一種電液伺服控制系統的製作方法
2023-04-23 04:06:21 1
專利名稱：一種電液伺服控制系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於液壓系統電液伺服控制技術領域，尤其涉及高爐煤氣餘壓能量回收透平發電(簡稱TRT)項目及其它電液伺服控制對象。
背景技術：
近30年來，我國引進和國產的TRT發電機組已超過400個。TRT是鋼鐵行業極力推廣的節能環保項目(見圖4)，它是利用高爐爐頂與煤氣總管之間的壓力差，將高爐煤氣經可調靜葉導入透平機膨脹做功，帶動發電機發電，從而將在減壓閥組上以噪音、磨損和熱能形式消耗的壓差能予以回收。一股TRT項目有4套相同的電液伺服控制迴路以控制對應的液壓伺服閥站，電液伺服控制迴路如下可調靜葉控制用於啟機至併網時透平發電機轉速控制；併網後進行升功率控制及TRT正常生產時高爐爐頂壓力自動調節。旁通快開閥1控制用於煤氣透平發電機的安全保護控制，同時在TRT緊急停機時具有自動調節高爐爐頂壓力功能。旁通快開閥2控制用於煤氣透平發電機的安全保護控制，同時在TRT緊急停機時具有自動調節高爐爐頂壓力功能。入口蝶閥控制用於切斷高壓高爐煤氣進煤氣透平發電機，同時通過可快速控制的任意開度，協助透平可調靜葉控制轉速。以上四套液壓電液伺服控制迴路是TRT項目的核心。電液伺服控制器(也稱伺服放大器，在我國已建和在建的400個TRT項目中幾乎均採用這類電液伺服控制器)是與計算機控制系統獨立的4臺儀表設備，分模擬式和數字式，它分別接收來自計算機系統的輸出信號進行隔離、比較、運算和放大，再輸出至對應的伺服閥站，自動控制可調靜葉、旁通快開閥或入口蝶閥按工藝要求動作。採用電液伺服控制器有以下缺點(見圖2)(1)電液伺服控制器的精度及穩定性不如計算機控制系統，特別是中低檔電液伺服控制器。(2)低檔電液伺服控制器的輸入端須加信號需隔離器，以消除電液伺服控制器的工作電源對信號的幹擾(見圖3)。(3)電液伺服控制器對安裝位置有具體要求，需佔據儀錶盤或計算機櫃一定空間。(4)電液伺服控制器、信號隔離器與計算機控制系統採用導線連接，增加了故障可能。(5)增加了投資。低檔電液伺服控制器(模擬式)的價格在1萬元左右；中高檔電液伺服控制器(數字式)的價格在2 10萬元。因此，一個TRT項目的電液伺服控制器價格在4 40萬元人民幣。(6)增加了運行維護成本。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種電液伺服控制系統，以提高TRT機組的控制精度及穩定性，並減少設備一次投資及運行維護成本。本發明解決其技術問題所採用的方案是一種電液伺服控制系統，包括輸入模塊、 調節功能塊、比較功能塊、第一給定功能塊、第一乘法功能塊、限幅功能塊、輸出模塊；輸入模塊用於實現各種現場信號的採集、處理和隔離；調節功能塊用於對計算機控制系統的設定值、輸入模塊的測量信號進行比較、放大和處理，並進行PID調節；比較功能塊用於對調節功能塊的輸出和輸入模塊的位置信號進行比較運算；所有的給定功能塊均用於對其輸入信號的放大、縮小或遷移；所有的乘法功能塊用於對其輸入的信號進行乘法運算；限幅功能塊用於對其輸入信號進行幅度或增益限制；輸出模塊用於實現對各種控制信號的轉換和輸出；輸入模塊的輸出接至調節功能塊的輸入，調節功能塊還接受設定值的輸入，調節功能塊的輸出信號和輸入模塊的位置信號通過比較功能塊、第一次乘法功能塊進行乘法運算後，傳輸至限幅功能塊進行處理，最後傳輸至輸出模塊。所述的控制系統，限幅功能塊和輸出模塊之間還接有第二給定功能塊、第二乘法功能塊、第三給定功能塊和加法功能塊，加法功能塊用於對其所有的輸入信號進行相加運算；限幅功能塊與第二給定功能塊的輸出信號通過第二乘法功能塊進行乘法運算後，通過加法功能塊對第三給定功能塊的輸出信號進行相加，最後傳輸至輸出模塊。本發明的優點是由於TRT系統控制要求複雜，TRT項目必須配套上計算機控制設備。而本發明電液伺服控制系統是通過編程的方法實現的，軟體簡單且量小，完全可利用已有計算機設備。另外，計算機控制的穩定性、可靠性優於電液伺服控制器。因此，本發明不僅節省了電液伺服控制器投資及相關費用，而且減少了生產運行維護成本。
圖1液壓系統電液伺服控制裝置原理圖。圖2液壓系統電液伺服控制器(中高檔)原理圖。圖3液壓系統電液伺服控制器(低檔)原理4電液伺服控制裝置對TRT控制原理圖。
具體實施例方式下面結合優選實施例進一步闡述本發明。一種電液伺服控制系統包括輸入模塊、輸出模塊、第一給定功能塊、第二給定功能塊、第三給定功能塊、調節功能塊、比較功能塊、第一乘法功能塊、第二乘法功能塊、限幅功能塊和加法功能塊，上述各模塊通過電纜和計算機軟體相互連接以實現電液伺服控制功能，可滿足液壓系統各種信號制伺服閥(包括比例閥)的控制要求。輸入模塊，接受測量裝置和位置變送器的輸出，用於實現各種現場信號(如4 20mA DC)採集、模數轉換和隔離。
輸出模塊，用於實現輸出各種信號(如4 20mA DC)至現場以控制電液伺服閥動作。第一給定功能塊為大於1的任意正數，對小偏差增強調節作用。第二給定功能塊為任意正數，對大偏差限制調節作用第三給定功能塊僅對輸入信號為4 20mA DC伺服閥(或比例閥)起作用，取值為50% (對應12mA DC)，用於信號遷移。調節功能塊，用於對計算機控制系統的設定值、輸入模塊的測量信號進行比較、放大和處理，並進行PID調節。比較功能塊用於對調節功能塊的輸出和輸入模塊的位置信號進行比較運算。第一乘法功能塊，對來自調節功能塊和第一給定功能塊的信號進行乘法運算，以確定液壓系統電液伺服控制裝置作用的強弱。限幅功能塊，用於對第一乘法功能塊的結果進行幅度或增益限制，對大於和小於輸出模塊允許的值預先去除。第二乘法功能塊，用於對來自限幅功能塊和第二給定功能塊的信號進行乘法運算，以調整計算機控制系統中的不同規格伺服閥站的輸入信號制及範圍。加法功能塊，用於對來自第二乘法功能塊和第三給定功能塊的信號進行加法運算，其運算結果通過輸出模塊控制對應伺服閥動作。下面結合附圖1、圖4對本發明具體實施方式
作進一步說明。(1)本發明結構如圖1所示包括輸入模塊、輸出模塊、第一給定功能塊、第二給定功能塊、第三給定功能塊、調節功能塊、比較功能塊、第一乘法功能塊、第二乘法功能塊、限幅功能塊和加法功能塊，各功能塊通過計算機編程實現軟連接；輸入模塊、輸出模塊與計算機和現場測量裝置、位置變送器和伺服閥站通過電纜連接。各模塊及功能塊以標準或特定數位訊號(與採用不同廠家計算機控制系統及電液伺服閥有關)進行數據交換。根據電液伺服閥要求的控制信號和特性，輸出模塊的信號制有所不同，並對功能塊有所取捨。如當輸出模塊的信號為-10 +IOmA DC(直流)時，第二給定功能塊和第三給定功能塊、第二乘法功能塊和加法功能塊不起作用；當輸出模塊的信號為4 20mA DC時，所有功能塊均起作用。(2)本發明提供的液壓系統電液伺服控制裝置，與TRT共用一套計算機控制系統 (包括現場總線控制系統FCS、分散控制系統DCS和可編程控制器PLC等)，可實現對多種信號制(如 4 20mA DC, 0 IOmA DC,-10 IOmA DC, 0 20mA DC, -20 20mA DC, 1 5V/ DC，0 10V/DC，-10 10V/DC，-1 1V/DC等)的比較、運算、調節和放大。調節功能塊結合來自測量裝置、位置變送器等輸入信號進行比較運算(包括比例、積分、微分控制，即PID 控制)，將結果送第一乘法功能塊並和第一給定功能塊進行乘運算，運算結果再送至限幅功能塊。第二給定功能塊與限幅功能塊的輸出經第二乘法功能塊運算後，再經過加法功能塊和第三給定功能塊進行加運算，再通過輸出模塊，輸出滿足與伺服閥站匹配的多種控制信號，如 4 20mA DC,0 IOmA DC, -10 IOmA DC,0 20mA DC, -20 20mA DC, 1 5V/ DC，0 10V/DC，-10 10V/DC等，從而快速、精確驅動被控對象運動。如圖4所示，以可調靜葉為例，詳細說明本發明的控制過程。可調靜葉伺服閥站採用4 20mA DC控制輸入的電/液伺服閥，即輸入信號為4mA DC 12mA DC (不包括12mADC)時，伺服閥控制可調靜葉逐漸關閉；輸入信號為12mA DC 20mA DC(不包括12mA DC) 時，伺服閥控制可調靜葉逐漸打開；輸入信號為12mA DC時，伺服閥控制可調靜葉保持位置不變。如果高爐爐頂壓力正常生產時設定值為0. 25MPa，對應至輸入模塊信號為17. 3mA DC(0 0. 3MI^a被標定為4 20mA DC)；而爐頂壓力實際測量值為0. 24MPa，對應至輸入模塊信號為16. SmADC ；可調靜葉位置百分比信號為56% (對應至輸入模塊信號為13. 6mA DC)。由於爐頂壓力設定值和測量值相差0. OlMPa,則反作用調節功能塊通過PID運算輸出百分比調節信號為M%，該信號與可調靜葉位置信號比較相減為_2%，第一給定功能塊取值為10，則-2%與第一乘法功能塊之積-20%經限幅功能塊(-20%偏差較小，本次調節限幅不起作用)至第二乘法功能塊，第二給定功能塊取值為0. 5，-20%與第二乘法功能塊之積-10%至加法功能塊與第三給定功能塊之值50% (對應12mA DC)相和，最後把40% (對應10. 4mA DC)值經輸出模塊送調靜葉伺服閥站，控制靜葉關小以提高高爐爐頂壓力，直至壓力達到0. 25MPa為止。當爐頂壓力設定值小於測量值時，整個控制過程相反。(3)與本發明有關的外部設備——測量裝置(可為溫度，流量、壓力和位置等各種工業參數)，檢測信號通過輸入模塊進行採集和處理後送至計算機調節功能塊。測量裝置安裝在工業現場，一股輸出標準4 20mADC信號。——位置變送器(也可為速度、流量等)，檢測信號通過輸入模塊進行信號採集和處理後送至計算機調節功能塊。位置變送器與被控對象(如閥門)配套並安裝在工業現場， 一股輸出標準4 20mA DC信號。——伺服閥站，包括電液比例閥和電液伺服閥，為電液伺服控制信號的接收與執行裝置，它控制閥門開度或位移。伺服閥站就近與被控對象(如閥門)配套並安裝在工業現場，除接收標準4 20mA DC控制信號外，還可接收0 IOmA DC, -10 IOmA DC，0 20mA DC, -20 20mA DC, 1 5V DC，0 IOV DC 等多種信號。
權利要求
1.一種電液伺服控制系統，其特徵在於包括輸入模塊、調節功能塊、比較功能塊、第一給定功能塊、第一乘法功能塊、限幅功能塊、輸出模塊；輸入模塊用於實現各種現場信號的採集、處理和隔離；調節功能塊用於對計算機控制系統的設定值、輸入模塊的測量信號進行比較、放大和處理，並進行PID調節；比較功能塊用於對調節功能塊的輸出和輸入模塊的位置信號進行比較運算； 所有的給定功能塊均用於對其輸入信號的放大、縮小或遷移； 所有的乘法功能塊用於對其輸入的信號進行乘法運算； 限幅功能塊用於對其輸入信號進行幅度或增益限制； 輸出模塊用於實現對各種控制信號的轉換和輸出；輸入模塊的輸出接至調節功能塊的輸入，調節功能塊還接受設定值的輸入，調節功能塊的輸出信號和輸入模塊的位置測量信號通過比較功能塊、第一給定功能塊和第一次乘法功能塊進行運算後，傳輸至限幅功能塊進行處理，最後傳輸至輸出模塊。
2.根據權利要求1所述的控制系統，其特徵在於限幅功能塊和輸出模塊之間還接有第二給定功能塊、第二乘法功能塊、第三給定功能塊和加法功能塊，加法功能塊用於對其所有的輸入信號進行相加運算；限幅功能塊與第二給定功能塊的輸出信號通過第二乘法功能塊進行乘法運算後，通過加法功能塊對第三給定功能塊的輸出信號進行相加，最後傳輸至輸出模塊。
全文摘要
本發明提供了一種電液伺服閥控制系統，其包括輸入模塊、輸出模塊、第一給定功能塊、第二給定功能塊、第三給定功能塊、調節功能塊、比較功能塊、第一乘法功能塊、第二乘法功能塊、限幅功能塊和加法功能塊組成。它們通過電纜和計算機軟體相互連接以實現伺服控制功能，可滿足液壓系統各種信號制伺服閥(包括比例閥)的控制要求。本發明電液伺服控制裝置可使每套TRT(高爐煤氣餘壓能量回收透平發電)項目節省4～40萬元人民幣，同時可提高TRT機組的控制精度及穩定性，減少運行維護成本。
文檔編號G05B19/418GK102156446SQ20101056687
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月1日 優先權日2010年12月1日
發明者王貴良 申請人:中冶南方工程技術有限公司