT机组是高炉冶炼的重大节能装备，TRT机组的长期稳定运行不仅能降低钢铁企业的生产成本，节能降耗，减少环境污染，而且有着更为可观的经济效益和社会效益。静叶调节装置是TRT机组的重要执行机构，其控制性能的优劣及系统稳定性对TRT机组的安全高效运行起着至关重要的作用。随着工业控制技术的快速发展，对TRT机组的静叶控制装置的性能要求不断提高。电液伺服系统由于具有响应快、控制精度高、稳定性好、易于自动控制等特点，被广泛应用于TRT机组的静叶执行机构的控制。传统电液伺服系统采用液压泵站提供动力源，通过电液伺服阀对静叶执行机构进行伺服控制。该阀控系统由于存在节流损失和溢流损失等，其突出缺点是效率低，能耗高；同时由于使用了伺服阀和液压泵站，对系统的油液清洁度要求高，故障点多，维护操作水平相应提高。随着微电子技术和交流变频调速技术的迅速发展，加之伺服电动机材料、结构及控制理论有了突破性的进展，伺服电动机的响应特性和控制精度得到了极大地提高，出现了一种新型的伺服驱动方式，即直驱式电液伺服系统。

直驱式电液伺服系统采用伺服电机驱动双向定量泵，通过改变伺服电机的转速和旋向来改变双向泵的输出流量和方向，通过控制伺服电机的扭矩来控制系统压力，从而实现执行机构的换向、调速、调压三大功能。由于这三种功能直接由伺服电机控制，不需要液压泵站、伺服阀、减压阀和中间配管等，从而消除了传统电液伺服系统常见的卡阀故障，大大降低了系统对油液清洁度的要求，减少了能耗和故障点。因此与传统电液伺服系统相比，直驱式电液伺服系统具有节能环保、节约投资、长寿命、高可靠性和维护操作简单等优点。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对TRT机组静叶传统电液伺服控制装置的不足，提供一种直驱式电液伺服控制系统，不仅满足了TRT机组静叶正常运行时执行机构液压缸的精准伺服控制要求，解决了传统电液伺服控制系统效率低、能耗高、故障点多和操作维护复杂等问题，同时在不影响系统控制精度和响应特性的前提下，能够大大降低TRT机组静叶伺服控制装置成本，简化控制方案，提高TRT机组静叶伺服控制的安全可靠性。本实用新型适用于各类TRT机组静叶伺服系统的控制。

本实用新型提供的技术方案为：一种TRT机组静叶直驱式电液伺服控制系统，包括有静叶执行机构、直驱式电液伺服机构、第一电磁切断阀和第二电磁切断阀，静叶执行机构由液压缸一、液压缸二和静叶角度调整机构组成，直驱式电液伺服机构由伺服电机和双向定量泵组成，伺服电机连接于双向定量泵，其正转带动双向定量泵A油口供油，B油口回油，其反转带动双向定量泵B油口供油，A油口回油；双向定量泵A油口经由第一电磁切断阀与液压缸一、液压缸二的无杆腔共同连接，B油口经由第二电磁切断阀与液压缸一、液压缸二的有杆腔共同连接；第一电磁切断阀、第二电磁切断阀在得电状态下使得油路导通，可实现液压缸一、液压缸二的位置闭环运动控制，其在失电状态下使得油路切断，可实现静叶角度调整机构的当前位置停位控制。

为更好的实现本方案，能够向静叶执行机构两个液压缸的无杆腔补油和可限制逆流和消除静叶执行机构两个液压缸的有杆腔油路的压力波动，特设置呈下述结构：还包括有液控阀、单向阀和蓄能器，蓄能器与双向定量泵的A油口通过液控阀连接，与双向定量泵的B油口通过单向阀连接，还与双向定量泵的第三油口直接连接。

为更好的实现本方案，能够防止静叶执行机构两液压缸的两腔超压，特设置呈下述结构：还包括有第一安全阀、第二安全阀，蓄能器与液压缸一、液压缸二的无杆腔均通过第一安全阀连接，与液压缸一、液压缸二的有杆腔均通过第二安全阀连接。

为更好的实现本方案，能够监控蓄能器的工作压力，特设置呈下述结构：还包括有第一压力传感器，第一压力传感器在蓄能器油路上布置。

为更好的实现本方案，能够辅助TRT机组检修，特设置呈下述结构：还包括有第三电磁切断阀，液压缸一、液压缸二的有杆腔和无杆腔均通过第三电磁切断阀连接，第三电磁切断阀在得电状态下，可实现静叶角度调整机构的当前位置调整，其在失电状态下，可实现液压缸一、液压缸二的有杆腔和无杆腔之间的连接切断。

为更好的实现本方案，能够监控静叶执行机构两液压缸的两腔各油路的工作压力，特设置呈下述结构：还包括有第二压力传感器和第三压力传感器，第二压力传感器在液压缸一、液压缸二的无杆腔油路上布置，第三压力传感器在液压缸一、液压缸二的有杆腔油路上布置。

为更好的实现本方案，能够监控静叶执行机构液压缸的位移量，特设置呈下述结构：还包括有位移传感器，位移传感器在液压缸一或液压缸二上设置。

通过上述方案，本实用新型采用伺服电机驱动双向定量泵对非对称液压缸进行双腔控制。双向定量泵的A油口同时接静叶执行机构两个液压缸的无杆腔，B油口同时接静叶执行机构两个液压缸的有杆腔，从而通过伺服电机的控制实现静叶执行机构液压缸两腔的压力和流量的控制；静叶执行机构其中一只液压缸上装有位移传感器，静叶执行机构液压缸的两腔油路上装有压力传感器，位移传感器和压力传感器信号均接入控制器，通过控制器输出控制指令给伺服电机驱动器，伺服电机驱动器按照指令驱动伺服电机运转，从而控制伺服电机连接的双向泵的流量输出，最终实现静叶执行机构液压缸位置和出力的快速、精确控制，从而控制静叶角度调整机构达到TRT机组所需的静叶开度。

与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果是：

1、本实用新型采用伺服电机驱动双向泵实现静叶执行机构液压缸的运动控制，解决了静叶执行机构传统电液伺服控制系统效率低、能耗高、油液清洁度要求高、卡阀机率大和操作维护复杂等问题，同时在不影响系统控制精度和响应特性的前提下，能够大大降低TRT机组静叶伺服控制装置成本，简化控制方案，提高TRT机组静叶伺服控制的安全可靠性；

2、本实用新型采用蓄能器连接液压缸两腔，既解决了液压缸运动过程中的压力波动问题，同时也解决了非对称液压缸流量不平衡问题，为TRT机组静叶执行机构的精准伺服控制提供了有利条件；

3、本实用新型采用电磁切断阀将静叶执行机构液压缸的两腔连通，实现静叶执行机构液压缸检修状态下的位置调整。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1为本实用新型TRT机组静叶直驱式电液伺服控制系统的结构示意图；

附图标记：1—伺服电机，2—双向定量泵，3—液控阀，4—单向阀，5—第一压力传感器，6—蓄能器，7—第一安全阀，8—第二安全阀，9—第一电磁切断阀，10—第二电磁切断阀，11—第三电磁切断阀，12—第二压力传感器，13—第三压力传感器，14—位移传感器，15.1—液压缸一，15.2—液压缸二，15.3—静叶角度调整机构，16—TRT机组PLC，17—控制器，18—驱动器。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。

如附图1所示，本实施例中的一种TRT机组静叶直驱式电液伺服控制系统，包括伺服电机1、双向定量泵2、液控阀3、单向阀4，第一压力传感器5、蓄能器6、第一安全阀7、第二安全阀8、第一电磁切断阀9、第二电磁切断阀10、第三电磁切断阀11、第二压力传感器12、第三压力传感器13、位移传感器14、液压缸一15.1、液压缸二15.2、静叶角度调整机构15.3、TRT机组PLC16、控制器17、驱动器18。其中液压缸一15.1、液压缸二15.2、静叶角度调整机构15.3组成静叶执行机构。伺服电机1连接双向定量泵2，伺服电机1的正转带动双向定量泵2A油口供油，B油口回油；伺服电机1的反转带动双向定量泵2的B油口供油，A油口回油。双向定量泵2的A油口经过第一电磁切断阀9与静叶执行机构液压缸一15.1和液压缸二15.2的无杆腔连接，双向定量泵2的B油口经过第二电磁切断阀10与静叶执行机构液压缸一15.1、液压缸二15.2的有杆腔连接，在正常状态下得电使得油路导通，可实现液压缸一15.1、液压缸二15.2的位置闭环运动控制，在失电状态下锁定静叶角度调整机构15.3到当前位置，可以实现静叶角度调整机构15.3的停位功能，故障状态下保持静叶当前开度；蓄能器6通过液控阀3与双向定量泵2的A油口连通，通过单向阀4与双向定量泵2的B油口连通，同时还直接与双向定量泵2的第三个油口连通；液控阀3实现从蓄能器6向静叶执行机构液压缸一15.1和液压缸二15.2的无杆腔的补油功能，单向阀4用于连通蓄能器6与静叶执行机构液压缸一15.1和液压缸二15.2的有杆腔油路，可限制逆流和消除该油路的压力波动；第一安全阀7和第二安全阀8分别设置在静叶执行机构液压缸的两腔，防止液压缸的两腔超压；第三电磁切断阀11连接静叶执行机构的液压缸两腔，正常工作状态下第三电磁切断阀11处于失电状态，用于切断静叶执行机构的液压缸两腔之间的连接；当第三电磁切断阀11得电时连通静叶执行机构的液压缸两腔，用于TRT机组检修状态下静叶角度调整机构15.3的位置调整；蓄能器6和静叶执行机构液压缸的两腔分别设置有第一压力传感器5、第二压力传感器12、第三压力传感器13，实时监控压力变化；静叶执行机构的一只液压缸上设置有位移传感器14；第一压力传感器5、第二压力传感器12、第三压力传感器13、位移传感器14、第一电磁切断阀9、第二电磁切断阀10、第三电磁切断阀11的信号输出或输入端与控制器17连通；控制器17接收TRT机组PLC16的控制指令并将静叶执行机构的相关状态信号反馈给TRT机组PLC16，控制器17根据TRT机组PLC16的控制指令同时结合静叶执行机构的位移传感器14的位置反馈信号，经内部控制算法进行计算后，将驱动指令输出至驱动器18；驱动器18的驱动指令输出至伺服电机1，伺服电机1驱动双向定量泵2输出压力油控制静叶执行机构的液压缸按指令要求进行相应动作。

具体的，通过如下几种操作模式来辅助理解本实用新型的工作原理：

一、在TRT机组正常运行状态下，静叶执行机构开度增大时对应液压缸活塞杆伸出动作过程：

控制器接收TRT机组PLC的控制指令，经计算后发出位移伸出指令给驱动器，驱动器驱动伺服电机正向旋转，伺服电机驱动双向定量泵A油口供油、B油口回油，第三电磁切断阀失电切断静叶执行机构的液压缸两腔之间的油路；第一电磁切断阀得电导通，双向定量泵A油口压力油进入静叶执行机构的液压缸一和液压缸二的无杆腔；同时第二电磁切断阀得电导通，静叶执行机构液压缸一和液压缸二的有杆腔压力油流回双向定量泵B油口，由于静叶执行机构液压缸一和液压缸二的两腔流量不对称，蓄能器经液控阀补偿两腔流量差；此时液压缸无杆腔产生的力大于有杆腔产生的力，当两腔力的差值大于负载时，静叶执行机构液压缸一和液压缸二的活塞杆同时伸出；液压缸上的位移传感器实时检测活塞杆的伸出位移并发送至控制器；控制器将位移传感器的反馈指令与TRT机组PLC的控制指令进行比较，其差值通过算法修正再输出指令至驱动器，从而实现静叶执行机构液压缸一和液压缸二的位置闭环控制，精确到达预期伸出位置，保证TRT机组所需的静叶开度。

二、在TRT机组正常运行状态下，静叶执行机构开度减小时对应液压缸活塞杆缩回动作过程：

控制器接收TRT机组PLC的控制指令，经计算后发出位移缩回指令给驱动器，驱动器驱动伺服电机反向旋转，伺服电机驱动双向定量泵B油口供油、A油口回油，第三电磁切断阀失电切断静叶执行机构液压缸一和液压缸二两腔之间的油路；第二电磁切断阀得电导通，双向定量泵B油口压力油进入静叶执行机构液压缸一和液压缸二的有杆腔；同时第一电磁切断阀得电导通，静叶执行机构液压缸一和液压缸二的无杆腔压力油流回双向定量泵A油口，由于静叶执行机构液压缸一和液压缸二的两腔流量不对称，在双向定量泵B油口压力油的作用下，液控阀导通，静叶执行机构液压缸一和液压缸二的无杆腔多余的压力油经液控阀流回蓄能器；此时液压缸一和液压缸二的有杆腔产生的力大于无杆腔产生的力，当两腔力的差值大于负载时，静叶执行机构液压缸一和液压缸二的活塞杆同时缩回；液压缸上的位移传感器实时检测活塞杆的缩回位移并发送至控制器；控制器将位移传感器的反馈指令与TRT机组PLC的控制指令进行比较，其差值通过算法修正再输出指令至驱动器，从而实现静叶执行机构液压缸一和液压缸二的位置闭环控制，精确到达预期缩回位置，保证TRT机组所需的静叶开度。

三、在TRT机组故障状态下，静叶执行机构需保持当前开度，此时液压缸一和液压缸二活塞杆动作过程：

控制器接收TRT机组PLC的停机指令，给驱动器发送停机指令停止伺服电机旋转，双向定量泵保持当前位置，第一电磁切断阀、第二电磁切断阀和第三电磁切断阀同时失电，切断静叶执行机构液压缸一和液压缸二的两腔之间及液压缸两腔与双向定量泵A、B油口之间的油路，静叶执行机构液压缸一和液压缸二保持当前位置，从而实现静叶执行机构在故障状态下保持当前静叶开度的功能。

四、在TRT机组检修状态下，静叶执行机构液压缸一和液压缸二的活塞杆位置调整动作过程：

控制器接收TRT机组PLC的控制指令，确认TRT机组静叶执行机构可进入检修状态，控制器发送停机指令至伺服驱动器停止伺服电机旋转，同时控制第一电磁切断阀和第二电磁切断阀失电，切断静叶执行机构液压缸一和液压缸二两腔与双向定量泵A、B油口之间的油路，控制第三电磁切断阀得电导通静叶执行机构液压缸一和液压缸二两腔之间的油路，此时静叶执行机构液压缸一和液压缸二可在一个较小的外力作用下实现液压缸的自由伸出或缩回动作，用于检修人员调整液压缸的位置或静叶开度。

五、静叶执行机构液压缸一和液压缸二的安全保护过程：

第一压力传感器实时检测蓄能器的压力值，当蓄能器的压力值低于控制器的设定值时，发送报警信号至TRT机组PLC，通知检修人员对蓄能器进行检修；第一安全阀设定静叶执行机构液压缸一和液压缸二的无杆腔最高工作压力，当无杆腔工作压力高于第一安全阀的设定压力时，无杆腔的压力油通过第一安全阀溢流至蓄能器；第二安全阀设定静叶执行机构液压缸一和液压缸二的有杆腔最高工作压力，当有杆腔工作压力高于第二安全阀的设定压力时，有杆腔的压力油通过第二安全阀溢流至蓄能器；当静叶执行机构液压缸一和液压缸二的两腔压力都未超过安全阀的设定压力时，控制器接受TRT机组PLC的出力指令限值，同时计算静叶执行机构液压缸一和液压缸二两腔的第二压力传感器、第三压力传感器实时检测的压力值，如果计算得到的活塞杆出力小于出力指令限值，控制器发出伸出或缩回位移指令给驱动器，驱动器驱动伺服电机正向或反向旋转，根据上文所述的液压缸伸出或缩回动作过程实现静叶执行机构液压缸一和液压缸二的位置闭环控制，精确到达预期位置，保证TRT机组所需的静叶开度；如果计算得到的活塞杆出力大于出力指令限值，控制器发出转矩控制指令给驱动器，通过驱动器控制伺服电机的扭矩来控制双向定量泵A油口或B油口压力，直至计算得到的活塞杆出力小于TRT机组PLC的出力指令限值；从而实现静叶执行机构的安全保护，确保TRT机组稳定运行。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种TRT机组静叶直驱式电液伺服控制系统，包括有静叶执行机构、直驱式电液伺服机构、第一电磁切断阀(9)和第二电磁切断阀(10)，静叶执行机构由液压缸一(15.1)、液压缸二(15.2)和静叶角度调整机构(15.3)组成，直驱式电液伺服机构由伺服电机(1)和双向定量泵(2)组成，其特征在于：伺服电机连接于双向定量泵，其正转带动双向定量泵A油口供油，B油口回油，其反转带动双向定量泵B油口供油，A油口回油；双向定量泵A油口经由第一电磁切断阀与液压缸一、液压缸二的无杆腔共同连接，B油口经由第二电磁切断阀与液压缸一、液压缸二的有杆腔共同连接；第一电磁切断阀、第二电磁切断阀在得电状态下使得油路导通，可实现液压缸一、液压缸二的位置闭环运动控制，其在失电状态下使得油路切断，可实现静叶角度调整机构的当前位置停位控制。

2.根据权利要求1所述的TRT机组静叶直驱式电液伺服控制系统，其特征在于：还包括有液控阀(3)、单向阀(4)和蓄能器(6)，蓄能器与双向定量泵的A油口通过液控阀连接，与双向定量泵的B油口通过单向阀连接，还与双向定量泵的第三油口直接连接。

3.根据权利要求2所述的TRT机组静叶直驱式电液伺服控制系统，其特征在于：还包括有第一安全阀(7)、第二安全阀(8)，蓄能器与液压缸一、液压缸二的无杆腔均通过第一安全阀连接，与液压缸一、液压缸二的有杆腔均通过第二安全阀连接。

4.根据权利要求2所述的TRT机组静叶直驱式电液伺服控制系统，其特征在于：还包括有第一压力传感器(5)，第一压力传感器在蓄能器油路上布置。

5.根据权利要求1所述的TRT机组静叶直驱式电液伺服控制系统，其特征在于：还包括有第三电磁切断阀(11)，液压缸一、液压缸二的有杆腔和无杆腔均通过第三电磁切断阀连接，第三电磁切断阀在得电状态下，可实现静叶角度调整机构的当前位置调整，其在失电状态下，可实现液压缸一、液压缸二的有杆腔和无杆腔之间的连接切断。

6.根据权利要求1所述的TRT机组静叶直驱式电液伺服控制系统，其特征在于：还包括有第二压力传感器(12)和第三压力传感器(13)，第二压力传感器在液压缸一、液压缸二的无杆腔油路上布置，第三压力传感器在液压缸一、液压缸二的有杆腔油路上布置。

7.根据权利要求1所述的TRT机组静叶直驱式电液伺服控制系统，其特征在于：还包括有位移传感器(14)，位移传感器在液压缸一或液压缸二上设置。