CN208071774U - 气动伺服控制系统及张力稳定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种气动伺服控制系统及张力稳定装置，属于冷轧带钢热处理技术领域。气动伺服控制系统，应用于稳定带钢的炉前张力，包括增压阀、第一稳压气罐、第一电磁阀、电气比例阀、先导式电磁阀、第二电磁阀、第二稳压气罐及气缸，增压阀与进气气源连接；进气气源与增压阀之间设置有连接管路，连接管路分别与进气气源和电气比例阀连通，第二电磁阀与第二稳压气罐位于先导式电磁阀和气缸的气路上。此气动伺服控制系统能够迅速平抑带钢张力波动，提高带钢张力控制的精度和稳定性，从而提高产品质量，又因为此气动伺服控制系统参与机组主控，能够根据机组生产带钢规格的变化实时调整设定参数，使带钢张力的控制能够保持动态平衡。

Description

气动伺服控制系统及张力稳定装置

技术领域

本实用新型涉及冷轧带钢热处理技术领域，具体而言，涉及一种气动伺服控制系统及张力稳定装置。

背景技术

退火炉内带钢张力的稳定控制对镀锌机组的正常生产和产品质量的控制影响很大。炉内带钢张力的波动轻则引起带钢褶皱，重则导致炉内断带、机组停产。通常炉内带钢张力是由炉前张力辊和炉内热张紧辊相互作用产生，炉前还设有测张计，实时监测带钢张力，并能在线将检测值自动反馈给炉前张力辊电机的速度-转矩控制系统，闭环调节炉内张力，维持张力稳定。该系统在张力控制精度要求不高的建材板镀锌机组上，可以满足要求。而对于家电板、电工钢等高要求机组，产品板形要求及表面质量要求均高于建材板，因此要求炉内张力控制更加精确和稳定。

现有技术中热镀锌机组通过炉前张力辊和炉内热张紧辊对退火炉内带钢张力进行控制。这种控制模式存在如下问题：

1.加减速和稳态运行时张力控制精度和稳定性无法满足现有工艺技术要求；

2.由于没有动态伺服稳定系统，因带钢的板形问题、带钢规格变化等因素引起的带钢张力波动，仅靠张力辊和测张辊的控制，无法及时动态调整形成力平衡，这时对带钢带来张力冲击，可能造成炉内断带事故，机组运行可靠性差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述问题，提供一种气动伺服控制系统及张力稳定装置，用于控制炉前缓冲辊自动调整并稳定炉前带钢张力，减少因带钢张力波动带来的带钢起皱、断带等问题，提高产品质量和机组生产力，使上述问题得到改善。

本实用新型的另一个目的在于提供一种张力稳定装置，提高带钢退火的张力稳定性，提高生产效率。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型的实施例提供了一种气动伺服控制系统，应用于稳定带钢的炉前张力，包括增压阀、第一稳压气罐、第一电磁阀、电气比例阀、先导式电磁阀、第二电磁阀、第二稳压气罐及气缸，所述增压阀与进气气源连接；

所述进气气源、所述增压阀、所述第一稳压气罐、所述第一电磁阀、所述电气比例阀、所述先导式电磁阀及所述气缸依次连接，所述进气气源与所述增压阀之间设置有连接管路，所述连接管路分别与所述进气气源和所述电气比例阀连通，所述第二电磁阀与所述第二稳压气罐位于所述先导式电磁阀和所述气缸的气路上，所述第二电磁阀相对于所述第二稳压气罐靠近所述先导式电磁阀或所述气缸。

在本实用新型可选的实施例中，所述进气气源、所述增压阀、所述第一稳压气罐、所述第一电磁阀、所述电气比例阀、所述先导式电磁阀及所述气缸依次连接组成第一气路，所述进气气源、所述连接管路、所述电气比例阀、所述先导式电磁阀、所述第二电磁阀、所述第二稳压气罐依次连接组成第二气路。

在本实用新型可选的实施例中，所述第一电磁阀的出气端连接有减压阀，所述减压阀与所述电气比例阀之间设置有第一单向阀，所述第一单向阀用于防止气体由所述电气比例阀和/或所述连接管路流向所述减压阀。

在本实用新型可选的实施例中，所述进气气源的出气端设置有气源处理单元和残压释放阀，所述气源处理单元用于过滤所述进气气源提供的气体，所述残压释放阀用于释放管路中的残余气体压力。

在本实用新型可选的实施例中，所述连接管路设置有第二单向阀，所述第二单向阀用于防止气体由所述电气比例阀流向所述进气气源。

在本实用新型可选的实施例中，所述电气比例阀的进气端设置有过滤器。

在本实用新型可选的实施例中，所述第一稳压气罐和所述第二稳压气罐均设置有压力释放阀、压力表、消音器及排水器。

在本实用新型可选的实施例中，所述先导式电磁阀与所述气缸之间设置有压力传感器，所述压力传感器用于检测所述气缸的气压，所述电气比例阀与所述压力传感器之间设置有电控组件，所述电控组件用于根据所述压力传感器检测的电信号控制所述电气比例阀的工作状态。

在本实用新型可选的实施例中，所述第一稳压气罐的额定压力为0.6-1.2MPa，所述第二稳压气罐的额定压力为0.1-0.8MPa。

本实用新型的实施例还提供了一种张力稳定装置，包括缓冲辊和上述的气动伺服控制系统，所述缓冲辊位于测张辊和炉前张力辊之间，带钢经所述炉前张力辊、所述缓冲辊及所述测张辊进入退火炉，所述气缸与所述缓冲辊连接且所述气缸能够带动所述缓冲辊沿带钢前进的方向移动。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

此气动伺服控制系统能够迅速平抑带钢张力波动，提高带钢张力控制的精度和稳定性，从而提高产品质量，又因为此气动伺服控制系统参与机组主控，能够根据机组生产带钢规格的变化实时调整设定参数，使带钢张力的控制能够保持动态平衡。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型第一实施例提供的气动伺服控制系统的结构简图；

图2为气缸的受力分析图；

图3为自动伺服控制进程图；

图4为本实用新型第二实施例提供的张力稳定装置的结构示意图。

图标：100-气动伺服控制系统；1-进气气源；2-气源处理单元；3-残压释放阀；4-增压阀；5-第一稳压气罐；6-第一电磁阀；7-减压阀；8-过滤器；9-电气比例阀；10-先导式电磁阀；11-第二电磁阀；12-第二稳压气罐；13-压力传感器；14-气缸；15-第一单向阀；16-第二单向阀；17-压力释放阀；18-压力表；19-消音器；20-排水器；21-连接管路；22-缓冲辊；23-炉前张力辊；24-测张辊；25-退火炉。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种气动伺服控制系统100，应用于稳定带钢的炉前张力，包括增压阀4、第一稳压气罐5、第一电磁阀6、电气比例阀9、先导式电磁阀10、第二电磁阀11、第二稳压气罐12及气缸14。

如图1所示，在本实施例中，增压阀4的进气端连接有进气气源1，进气气源1提供气体；进气气源1、增压阀4、第一稳压气罐5、第一电磁阀6、电气比例阀9、先导式电磁阀10及气缸14依次连接组成第一气路，进气气源1提供的气体经第一稳压气罐5后进入气缸14，为气缸14充气，同时，第一稳压气罐5还具有储气的功能，当气缸14内压力过低需要快速充压时，第一稳压气罐5可以为气缸14充气；进气气源1与增压阀4之间设置有连接管路21，连接管路21的两端分别与进气气源1和电气比例阀9连通，进气气源1的气体能够经连接管路21直接进入电气比例阀9，从而进入气缸14；第二电磁阀11和第二稳压气罐12设置于先导式电磁阀10和气缸14之间，第二电磁阀11相对于第二稳压气罐12靠近先导式电磁阀10或气缸14，气体能够经先导式电磁阀10、第二电磁阀11进入第二稳压气罐12，第二稳压气罐12具有储气功能，同时，第二稳压气罐12还可以为气缸14充气；当气缸14压力过大需要卸荷时，电气比例阀9和第二电磁阀11断电，气缸14内的气体经先导式电磁阀10排至大气。气缸14与电气比例阀9之间设置有压力传感器13和电控组件(PLC)，压力传感器13用于检测气缸14内的压力，并将电信号传递至电控组件，电控组件根据电信号控制电气比例阀9的工作状态。电控组件的设置，提高了该气动伺服控制系统100的自动化程度，使得控制更精确，提高了生产效率。

下面对该气动伺服控制系统100的各个部件的具体结构和相互之间的位置关系进行详细说明。

进气气源1为系统提供气源，可以压缩空气站等大型储气设备，也可以为压缩空气机等，使用者根据实际情况选取进气气源1。

为了提高管道中气体的质量，避免杂质影响设备的运行，进气气源1的出气端设置有气源处理单元2，气源处理单元2对进气气源1提供的气体进行过滤，将杂质截留，从而使得进入系统管道的气体干净。

为了便于设备检修或维护，进气气源1的出气端设置有残压释放阀3，残压释放阀3与气源处理单元2相邻设置，残压释放阀3可以有效释放管路中的残余气体压力，保证设备和人员安全。

进气气源1、增压阀4、第一稳压气罐5、第一电磁阀6、电气比例阀9、先导式电磁阀10及气缸14依次连接组成第一气路，第一电磁阀6的出气端(靠近电气比例阀9的一端)连接有减压阀7。减压阀7用于将由第一稳压气罐5输送的气体的压力降压至所需压力。

为了提高第一稳压气罐5和第二稳压气罐12的工作效率，第一稳压气罐5和第二稳压气罐12均设置有压力释放阀17、压力表18、消音器19及排水器20，压力释放阀17用于释放第一稳压气罐5(或第二稳压气罐12)内的气压，压力表18用于检测第一稳压气罐5(或第二稳压气罐12)内的压力，消音器19用于消除第一稳压气罐5(或第二稳压气罐12)释放气体时产生的噪音，排水器20用于排出第一稳压气罐5(或第二稳压气罐12)内的水。同时，为了更好的实现第一稳压气罐5和第二稳压气罐12的功能，管路上还可以配置切断阀等部件。

为了提高进入电气比例阀9中气体(压缩空气)的质量，在电气比例阀9的进气端设置有过滤器8，气体经增压阀4、第一稳压气罐5、第一电磁阀6、减压阀7后，气体质量低于进气气源1提供的气体的质量，过滤器8能够有效过来气体中的杂质，提高气体质量，使得干净的气体进入电气比例阀9，提高电气比例阀9及管路中后续部件的使用寿命。

进气气源1与增压阀4之间设置有连接管路21，连接管路21的两端分别与进气气源1和电气比例阀9连通，相当于连接管路21与增压阀4、第一稳压气罐5和第一电磁阀6的管路并联。先导式电磁阀10与气缸14的气路上设置有第二电磁阀11和第二稳压气罐12，第二电磁阀11相对于第二稳压气罐12靠近先导式电磁阀10或气缸14。进气气源1、连接管路21、电气比例阀9、先导式电磁阀10、第二电磁阀11、第二稳压气罐12依次连接组成第二气路。

减压阀7与电气比例阀9之间设置有第一单向阀15，第一单向阀15用于防止气体由电气比例阀9和/或连接管路21流向减压阀7。连接管路21设置有第二单向阀16，第二单向阀16用于防止气体由电气比例阀9和/或减压阀7流向进气气源1。进气气源1、连接管路21、电气比例阀9、先导式电磁阀10、第二电磁阀11、第二稳压气罐12依次连接组成第二气路。

第一气路与第二气路为两条不同的气路，但是部分部件共用，可以根据不同阀门的开闭实现不同的功能。当第一电磁阀6断电时，第一气路断开，进气气源1的气体进入第一稳压气罐5内，为第一稳压气罐5充气；当第一电磁阀6通电、电气比例阀9通电时，第一气路连通，第一稳压气罐5内的气体经第一气路进入气缸14内，为气缸14充气。当电气比例阀9通电、第二电磁阀11通电时，第二气路连通，进气气源1提供的气体在先导式电磁阀10之后分为两路，一路进入气缸14内，另外一路继续沿第二气路进入第二稳压气罐12内，此时，第二气路结合部分第一气路为气缸14和第二稳压气罐12充气。当第一电磁阀6断电、电气比例阀9通电、第二电磁阀11断电时，此时，部分第一气路和部分第二气路连通，进气气源1为气缸14充气。当电气比例阀9断电、第二电磁阀11断电时，气缸14内的气体经先导式电磁阀10排出。

作为本实施例的可选方式，第一稳压气罐5的额定电压为0.6-1.2MPa，第二稳压气罐12的额定电压为0.1-0.8MPa。第一稳压气罐5和第二稳压气罐12均为储气装置，能够储存气体为气缸14充气；第二稳压气罐12还可以储存气缸14释放的压力。

在本实施例中，先导式电磁阀10与气缸14之间设置有压力传感器13，压力传感器13同于检测气缸14的压力。电气比例阀9与压力传感器13之间设置有电控组件(PLC)，电控组件分别与电气比例阀9和压力传感器13电连接，电控组件用于根据压力传感器13检测的电信号控制电气比例阀9的工作状态。当压力传感器13检测到气缸14需要充气(气缸14的压力小于预设值)时，电控组件控制电气比例阀9通电，气体由电气比例阀9进入气缸14；当压力传感器13检测到气缸14需要卸荷(气缸14的压力大于预设值)时，电控组件控制电气比例阀9断电，气缸14内的气体经先导式电磁阀10排至大气。

该气动伺服控制系统100应用于炉前带钢的张力稳定，与缓冲辊连接，用于控制缓冲辊的移动，实现带钢的张力调节。力平衡方程(如图2所示)为：

气缸F1＝负载推力F2＝带钢张力T×2+系统摩檫力f；

气缸F1＝气缸14活塞面积S×气缸14腔内气压P。

在气缸14不变的情况下，通过调整气缸14内的气压，可以实现气缸F1的调节。

本实用新型实施例的工作原理为：

在机组稳定运行时，系统进入自动伺服控制进程，自动切换充气进程和气缸14卸荷进行，保持气缸F1与负载推力F2在设定压力处平衡，维持带钢张力稳定；在机组生产带钢规格变化时，根据相应参数计算气缸14所需推力，重新设置平衡时的压力值，使气缸14与负载推力在新设定压力处平衡。

充气进程：此时，残压释放阀3切换到进气，电气比例阀9打开，第一电磁阀6关闭，压缩空气经气源处理单元2过滤后进入残压释放阀3分成两路：一路通过增压阀4给第一稳压气罐5充气；一路经过过滤器8过滤后通过电气比例阀9和先导式电磁阀10给气缸14充气，同时也可以通过第二电磁阀11给第二稳压气罐12充气。

气缸14卸荷进程：此时电气比例阀9和第二电磁阀11关闭，先导式电磁阀10切换到排气，气缸14通过先导式电磁阀10将气缸14腔内气体压力释放到空气中。

自动伺服控制进程(如图3所示)：此时电气比例阀9参与控制，当带钢张力波动引起负载推力F2出现波动时，系统自动在充气进程和气缸14卸荷进程间切换：当带钢张紧引起负载推力F2大于气缸F1时，气缸14活塞被压缩，同时气缸14腔内气压P逐渐增大，当压力传感器13检测到气缸14腔内气压P超过设定压力时，自动切换到气缸14卸荷进程，气缸14腔内气压P开始降低；同时因为气缸14活塞的回退释放带钢使得负载推力F2逐渐减小，很快气缸14和负载又重新回到设定值的平衡点上。当带钢变松引起负载推力F2小于气缸F1时，此时气缸14活塞向前推进，同时气缸14腔内气压P逐渐减小，当压力传感器13检测到气缸14腔内气压P低于设定压力时，自动切换到带电气比例阀9控制的气缸14充气进程，气缸14腔内气压P开始逐渐上升，同时因为气缸14活塞的推进张紧带钢使得负载推力F2逐渐增加，很快气缸14和负载又重新回到设定值的平衡点上。

主动调节进程：根据带钢规格的变动，需要调整带钢张力T，此时根据力平衡方程计算出所需的气缸14腔内压力P2，设定新的压力值，系统自动控制切换充气进程和气缸14卸荷进程，使气缸14腔内压力稳定在P2，从而气缸14和负载推力达到新的平衡状态。

该气动伺服控制系统100可用于连续热镀锌、连续脱碳退火以及硅钢绝缘涂层等机组设备上，主要在现有基础上增加参与机组主控的带钢张力稳定技术，除了能为炉内提供精度高切稳定的带钢张力外，还能降低作业人员的劳动强度，改善了生产作业环境，提高了机组产品质量和机组生产力，具有极高的产品推广价值。

第二实施例

请参照图4所示，本实施例提供一种张力稳定装置，包括缓冲辊22和第一实施例提供的气动伺服控制系统100。

在镀锌机组中，带钢炉前张力的控制十分重要，本实施例在炉前张力辊23和测张辊24之间设置有缓冲辊22，带钢经炉前张力辊23、缓冲辊22及测张辊24进入退火炉25，气缸14与缓冲辊22连接，并且气缸14能够带动缓冲辊22沿带钢的前进方向移动。也就是说，带钢的张力调节通过气缸14的伸缩来控制。

张力稳定装置的设置，采用气动伺服控制系统100，提高了生产自动化控制程度，带钢的张力控制更精确，提高了生产效率，还能能降低作业人员的劳动强度，改善了生产作业环境，提高了机组产品质量和机组生产力，具有极高的产品推广价值。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气动伺服控制系统，应用于稳定带钢的炉前张力，其特征在于，包括增压阀、第一稳压气罐、第一电磁阀、电气比例阀、先导式电磁阀、第二电磁阀、第二稳压气罐及气缸，所述增压阀与进气气源连接；

所述进气气源、所述增压阀、所述第一稳压气罐、所述第一电磁阀、所述电气比例阀、所述先导式电磁阀及所述气缸依次连接，所述进气气源与所述增压阀之间设置有连接管路，所述连接管路分别与所述进气气源和所述电气比例阀连通，所述第二电磁阀与所述第二稳压气罐位于所述先导式电磁阀和所述气缸的气路上，所述第二电磁阀相对于所述第二稳压气罐靠近所述先导式电磁阀或所述气缸。

2.根据权利要求1所述的气动伺服控制系统，其特征在于，所述进气气源、所述增压阀、所述第一稳压气罐、所述第一电磁阀、所述电气比例阀、所述先导式电磁阀及所述气缸依次连接组成第一气路，所述进气气源、所述连接管路、所述电气比例阀、所述先导式电磁阀、所述第二电磁阀、所述第二稳压气罐依次连接组成第二气路。

3.根据权利要求1所述的气动伺服控制系统，其特征在于，所述第一电磁阀的出气端连接有减压阀，所述减压阀与所述电气比例阀之间设置有第一单向阀，所述第一单向阀用于防止气体由所述电气比例阀和/或所述连接管路流向所述减压阀。

4.根据权利要求1所述的气动伺服控制系统，其特征在于，所述进气气源的出气端设置有气源处理单元和残压释放阀，所述气源处理单元用于过滤所述进气气源提供的气体，所述残压释放阀用于释放管路中的残余气体压力。

5.根据权利要求1所述的气动伺服控制系统，其特征在于，所述连接管路设置有第二单向阀，所述第二单向阀用于防止气体由所述电气比例阀流向所述进气气源。

6.根据权利要求1所述的气动伺服控制系统，其特征在于，所述电气比例阀的进气端设置有过滤器。

7.根据权利要求1所述的气动伺服控制系统，其特征在于，所述第一稳压气罐和所述第二稳压气罐均设置有压力释放阀、压力表、消音器及排水器。

8.根据权利要求1所述的气动伺服控制系统，其特征在于，所述先导式电磁阀与所述气缸之间设置有压力传感器，所述压力传感器用于检测所述气缸的气压，所述电气比例阀与所述压力传感器之间设置有电控组件，所述电控组件用于根据所述压力传感器检测的电信号控制所述电气比例阀的工作状态。

9.根据权利要求1所述的气动伺服控制系统，其特征在于，所述第一稳压气罐的额定压力为0.6-1.2MPa，所述第二稳压气罐的额定压力为0.1-0.8MPa。

10.一种张力稳定装置，其特征在于，包括缓冲辊和权利要求1-9任意一项所述的气动伺服控制系统，所述缓冲辊位于测张辊和炉前张力辊之间，带钢经所述炉前张力辊、所述缓冲辊及所述测张辊进入退火炉，所述气缸与所述缓冲辊连接且所述气缸能够带动所述缓冲辊沿带钢前进的方向移动。