一种数字式水压挤压机速度控制系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种数字式水压挤压机速度控制系统和方法，该系统包括速度给定装置、测速装置、控制器和速度调节机构；所述的速度给定装置和测速装置均与控制器的输入端连接；控制器的输出端接速度调节机构。其特征在于，所述系统的检测、控制单元均采用数字式元器件，并通过工业现场总线技术实现系统各单元间信号的全数字化通讯。所述的控制方法为采用非对称ＰＩＤ调节得到速度控制执行信号并输出到速度调节机构，速度调节机构通过油控水方式调节水节流阀阀芯开口度，实现水压挤压机挤压速度的闭环控制。本发明专利技术公开的系统和方法，抗干扰能力强，可靠性高，实用性强，实现了特殊环境下水压挤压机挤压速度的高精度闭环控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机电液集成控制领域，具体涉及一种数字式水压挤压机速度控制系统和方法。
技术介绍
大型水压挤压机作为大型基础性装备，是一个国家制造能力的重要标志，对于航 空、航天、船舶、石化、电力、军工等领域的发展发挥着关键作用。挤压速度控制对于挤压产 品生产有着重要意义， 一方面，从挤压工艺角度分析，挤压速度与挤压型材的材料成分、截 面形状、挤压比等因素密切相关；另一方面，为避免挤压制品出现波纹而影响产品质量，在 同一挤压过程中挤压速度必须相对稳定。所以，在挤压过程中，挤压速度的大小须严格控 制。 目前，国内外对于中小型油压挤压机的速度控制进行了不少研究，取得了较大进 展，较为成熟的挤压机速度控制技术主要有变频驱动容积调速方式、变量泵容积调速方式、 电液比例插装阀调速方式等，上述调速方式已在中小型油压挤压机速度控制中得到成功应 用。但对于大型挤压机(万吨级以上)，由于其工作液体量巨大、泄漏量大，而液压油费用 高，考虑到经济等方面因素，其传动介质多为乳化液或水。由于其传动介质的特殊性，上述 已有的成熟调速方式并不适用于大型水压挤压机。目前，国内外对于大型水压挤压机速度 控制速度控制系统大都停留在开环控制阶段，控制精度低，生产效率低。而速度闭环新系统 开发存在以下难点(l)速度闭环系统需要稳定、可靠的信号检测及控制系统，而大型水压 挤压机工作环境相对较恶劣，传统的模拟式检测、控制元器件本身在恶劣环境下容易受到 外界的干扰，其检测、控制信号在远距离传输过程中也极易受到恶劣环境的干扰而使得信 号不准确，系统可靠性差；(2)传统的大型水压挤压机节流阀开口度控制方式大多采用直 流电机带动蜗轮蜗杆，再经减速器减速后以螺母丝杆副机构驱动传动杠杆，从而控制节流 阀阀芯开度，间接控制流量，传动链过长、精度低、阀的稳定性差，无法满足速度高精度闭环 控制的要求。 为提高速度控制精度和生产效率，有必要克服现有技术之不足，提出新方法，建立 新系统，实现大型水压挤压机挤压速度的精确闭环控制。
技术实现思路
本专利技术要解决技术问题是提供，该系 统抗干扰能力强，可靠性高，实用性强，实现了特殊环境下水压挤压机挤压速度的高精度闭 环控制。 本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是 —种数字式水压挤压机速度控制系统，其特征在于，包括速度给定装置、测速装 置、控制器和速度调节机构；所述的速度给定装置和测速装置均与控制器的输入端连接； 控制器的输出端接速度调节机构； 所述的测速装置采用用于测量水压挤压机活动横梁移动速度的数字式磁滞伸縮 传感器； 所述的速度调节机构包括比例换向阀、节流阀、液压油缸和水节流阀； 所述的液压油缸包括活塞以及由活塞隔开的第一活塞腔和第二活塞腔；第一活塞腔上的第一控制油口和第二活塞腔上的第二控制油口分别接比例换向阀的2个液体输出端口 ；比例换向阀与节流液压泵站连接；比例换向阀的电池铁与控制器的输出端连接； 比例换向阀的液体输出端口与第一控制油口 、第二控制油口的通路上设有节流阀 所述的节流阀包括可活动的阀芯和液流通道；随着阀芯的运动导致液流通道的开口度变化；所述的阀芯与液压油缸的活塞杆相连。 所述的数字式磁滞伸縮传感器包括传感器头、传感杆和可以沿传感杆滑动的滑块磁铁；传感器头与传感杆连接，传感器头与传感杆均固定在静止物上；在水压挤压机活动横梁上设有一个凸起的连接块；连接块与所述的滑动磁铁通过铰链相接。 所述的控制器采用非对称的PID控制器；所述的非对称的PID控制器在输入误差大于零和小于零的状态下具有不同的PID参数；所述的输入误差为测量的速度值与给定值的差。 速度给定装置和测速装置均通过Prof ibus-dp工业现场总线与控制器通信，所述 的控制器采用PLC。 —种数字式水压挤压机速度控制方法，其特征在于，采用数字式磁滞伸縮传感器 测量水压挤压机活动横梁的移动速度，即反馈速度；将该反馈速度与预先给定的速度值均 输入到控制器中；控制器输出控制量给速度调节机构，由速度调节机构驱动水压挤压机的 横梁动作； 所述的速度调节机构包括比例换向阀、节流阀、液压油缸和水节流阀； 所述的液压油缸包括活塞以及由活塞隔开的第一活塞腔和第二活塞腔；第一活塞 腔上的第一控制油口和第二活塞腔上的第二控制油口分别接比例换向阀的2个控制输出 端口 ；；比例换向阀与节流液压泵站连接；比例换向阀的电池铁与控制器的输出端连接；所 述的节流阀包括可活动的阀芯和液流通道；随着阀芯的运动导致液流通道的开口度变化； 所述的阀芯与液压油缸的活塞杆相连； 比例换向阀的控制输出端口与第一控制油口 、第二控制油口的通路上设有节流阀 所述的控制器采用非对称的PID控制器；所述的非对称的PID控制器在输入误差 大于零和小于零的状态下具有不同的PID参数。 数字式磁滞伸縮传感器通过德国Siemens公司工业数据总线Prof ibus-dp实现与 控制器通信，所述的控制器采用PLC。 本专利技术的有益效果 本专利技术涉及的检测方法具有的优点如下 (1)该系统为"数字式"系统，通过采用数字式检测、控制单元及Profibus—dp数字 式工业现场总线，大大提高了系统的抗干扰能力和可靠性，解决了传统的"模拟式"系统难 以适应大型水压挤压机恶劣工作环境的问题； (2)挤压速度控制采用"油控水"方式，即通过伺服液压系统直接驱动大通径水节 流阀阀芯运动控制大通径水节流阀开口度，实现挤压速度控制。该控制方式传动链短、精度高、稳定性好。 (3)控制单元采用可编程逻辑控制器PLC控制单元，结构简单清晰，并通过采用非 对称PID闭环反馈控制策略，解决了挤压速度增加和减小调节过程中系统的非对称动态特 性问题，提高了控制精度。根据125MN水压机挤压机现场实测数据，系统对阶跃信号的响应 时间在0. 8s左右，超调量为3. 6%左右，达到了较为理想的控制效果，系统的响应曲线如图 5所示。附图说明 图1为本专利技术实施例中速度控制系统结构图； 图2为本专利技术实施例中测速传感器安装结构图； 图3为本专利技术实施例中"油控水"速度调节机构原理图； 图4为本专利技术实施例中速度非对称PID控制框图； 图5为本专利技术实施例中速度控制效果图。 其中，附图2中1-槽钢，2-传感器头，3-滑块磁铁，4-活动横梁，5_连接±央，6_铰 链，7-传感杆。 附图3中8-驱动液压泵站，9-比例换向阀，10-节流阀， 11-第一控制油口， 12-第二控制油口， 13-活塞杆，14-液压油缸，15-节流阀阀芯， 16-第一节流阀口 ， 17-第二节流阀口 ， 18-节流阀座。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。 实施例1 —种数字式大型水压挤压机速度控制系统包括速度给定装置、测速装置、控制单 元、速度调节机构。控制单元将测速装置测得的实际速度与速度给定装置给定的速度进行 比较运算，得到速度控制执行信号并输出到速度调节机构，速度调节机构通过"油控水"方 式调节水节流阀阀芯开口度，实现水压挤压机挤压速度的闭环控制。图1描述了本专利技术——一种大型水压挤压机速度控制系统的总体结构系统包 括速度给定装置、测速装置、控制单元、速度调节机构等，各部分简述功能如下 速度给定装置由数字式触电摸屏构成，实现挤压速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字式水压挤压机速度控制系统，其特征在于，包括速度给定装置、测速装置、控制器和速度调节机构；所述的速度给定装置和测速装置均与控制器的输入端连接；控制器的输出端接速度调节机构；所述的测速装置采用用于测量水压挤压机活动横梁移动速度的数字式磁滞伸缩传感器；所述的速度调节机构包括比例换向阀、节流阀、液压油缸和水节流阀；所述的液压油缸包括活塞以及由活塞隔开的第一活塞腔和第二活塞腔；第一活塞腔上的第一控制油口和第二活塞腔上的第二控制油口分别接比例换向阀的２个液体输出端口；比例换向阀与液压泵站连接；比例换向阀的电磁铁与控制器的输出端连接；所述的节流阀包括可活动的阀芯和液流通道；随着阀芯的运动导致液流通道的开口度变化；所述的阀芯与液压油缸的活塞杆相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭建平，周俊峰，陈晖，文跃兵，汪顺民，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]