CN212337749U - 一种高浓度打浆磨控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种高浓度打浆磨控制系统及控制方法，包括动盘油缸、液压系统、可编程逻辑控制器、伺服驱动器、检测模块、触摸屏；检测模块包括：编码器、油压传感器、位移传感器、温度传感器；动盘油缸与动盘驱动轴同轴设置，可编程逻辑控制器采集检测模块反馈信号进行PID控制计算闭合控制液压系统输出压力油，伺服控制动盘油缸驱动动盘轴向移动，实现动盘与定盘的间隙恒定或动态调整，使出浆成型质量稳定，出浆效果显著提高；同时，系统还具有应急位置保持功能、磨盘磨损量检测与报警提示功能，提升了磨浆装备自动化水平。

Description

一种高浓度打浆磨控制系统

技术领域

本实用新型涉及磨盘机技术领域，特别涉及一种高浓度打浆磨控制系统。

背景技术

磨浆是生物质废弃物资源利用与植物纤维制浆工艺的关键一个环节，选用自动化、精控的磨浆生产装备是实现生物质与植物纤维高效利用的途径。目前，生物质废弃物资源利用大多采用磨浆机为主要设备，例如当前的造纸企业，尤其是涉及生产水泥袋纸、卷烟纸、高速轮印刷纸等企业，较多采用高浓度打浆设备，高浓度打浆设备主要是依靠磨盘间高浓浆料间的相互摩擦、挤压、揉搓和扭曲使纤维磨浆，从而使纤维成为扭曲和卷曲状，具有很高的收缩能力，保留了纤维的长度和强度，很少增加细小纤维的组分，能大大提高纸张的收缩率和韧性，纸张强、韧、耐破度高。但是，现有的高浓度打浆设备的纸浆磨磨盘间距控制精度差，控制技术陈旧或直接采用人工调整，致使产品质量不稳定，生产效率低下，比如在给磨浆机供给原料时，存在原料输入量非恒定供给的情况，还存在不同种类的原料输入时负载变化的问题，此时设备无法根据供料量和负载变化进行即时适应性调整磨盘间隙，也无法控制磨盘间距的保持恒定，因此，磨盘受到进料和负载的影响，造成磨盘寿命使用周期短，对出浆质量均一性、稳定性干扰严重。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高浓度打浆磨控制系统，可连续稳定高精度控制磨盘间距，促使打浆质量可控，磨盘寿命更长。

本实用新型通过以下技术方案实现：一种高浓度打浆磨控制系统，包括动盘油缸、液压系统、可编程逻辑控制器、伺服驱动器、检测模块、触摸屏；其中，动盘油缸为双出杆缸，两腔作用面积相等，为等速缸，动盘油缸活塞杆、连接动盘与驱动电机的主轴一体，工作时，定盘相对动盘保持固定，动盘通过电机驱动旋转，液压系统控制动盘油缸调整动盘与定盘的间距。

液压系统包括：液压油箱、液压泵、伺服电机、压力表、溢流阀、换向阀、第二换向阀、截止阀。伺服电机驱动液压泵从液压油箱吸油输出压力油至换向阀，换向阀前的压力管路上还连接有溢流阀和压力表，换向阀的A、B口分别连接动盘油缸A’、B’两油腔，A’油腔与B’油腔间管路还设置有截止阀，换向阀回油和溢流阀泄油接回油箱，换向阀可切换压力油输出至动盘油缸两侧油腔中的任意一腔，换向阀与动盘油缸A’腔间还设置有第二换向阀，第二换向阀具有单向封闭A’腔的功能。

溢流阀的设定可保护液压系统压力超出最高设定压力，对压力油进行溢流卸荷，包括动盘工作时负载增加传递至动盘油缸的油压增高突变，也可溢流卸荷。截止阀在设备正常工作时处于关闭状态，当对设备、液压系统或者动盘进行维修/调整时可打开截止阀连通动盘油缸两油腔使动盘驱动轴轴向浮动。

可编程逻辑控制器为控制计算的核心，可编程逻辑控制器通过采集检测模块的信号进行处理计算，并输出信号至换向阀和伺服驱动器控制伺服电机，伺服电机驱动液压泵进行流量输出和油压控制。

检测模块包括：编码器、油压传感器、第二油压传感器、位移传感器、温度传感器；其中，编码器设置于伺服电机，采集编码器输出信号传递至可编程逻辑控制器，油压传感器设置于泵出口，采集油压传感器油压信号传递至可编程逻辑控制器, 第二油压传感器设置于第二换向阀与动盘油缸A’腔间管路，第二油压传感器采集油压信号传递至可编程逻辑控制器,位移传感器设置于动盘油缸，用于检测动盘油缸活塞杆位移量，采集位移传感器位移信号至可编程逻辑控制器。

触摸屏为系统的输入和显示模块，可显示和输入设定动盘与定盘间距，磨盘磨损量、动盘的位移传感器设定数据、油压、A’腔油压、油泵转速、伺服扭矩、进给量、对刀参数、报警参数。触摸屏可实现手动调试和自动运行，并具备运行过程中随机变量超出预设显示/蜂鸣报警。

高浓度打浆磨控制系统通过触摸屏输入初始设定数据，并通过触摸屏显示过程参数与报警提示，通过可编程逻辑控制器+伺服驱动器作为控制模块控制液压系统输出动力，采集检测模块的反馈数据进行PID调节后进入循环控制，由此组成一闭环控制系统。

所述动盘的驱动轴设置有润滑系统，驱动电机主轴的轴承部设置温度传感器用于采集轴温升高/过低进行预警，可采集温度传感器轴温信号传递至可编程逻辑控制器。

本实用新型另一目的在于提供一种根据上述系统实现高浓度打浆设备的控制方法，该方法实现了对磨浆机磨盘间距的自动控制调节，步骤如下。

步骤1，根据进料材质及进料量，通过触摸屏输入进行预设定动盘与定盘间距，初始使用时对油压及液压泵转速和进给量进行设定，对各个传感器参数限定值进行设定，对第二油压传感器、位移传感器信号的应急保持触发参数进行设定。

步骤2，工作前对刀，开始工作前需先控制动盘与定盘进行贴紧对刀，以确定动盘与定盘间距基准并调整刀盘工作间隙，具体为：控制伺服电机输出低压小流量液压油至动盘油缸的A’腔，使动盘缓慢贴近并贴紧定盘，可编程逻辑控制器通过接收第二油压传感器压力递升—保持信号参数、及位移传感器位移变化记录保持信号参数判定起始基准，系统自动记忆初始位置参数；而后动盘油缸自动/手动定位至磨盘间距设定位：通过可编程逻辑控制器接收位移传感器位移信号，输出控制信号至伺服驱动器控制伺服电机及液压泵旋转输出压力油，压力油通过可编程逻辑控制器控制的换向阀切换输出至动盘油缸A’/B’腔，动盘油缸活塞杆位移带动动盘调整与定盘的间隙。

步骤3，设备对磨盘间输入供给原料，动盘通过电机驱动旋转，液压泵通过伺服电机驱动旋转输出压力油至换向阀，换向阀换向控制动盘油缸动作，位移传感器检测位移信号回传至可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器计算判定动盘与定盘间距大/小与设定位移偏差，输出信号至换向阀，控制换向阀换向供油至动盘油缸，当需要增大动盘与定盘间距时，换向阀换向使压力油输入B‘腔，控制动盘油缸向驱动电机方向位移，A’腔回油，直至无限接近动盘的位移传感器设定值，然后可编程逻辑控制器控制换向阀换向使压力油输入A’腔，B’腔回油，此时，可编程逻辑控制器检测位移传感器反馈信号和油压传感器反馈信号再经过计算，输出扭矩和转速信号至伺服电机，伺服电机的转速通过编码器再次反馈至可编程逻辑控制器，与实时反馈的位移传感器数据和油压传感器数据进行PID调节计算，可编程逻辑控制器再次输出信号至伺服驱动器来控制伺服电机工作，伺服电机输出扭矩和控制转速，控制液压泵成比例输出液压流量和压力，保持动盘与定盘间距在可控范围内，液压系统压力由压力表进行显示，溢流阀作为安全阀保持最高压力下的安全溢流。

正常工作时，动盘与定盘间作用力趋向稳定，当磨盘间输入供给原料出现增多或减少以及材质变动时，动盘会产生位移偏离从而被动形成对动盘油缸的油腔A’产生压力变化，油压传感器连接的油压腔压力存在超范围波动，可编程逻辑控制器根据油压传感器反馈信号及位移传感器反馈信号，PID调节输出相应的控制信号给伺服驱动器控制伺服电机，对输出的扭矩和转速进行控制调节，从而使驱动液压泵转化为精确的压力和流量液压动力输出至动盘油缸，最终控制动盘与定盘间距处于磨料最优输出区间内。

在正常工作过程中，可编程逻辑控制器还实时检测由温度传感器回传的数据信号，当轴温超出正常工作温度区间，将对设备发出警报或输出控制信号进行停机。

步骤4，应急位置保持应用：第二换向阀非应急状态下为常开位，应急状态下为具有单向封闭A’腔功能，应急位置状态可通过系统自动/手动切换，当输入动盘油缸A’腔的压力衰减或不稳定时，可编程逻辑控制器通过检测第二油压传感器油压信号及油压传感器信号进行判定，控制第二换向阀的换向切换。

工况条件一，在非应急状态时，第二换向阀为常开位，可编程逻辑控制器通过检测位移传感器信号参数、第二油压传感器信号参数，判定动盘与定盘间隙是否趋向定值，如趋向定值，此时的液压系统输出流量基本为零，液压泵只提供压力保持扭矩，系统根据设定判定控制第二换向阀换向单向封闭动盘油缸A’腔，可编程逻辑控制器控制伺服驱动器暂定工作，进入待机状态，起到节省能源作用，当第二油压传感器检测到油压偏离正常工作值时，可编程逻辑控制器控制伺服驱动器驱动液压泵工作输出油压，直至动盘油缸A’腔压力稳定后重复节能待机状态。

工况条件二，在非应急状态时，当输入动盘油缸A’腔的压力衰减或不稳定时，依据第二油压传感器检测到油压参数判定，系统自动进入保护状态，可编程逻辑控制器控制第二换向阀换向单向封闭动盘油缸A’腔，通过利用第二换向阀的单向阀较高的开启压力过滤系统增高的不稳定压力，利用第二换向阀的单向阀的单向功能封闭A’腔，防止压力降低或衰减带来的磨盘间距不稳定扩大。

工况条件三，在应急状态时，当磨料输入异常，造成动盘退缩间距扩大，被动造成动盘油缸A’腔的压力超压，系统自动进行安全保护，可编程逻辑控制器控制第二换向阀换向，A’腔接通溢流阀卸荷，超压参数依据第二油压传感器检测到油压信号传递可编程逻辑控制器进行判定。

步骤5，磨盘寿命到期判定：动盘更换后第一次对刀，动盘贴近定盘的位移传感器检测位置参数传递至可编程逻辑控制器自动记忆保存，而后使用过程中，每次系统关机后的第一次开机对刀时，系统自动将开机后的动盘与定盘贴紧对刀数据与动盘更换后的第一次对刀位置数据进行对比，当二者差值超过设定值，即磨损量过大超过动盘厚度寿命，系统发出报警提示寿命终止，提醒更换磨盘。

本实用新型的有益效果是：伺服调整的执行元件采用动盘油缸控制动盘轴向位移调整与定盘间隙，动盘油缸活塞杆与动盘驱动轴一体化，动盘油缸输出的液压力直接作用于动盘，减少不必要的传力部件扰动，使控制更精准；动盘油缸还采用双作用双输出轴的等速缸结构，进给和回退液压流量可直接通过切换换向阀实现，简化液压系统构成，无需进行流量再调整，动盘油缸还设置有用于检测动盘驱动轴位移的位移传感器，可实时进行动盘与定盘间距变化信号的检测和输出，系统还设置有动盘油缸A’腔压力保持的第二换向阀，动盘油缸A’腔压力监测传感器输入可编程逻辑控制器实现应急位置保持。高浓度打浆磨控制系统采用液压控制，具有精确度高，可控性好，输出力值大，机型应用范围不受限的优点；采用触摸屏作为人机交互，可优化应用过程中的可操作性，通过采集轴温、油压、伺服电机转速等主要监测控制信号，反馈至可编程逻辑控制器和伺服控制器进行PID控制计算，控制信号输出扭矩和转速至伺服电机，形成闭环控制，实现连续的、稳定的动盘伺服调整，最终使出浆成型质量稳定，出浆效果显著提高；同时，系统还具有磨盘磨损量检测与报警提示功能，提升了磨浆装备自动化水平。

附图说明

图1是本实用新型控制系统组成与工作原理示意图。

图中，1-液压油箱、2-液压泵、3-编码器、4-伺服电机、5-伺服驱动器、6-压力表、7-溢流阀、8-油压传感器、9-换向阀、10-截止阀、11-动盘油缸、12-可编程逻辑控制器、13-触摸屏、14-位移传感器、15-温度传感器、16-润滑站、17-动盘、18-定盘，19-第二换向阀，20-第二油压传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1，一种高浓度打浆磨控制系统，包括动盘油缸11、液压系统、可编程逻辑控制器12、伺服驱动器5、检测模块、触摸屏13；其中，动盘油缸11为双出杆缸，两腔作用面积相等，为等速缸，动盘油缸11活塞杆、连接动盘17与驱动电机的主轴一体，工作时，定盘18相对动盘17保持固定，动盘17通过电机驱动旋转，液压系统控制动盘油缸11调整动盘17与定盘18的间距；液压系统包括：液压油箱1、液压泵2、伺服电机4、压力表6、溢流阀7、换向阀9、第二换向阀19、截止阀10。伺服电机4通过驱动液压泵2从液压油箱1吸油输出压力油至换向阀9，换向阀9前的压力管路上还连接有溢流阀7和压力表6，换向阀9的A、B口分别连接动盘油缸A’、B’两油腔，A’油腔与B’油腔间管路还设置有截止阀10，换向阀9回油和溢流阀7泄油接回油箱，换向阀9可切换压力油输出至动盘油缸11 A’、B’两油腔中的任意一腔，换向阀9与动盘油缸11A’腔间还设置有第二换向阀19，第二换向阀19具有单向封闭A’腔的功能。

可编程逻辑控制器12为控制计算的核心，可编程逻辑控制器12通过采集检测模块的信号进行处理计算，并输出信号至换向阀9、第二换向阀19和伺服驱动器5，伺服驱动器5控制伺服电机4驱动液压泵2进行流量输出和油压控制。检测模块包括：编码器5、油压传感器8、第二油压传感器20、位移传感器14、温度传感器15；其中，编码器5设置于伺服电机4，采集编码器5输出信号至可编程逻辑控制器12，油压传感器8设置于泵出口，采集油压传感器8油压信号至可编程逻辑控制器12, 第二油压传感器20设置于第二换向阀19与动盘油缸11A’腔间管路，采集第二油压传感器油压信号传递至可编程逻辑控制器12, 位移传感器14设置于动盘油缸11，用于检测动盘油缸11活塞杆位移量，采集位移传感器14位移信号至可编程逻辑控制器12，驱动电机主轴的轴承部设置有温度传感器15，采集温度传感器15轴温信号至可编程逻辑控制器12。输入和显示模块为触摸屏13，可显示和输入设定动盘17与定盘18间距，磨盘磨损量、动盘的位移传感器设定数据，油压、油泵转速、进给量、对刀参数、报警参数。触摸屏可实现手动调试和自动运行，并具备运行过程中随机变量超出预设显示/蜂鸣报警。

本实用新型根据上述系统实现高浓度打浆磨控制方法，步骤如下：

步骤1：根据进料材质及进料量，通过触摸屏13输入进行预设定动盘17与定盘18间距，初始使用时对油压及液压泵2转速和进给量进行设定，对各个传感器参数限定值进行设定，对第二油压传感器20、位移传感器14信号的应急保持触发参数进行设定。

步骤2，工作前对刀，开始工作前需先控制动盘17与定盘18进行贴紧对刀，以确定动盘17与定盘18间距基准并调整刀盘工作间隙，具体为：控制伺服电机4输出低压小流量液压油至动盘油缸11的A’腔，使动盘17缓慢贴近并贴紧定盘18，可编程逻辑控制器12通过接收第二油压传感器20压力递升—保持信号参数、及位移传感器14位移变化记录保持信号参数判定起始基准，系统自动记忆初始位置参数；而后动盘油缸11自动/手动定位至磨盘间距设定位：通过可编程逻辑控制器12接收位移传感器14位移信号，输出控制信号至伺服驱动器5控制伺服电机4及液压泵2旋转输出压力油，压力油通过可编程逻辑控制器12控制的换向阀9切换输出至动盘油缸11A’/B’腔，动盘油缸11活塞杆位移带动动盘17调整与定盘18的间隙。

步骤3，设备对磨盘间输入供给原料，动盘17通过电机驱动旋转，液压泵2通过伺服电机4驱动旋转输出压力油至换向阀9，换向阀9换向控制动盘油缸11动作，位移传感器14检测位移信号回传至可编程逻辑控制器12，可编程逻辑控制器12计算判定动盘17与定盘18间距大/小与设定位移偏差，输出信号至换向阀9，控制换向阀9换向供油至动盘油缸11，当需要增大动盘17与定盘18间距时，换向阀9换向使压力油输入B’腔，控制动盘油缸11向驱动电机方向位移，A’腔回油，直至无限接近动盘17的位移传感器14设定值，然后可编程逻辑控制器12控制换向阀9换向使压力油输入A’腔，B’腔回油，此时，可编程逻辑控制器12检测位移传感器14反馈信号和油压传感器8反馈信号再经过计算，输出扭矩和转速信号至伺服电机4，伺服电机4的转速通过编码器3再次反馈至可编程逻辑控制器12，与实时反馈的位移传感器14数据和油压传感器8或第二油压传感器20的数据进行PID调节计算，可编程逻辑控制器12再次输出信号至伺服驱动器5来控制伺服电机4工作，伺服电机4输出扭矩和控制转速，控制液压泵2成比例输出液压流量和压力，保持动盘17与定盘18间距在可控范围内，液压系统压力由压力表进行显示，溢流阀7作为安全阀保持最高压力下的安全溢流。

正常工作时，动盘17与定盘18间作用力趋向稳定，当磨盘间输入供给原料出现增多或减少以及材质变动时，动盘17会产生位移偏离从而被动形成对动盘油缸11的A’油腔产生压力变化，油压传感器8连接的油压腔压力存在超范围波动，可编程逻辑控制器12根据油压传感器8反馈信号及位移传感器14反馈信号，PID调节输出相应的控制信号给伺服驱动器5控制伺服电机4，对输出的扭矩和转速进行控制调节，从而使驱动液压泵2转化为精确的压力和流量液压动力输出至动盘油缸11，最终控制动盘17与定盘18间距处于磨料最优输出区间内。

在正常工作过程中，可编程逻辑控制器12还实时检测由温度传感器15回传的数据信号，当轴温超出正常工作温度区间，将对设备发出警报或输出控制信号进行停机。

步骤4，应急位置保持应用：第二换向阀19非应急状态下为常开位，应急状态下为具有单向封闭A’腔功能，应急位置状态可通过系统自动/手动切换，当输入动盘油缸11A’腔的压力衰减或不稳定时，可编程逻辑控制器12通过检测第二油压传感器20油压信号及油压传感器8信号进行判定，控制第二换向阀19的换向切换。

工况条件一，在非应急状态时，第二换向阀19为常开位，可编程逻辑控制器12通过检测位移传感器14信号参数、第二油压传感器20信号参数，判定动盘17与定盘18间隙是否趋向定值，如趋向定值，此时的液压系统输出流量基本为零，液压泵2只提供压力保持扭矩，系统根据设定判定控制第二换向阀19换向单向封闭动盘油缸11A’腔，可编程逻辑控制器12控制伺服驱动器5暂定工作，进入待机状态，起到节省能源作用，当第二油压传感器20检测到油压偏离正常工作值时，可编程逻辑控制器12控制伺服驱动器5驱动液压泵2工作输出油压，直至动盘油缸11A’腔压力稳定后重复节能待机状态。

工况条件二，在非应急状态时，当输入动盘油缸A’腔的压力衰减或不稳定时，依据第二油压传感器20检测到油压参数判定，系统自动进入保护状态，可编程逻辑控制器12控制第二换向阀19换向单向封闭动盘油缸11A’腔，通过利用第二换向阀19的单向阀较高的开启压力过滤系统增高的不稳定压力，利用第二换向阀19的单向阀的单向功能封闭A’腔，防止压力降低或衰减带来的磨盘间距不稳定扩大。

工况条件三，在应急状态时，当磨料输入异常，造成动盘17退缩间距扩大，被动造成动盘油缸11A’腔的压力超压，系统自动进行安全保护，可编程逻辑控制器12控制第二换向阀19换向，A’腔接通溢流阀7卸荷，超压参数依据第二油压传感器20检测到油压信号传递可编程逻辑控制器12进行判定。

步骤5，磨盘寿命到期判定：动盘17更换后第一次对刀，动盘17贴近定盘18的位移传感器14检测位置参数传递至可编程逻辑控制器12自动记忆保存，而后使用过程中，每次系统关机后的第一次开机对刀时，系统自动将开机后的动盘17与定盘18贴紧对刀数据与动盘17更换后的第一次对刀位置数据进行对比，当二者差值超过设定值，即磨损量过大超过动盘厚度寿命，系统发出报警提示寿命终止，提醒更换磨盘。

Claims (5)

1.一种高浓度打浆磨控制系统，包括：动盘油缸（11）、液压系统、可编程逻辑控制器（12）、检测模块、触摸屏（13），其特征在于：还包括伺服驱动器（5）,所述液压系统连接动盘油缸（11）A’、B’腔，可切换方向伺服输出油压/流量至动盘油缸（11）A’或B’腔，动盘油缸（11）位移调整磨盘间距，所述检测模块由压力、转速、位移传感器组成，分别设置安装于控制系统监测点，检测模块输出端连接可编程逻辑控制器（12）的输入端，可编程逻辑控制器（12）输出端连接伺服驱动器（5）输入端，触摸屏（13）连接可编程逻辑控制器（12）进行设定数据的输入输出。

2.根据权利要求1所述的一种高浓度打浆磨控制系统，其特征在于：动盘油缸（11）为作用面积相等的等速双出杆缸，连接动盘（17）和驱动电机的主轴与动盘油缸（11）活塞杆一体。

3.根据权利要求1所述的一种高浓度打浆磨控制系统，其特征在于：所述液压系统包括伺服电机（4）、液压泵（2）、换向阀（9）、溢流阀（7）、第二换向阀（19）；所述伺服电机连接驱动液压泵输出压力油，通过压力管路连接换向阀和溢流阀；所述第二换向阀（19）设置于换向阀（9）与动盘油缸（11）A’腔之间，阀内设单向阀，具有单向封闭动盘油缸A’腔的功能。

4.根据权利要求1所述的一种高浓度打浆磨控制系统，其特征在于：所述检测模块包括设置在动盘油缸（11）的位移传感器（14）、设置在动盘（17）驱动轴的温度传感器（15）、设置在液压系统泵口管路的油压传感器（8）、设置在第二换向阀（19）与动盘油缸（11）A’腔之间的第二油压传感器（20）、设置在伺服电机（4）的编码器（3）。

5.根据权利要求4所述的一种高浓度打浆磨控制系统，其特征在于：所述液压系统还包括连接动盘油缸（11）两腔的截止阀（10）。

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