CN212160453U - 液位控制系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种液位控制系统，用于金属液体流槽的液位控制，其包括执行机构、伺服电机、传感器和伺服驱动器；执行机构用于调节流槽的流量；伺服电机与执行机构传动连接；传感器用于获取流槽中的液位高度信息；伺服驱动器包括驱动器输出接口、编码器接口、模拟量接口和外置可扩展编程控制模块，驱动器输出接口和编码器接口连接伺服电机，模拟量接口连接传感器，外置可扩展编程控制模块通过驱动器内部通讯总线连接模拟量接口以获取液位高度信息，连接编码器接口以获取伺服电机的速度信息和/或位置信息，连接驱动器接口以控制伺服电机转动；本公开的技术方案具有高动态响应、控制连续精细化以及高稳态精度等优点。

Description

液位控制系统

技术领域

本公开涉及金属液流槽液位控制技术领域，尤其涉及一种液位控制系统。

背景技术

有色金属板带生产过程中，流槽中的液态金属液位高度直接影响板带质量及生产连续性。流槽液位控制可分为二级控制，一级控制为炉口处流槽的液位高度控制，二级控制为前箱处液位高度的控制。目前一级控制和二级控制均为人工值守监测，手动地或利用普通交流变频电机和步进电机等动力装置，调节流口和一级二级挡板处的塞杆位置。手动调节控制液位高度依赖工人经验，并且存在调节时间长和需要长期值守等缺点。交流变频电机响应慢，且传动机构间隙会影响控制精度；步进电机自身的步距角决定了每个脉冲塞杆移动的最小距离，难以做到无级调剂。变频电机或步进电机的液位控制系统中，PLC(可编程逻辑控制器)根据检测到的液位信号，通过控制算法输出模拟量或脉冲控制执行电机动作，电气控制系统结构复杂，数模转换精度及PLC(可编程逻辑控制器)循环扫描时间长。上述控制系统中的执行机构以及电气控制系统结构都会影响液位的动态响应和控制精度。

实用新型内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种液位控制系统。

第一方面，提供一种液位控制系统，用于金属液体流槽的液位控制，其包括执行机构、伺服电机、传感器和伺服驱动器；执行机构用于调节流槽的流量；伺服电机与执行机构传动连接；传感器用于获取流槽中的液位高度信息；伺服驱动器包括驱动器输出接口、编码器接口、模拟量接口和外置可扩展编程控制模块，驱动器输出接口和编码器接口连接伺服电机，模拟量接口连接传感器，外置可扩展编程控制模块通过驱动器内部总线连接模拟量接口以获取液位高度信息，连接编码器接口以获取伺服电机的速度信息和/或位置信息，连接驱动器接口以控制伺服电机转动。

在第一种可能的实现方式中，外置可扩展编程控制模块包括液位控制模块，伺服驱动器还包括电流环控制器，液位控制模块连接模拟量接口以获取液位高度信息，并根据液位高度信息计算出驱动伺服电机所需的电流信息；电流环控制器连接驱动器输出接口，并根据电流信息控制输出至伺服电机的驱动电流。

结合上述可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，外置可扩展编程控制模块还包括速度控制模块和模式选择模块，速度控制模块通过驱动器内部总线连接编码器接口以获取伺服电机的速度信息和/或位置信息，并根据速度信息和/或位置信息计算出驱动伺服电机所需的电流信息，电流环控制器根据电流信息控制电流输出至伺服电机的驱动电流。

结合上述可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，外置可扩展编程控制模块还包括模式选择模块，速度控制模块和液位控制模块均通过模式选择模块连接电流环控制器，模式选择模块控制二者之一连通电流环控制器。

结合上述可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，伺服驱动器还包括通讯接口，液位控制系统还包括上位机，上位机通过通讯接口与外置可扩展编程控制模块可通讯连接。

结合上述可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，外置可扩展编程控制模块还包括报警器，报警器连接模拟量接口和液位控制模块，电流环控制器根据液位控制模块计算出的电流信息驱动伺服电机后，报警器能比较实际液位高度信息与液位控制模块中设定的液位高度信息是否一致，并在实际液位高度信息与设定的液位高度信息不一致时发出报警控制信号。

结合上述可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，外置可扩展编程控制模块还包括报警器，液位控制模块计算出的伺服电机所需的电流超出安全阈值时，报警器发出报警控制信号。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：与人工调节液位、交流变频液位控制和步进电机液位控制等方式相比，具有高动态响应、控制连续精细化以及高稳态精度等优点。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的技术方案。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开中液位控制系统的结构示意图；

图2为本公开中液位控制系统的原理流程示意图；

附图标记：

1-驱动器，11-通讯接口，12-编码器接口，13-驱动器输出接口，14-模拟量接口，15-外置可扩展编程控制模块，151-速度控制模块，152-液位控制模块，153-模式选择模块，16-电流环控制器；

2-伺服电机，3-传动机构，4-执行器，5-液位传感器，6-上位机。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

本公开提供的液位控制系统，通过外置可扩展编程控制模块控制伺服电机，使控制系统具有响应速度快和结构简单可靠的特点。液位控制系统可以应用在流槽中液态金属的液位控制，如炉口处流槽的液位高度控制和/或前箱处液位高度的控制。液位控制系统包括执行机构、伺服电机、传感器和伺服驱动器。执行机构动作时可以改变流槽中流口处的过流截面积，从而调节流槽的流量。伺服电机与执行机构传动连接，可以驱动执行机构动作。传感器用于获取流槽中的实际液位高度信息。伺服驱动器包括驱动器输出接口、编码器接口、模拟量接口和外置可扩展编程控制模块。驱动器输出接口和编码器接口连接伺服电机，模拟量接口连接传感器，外置可扩展编程控制模块通过驱动器内部总线连接模拟量接口以获取液位高度信息，连接编码器接口以获取伺服电机的速度信息和/或位置信息，并根据外置可扩展编程控制模块中预置的程序输出控制信号，经驱动器接口输出至伺服电机以控制伺服电机转动。

参考图1和图2，图1为本公开中液位控制系统的结构示意图，图2为本公开中液位控制系统的原理流程示意图。

液位控制系统包括驱动器1、伺服电机2、传动机构3、执行器4、液位传感器5和上位机6。伺服电机2通过传动机构3驱动执行器4动作，从而改变流槽中流口处的过流面积，使流槽中流量发生改变，液位高度随之变化。液位传感器5可以获取流槽中液位高度信息，该高度信息可以被驱动器1获取。驱动器1中设置有外置可扩展编程控制模块15，外置可扩展编程控制模块15中预置控制程序，并能基于从液位传感器5获取的高度信息输出控制信息驱动伺服电机2动作。以下结合附图对液位控制系统进行更详细的说明。

驱动器1包括通讯接口11、编码器接口12、驱动器输出接口13、模拟量接口14、外置可扩展编程控制模块15和电流环控制器16。上述各个接口用于连接外置可扩展编程控制模块15和驱动器1外的装置。具体地，通讯接口11连接上位机6，操作人员可以经上位机6向外置可扩展编程控制模块15中输入驱动器1的运行参数，例如所设定的流槽的预定液位高度。编码器接口12连接伺服电机2的编码器，用于将伺服电机2的速度信息和位置信息传递至外置可扩展编程控制模块15。驱动器输出接口13连接伺服电机2，可以将外置可扩展编程控制模块15输出的控制电流送至伺服电机2，使伺服电机2做出相应的动作。模拟量接口14连接液位传感器5，液位传感器5可以获取流槽中的液位高度信息，该液位高度信息可以被驱动器1获取。

外置可扩展编程控制模块15包括速度控制模块151、液位控制模块152和模式选择模块153。速度控制模块151和液位控制模块152分别对应手动控制模式和自动控制模式，通过上位机6可以选择液位控制系统的控制模式。如，当操作人员在上位机6上选择人工控制模式时，模式选择模块153连接速度控制模块151和电流环控制器16；选择自动控制模式时，模式选择模块153连接液位控制模块152和电流环控制器16。

手动模式下，操作人员可以通过上位机6中的控制按钮或上位机6以外的硬件按钮直接控制伺服电机2转动，如在上位机中设置“升高液位”和“降低液位”两个虚拟按钮，或者在其他便于观察流槽液位高度的位置设置两个实体按钮。操作人员按动相应按钮时伺服电机2会朝预定方向以设定好的预定速度转动，使执行器4做出相应动作。具体流程为，操作人员通过目测判断流槽中实际液位高度相对于预定液位高度偏高还是偏低，再选择按下“升高液位”或“降低液位”按钮，按钮被按下时系统会向速度控制模块151发出对应的控制信号。速度控制模块151在收到上述控制信号时，还会接收来自编码器接口12的伺服电机2的当前速度信息，并通过预置程序判断伺服电机2当前的速度信息与上述的预定速度是否一致，速度不一致时，速度控制模块151输出控制信息，电流环控制器16根据控制信息向伺服电机2输出其所需的电流，使其正转或反转并达到预定速度，最终驱动执行器4改变流槽液位高度。上述预定速度可以通过上位机6设定并写入驱动器1的程序中。

通过上位机6选择自动模式时，液位控制模块152会选择当前时刻的液位高度值作为预定值。在之后的运行过程中，液位传感器5会实时检测液位高度值并上报至液位控制模块152，液位控制模块152会比较实时液位高度和预定值的差异，并计算出使液位高度达到预定值伺服电机2运转所需要的电流值。电流环控制器16根据所需的电流值向伺服电机2输出相应电流，驱动伺服电机2运转，使液位高度达到预定值。

驱动器1的运行参数包含了运行模式、手动模式下的预定速度、自动模式下的预定液位高度等信息，上述信息可以经上位机6写入驱动器1中。

本实施例中，伺服电机2的驱动器选用NIDEC(日本电产株式会社)公司品牌下CT公司开发的M系列驱动器，该驱动器带有外置可扩展的编程模块，具体可选用Mci210机器控制模块。

在一些可选实施例中，外置可扩展编程控制模块15还包括报警器，报警器连接模拟量接口14和液位控制模块152，报警器能从模拟量接口14获取实时的液位高度值。在自动控制模式中，电流环控制器16驱动伺服电机2后，报警器会比较当前实际液位高度值与液位控制模块152中设定的预定值是否一致，并在二者不一致时发出报警控制信号。如，当伺服电机2和执行器4按照液位控制模块152的控制，将流槽中的流口开口调至最大或完全封闭状态后，仍没有使液位达到预定值，此时液位控制模块152比较液位传感器5获取的液位高度信息与预定值，并会发现二者不一致。此时驱动器1向上位机6发出报警控制信号，上位机6再根据报警控制信号发出警报信号，提醒生产操作人员进行干预。或者，如果驱动器1计算出的伺服电机2所需电流值超出设定的安全阈值时，液位控制模块152向上位机6发出报警控制信号，并且控制电流环控制器16对驱动器输出接口进行电流限幅。对电流限幅是把电流限制在最大允许值，从而对驱动器和电机执行机构进行保护。

驱动器1退出对伺服电机2的控制后，操作人员可以及时对控制过程进行人工干预，对流槽中液位的控制完全由人工操作。之后可以由操作人员检查设备是否有损坏的情况，并在确定液位控制系统正常后，再重新切换成自动控制模式。

本公开中的技术方案，可以应用于有色金属板带加工中流槽的液位控制。其中伺服驱动器中的外置可扩展编程控制模块通过通讯接口接收上位机的液位高度设定值，由液位传感器获取液位高度实际值，根据设定值与实际值经计算得出驱动伺服电机所需要的电流值，再输出相应的电流直接驱动伺服电机。本公开的技术方案与人工调节液位、交流变频液位控制和步进电机液位控制等方式相比，外置可扩展编程控制模块直接与驱动器的总线插槽插接，不需要通过信号线与外置的控制器连接，具有高动态响应、控制连续精细化以及高稳态精度等优点。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种液位控制系统，用于金属液体流槽的液位控制，其特征在于，包括：

执行机构，用于调节所述流槽的流量；

伺服电机，与所述执行机构传动连接；

传感器，用于获取所述流槽中的液位高度信息；以及

伺服驱动器，包括驱动器输出接口、编码器接口、模拟量接口和外置可扩展编程控制模块，所述驱动器输出接口和编码器接口连接所述伺服电机，所述模拟量接口连接所述传感器，所述外置可扩展编程控制模块通过驱动器内部总线连接所述模拟量接口以获取所述液位高度信息，连接所述编码器接口以获取所述伺服电机的速度信息和/或位置信息，连接所述驱动器接口以控制所述伺服电机转动。

2.根据权利要求1所述的液位控制系统，其特征在于，所述外置可扩展编程控制模块包括液位控制模块，所述伺服驱动器还包括电流环控制器，所述液位控制模块通过驱动器内部总线连接所述模拟量接口以获取所述液位高度信息，并根据所述液位高度信息计算出驱动所述伺服电机所需的电流信息；所述电流环控制器连接所述驱动器输出接口，并根据所述电流信息控制输出至所述伺服电机的驱动电流。

3.根据权利要求2所述的液位控制系统，其特征在于，所述外置可扩展编程控制模块还包括速度控制模块，所述速度控制模块通过驱动器总线连接所述编码器接口以获取所述伺服电机的速度信息和/或位置信息，并根据所述速度信息和/或位置信息计算出驱动所述伺服电机所需的电流信息，所述电流环控制器根据所述电流信息控制电流输出至所述伺服电机的驱动电流。

4.根据权利要求3所述的液位控制系统，其特征在于，所述外置可扩展编程控制模块还包括模式选择模块，所述速度控制模块和所述液位控制模块均通过所述模式选择模块连接所述电流环控制器，所述模式选择模块控制二者之一连通所述电流环控制器。

5.根据权利要求1所述的液位控制系统，其特征在于，所述伺服驱动器还包括通讯接口，所述液位控制系统还包括上位机，所述上位机通过所述通讯接口与所述外置可扩展编程控制模块可通讯连接。

6.根据权利要求2所述的液位控制系统，其特征在于，所述外置可扩展编程控制模块还包括报警器，所述报警器连接所述模拟量接口和所述液位控制模块，所述电流环控制器根据所述液位控制模块计算出的电流信息驱动所述伺服电机后，所述报警器能比较实际液位高度信息与所述液位控制模块中设定的液位高度信息是否一致，并在实际液位高度信息与所述设定的液位高度信息不一致时发出报警控制信号。

7.根据权利要求2所述的液位控制系统，其特征在于，所述外置可扩展编程控制模块还包括报警器，所述液位控制模块计算出的所述伺服电机所需的电流超出安全阈值时，所述报警器发出报警控制信号。

Images