專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電液伺服控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于液壓系統(tǒng)電液伺服控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及高爐煤氣余壓能量回收透平發(fā)電(簡(jiǎn)稱(chēng)TRT)項(xiàng)目及其它電液伺服控制對(duì)象。
背景技術(shù)：
近30年來(lái)，我國(guó)引進(jìn)和國(guó)產(chǎn)的TRT發(fā)電機(jī)組已超過(guò)400個(gè)。TRT是鋼鐵行業(yè)極力推廣的節(jié)能環(huán)保項(xiàng)目(見(jiàn)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(jīng)可調(diào)靜葉導(dǎo)入透平機(jī)膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)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(xiàng)目有4套相同的電液伺服控制回路以控制對(duì)應(yīng)的液壓伺服閥站，電液伺服控制回路如下可調(diào)靜葉控制用于啟機(jī)至并網(wǎng)時(shí)透平發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制；并網(wǎng)后進(jìn)行升功率控制及TRT正常生產(chǎn)時(shí)高爐爐頂壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)。旁通快開(kāi)閥1控制用于煤氣透平發(fā)電機(jī)的安全保護(hù)控制，同時(shí)在TRT緊急停機(jī)時(shí)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)高爐爐頂壓力功能。旁通快開(kāi)閥2控制用于煤氣透平發(fā)電機(jī)的安全保護(hù)控制，同時(shí)在TRT緊急停機(jī)時(shí)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)高爐爐頂壓力功能。入口蝶閥控制用于切斷高壓高爐煤氣進(jìn)煤氣透平發(fā)電機(jī)，同時(shí)通過(guò)可快速控制的任意開(kāi)度，協(xié)助透平可調(diào)靜葉控制轉(zhuǎn)速。以上四套液壓電液伺服控制回路是TRT項(xiàng)目的核心。電液伺服控制器(也稱(chēng)伺服放大器，在我國(guó)已建和在建的400個(gè)TRT項(xiàng)目中幾乎均采用這類(lèi)電液伺服控制器)是與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)獨(dú)立的4臺(tái)儀表設(shè)備，分模擬式和數(shù)字式，它分別接收來(lái)自計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸出信號(hào)進(jìn)行隔離、比較、運(yùn)算和放大，再輸出至對(duì)應(yīng)的伺服閥站，自動(dòng)控制可調(diào)靜葉、旁通快開(kāi)閥或入口蝶閥按工藝要求動(dòng)作。采用電液伺服控制器有以下缺點(diǎn)(見(jiàn)圖2)(1)電液伺服控制器的精度及穩(wěn)定性不如計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，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(hào)需隔離器，以消除電液伺服控制器的工作電源對(duì)信號(hào)的干擾(見(jiàn)圖3)。(3)電液伺服控制器對(duì)安裝位置有具體要求，需占據(jù)儀表盤(pán)或計(jì)算機(jī)柜一定空間。(4)電液伺服控制器、信號(hào)隔離器與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用導(dǎo)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(jià)格在1萬(wàn)元左右；中高檔電液伺服控制器(數(shù)字式)的價(jià)格在2 10萬(wàn)元。因此，一個(gè)TRT項(xiàng)目的電液伺服控制器價(jià)格在4 40萬(wàn)元人民幣。(6)增加了運(yùn)行維護(hù)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種電液伺服控制系統(tǒng)，以提高TRT機(jī)組的控制精度及穩(wěn)定性，并減少設(shè)備一次投資及運(yùn)行維護(hù)成本。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的方案是一種電液伺服控制系統(tǒng)，包括輸入模塊、 調(diào)節(jié)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；輸入模塊用于實(shí)現(xiàn)各種現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集、處理和隔離；調(diào)節(jié)功能塊用于對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)定值、輸入模塊的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行比較、放大和處理，并進(jìn)行PID調(diào)節(jié)；比較功能塊用于對(duì)調(diào)節(jié)功能塊的輸出和輸入模塊的位置信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算；所有的給定功能塊均用于對(duì)其輸入信號(hào)的放大、縮小或遷移；所有的乘法功能塊用于對(duì)其輸入的信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算；限幅功能塊用于對(duì)其輸入信號(hào)進(jìn)行幅度或增益限制；輸出模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)各種控制信號(hào)的轉(zhuǎn)換和輸出；輸入模塊的輸出接至調(diào)節(jié)功能塊的輸入，調(diào)節(jié)功能塊還接受設(shè)定值的輸入，調(diào)節(jié)功能塊的輸出信號(hào)和輸入模塊的位置信號(hào)通過(guò)比較功能塊、第一次乘法功能塊進(jìn)行乘法運(yùn)算后，傳輸至限幅功能塊進(jìn)行處理，最后傳輸至輸出模塊。所述的控制系統(tǒng)，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，加法功能塊用于對(duì)其所有的輸入信號(hào)進(jìn)行相加運(yùn)算；限幅功能塊與第二給定功能塊的輸出信號(hào)通過(guò)第二乘法功能塊進(jìn)行乘法運(yùn)算后，通過(guò)加法功能塊對(duì)第三給定功能塊的輸出信號(hào)進(jìn)行相加，最后傳輸至輸出模塊。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是由于TRT系統(tǒng)控制要求復(fù)雜，TRT項(xiàng)目必須配套上計(jì)算機(jī)控制設(shè)備。而本發(fā)明電液伺服控制系統(tǒng)是通過(guò)編程的方法實(shí)現(xiàn)的，軟件簡(jiǎn)單且量小，完全可利用已有計(jì)算機(jī)設(shè)備。另外，計(jì)算機(jī)控制的穩(wěn)定性、可靠性?xún)?yōu)于電液伺服控制器。因此，本發(fā)明不僅節(jié)省了電液伺服控制器投資及相關(guān)費(fèi)用，而且減少了生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)成本。


圖1液壓系統(tǒng)電液伺服控制裝置原理圖。圖2液壓系統(tǒng)電液伺服控制器(中高檔)原理圖。圖3液壓系統(tǒng)電液伺服控制器(低檔)原理4電液伺服控制裝置對(duì)TRT控制原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。一種電液伺服控制系統(tǒng)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(diào)節(jié)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(guò)電纜和計(jì)算機(jī)軟件相互連接以實(shí)現(xiàn)電液伺服控制功能，可滿足液壓系統(tǒng)各種信號(hào)制伺服閥(包括比例閥)的控制要求。輸入模塊，接受測(cè)量裝置和位置變送器的輸出，用于實(shí)現(xiàn)各種現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)(如4 20mA DC)采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換和隔離。
輸出模塊，用于實(shí)現(xiàn)輸出各種信號(hào)(如4 20mA DC)至現(xiàn)場(chǎng)以控制電液伺服閥動(dòng)作。第一給定功能塊為大于1的任意正數(shù)，對(duì)小偏差增強(qiáng)調(diào)節(jié)作用。第二給定功能塊為任意正數(shù)，對(duì)大偏差限制調(diào)節(jié)作用第三給定功能塊僅對(duì)輸入信號(hào)為4 20mA DC伺服閥(或比例閥)起作用，取值為50% (對(duì)應(yīng)12mA DC)，用于信號(hào)遷移。調(diào)節(jié)功能塊，用于對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)定值、輸入模塊的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行比較、放大和處理，并進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。比較功能塊用于對(duì)調(diào)節(jié)功能塊的輸出和輸入模塊的位置信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算。第一乘法功能塊，對(duì)來(lái)自調(diào)節(jié)功能塊和第一給定功能塊的信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算，以確定液壓系統(tǒng)電液伺服控制裝置作用的強(qiáng)弱。限幅功能塊，用于對(duì)第一乘法功能塊的結(jié)果進(jìn)行幅度或增益限制，對(duì)大于和小于輸出模塊允許的值預(yù)先去除。第二乘法功能塊，用于對(duì)來(lái)自限幅功能塊和第二給定功能塊的信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算，以調(diào)整計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的不同規(guī)格伺服閥站的輸入信號(hào)制及范圍。加法功能塊，用于對(duì)來(lái)自第二乘法功能塊和第三給定功能塊的信號(hào)進(jìn)行加法運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果通過(guò)輸出模塊控制對(duì)應(yīng)伺服閥動(dòng)作。下面結(jié)合附圖1、圖4對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說(shuō)明。(1)本發(fā)明結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)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(guò)計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)軟連接；輸入模塊、輸出模塊與計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置、位置變送器和伺服閥站通過(guò)電纜連接。各模塊及功能塊以標(biāo)準(zhǔn)或特定數(shù)字信號(hào)(與采用不同廠家計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及電液伺服閥有關(guān))進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。根據(jù)電液伺服閥要求的控制信號(hào)和特性，輸出模塊的信號(hào)制有所不同，并對(duì)功能塊有所取舍。如當(dāng)輸出模塊的信號(hào)為-10 +IOmA DC(直流)時(shí)，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(dāng)輸出模塊的信號(hào)為4 20mA DC時(shí)，所有功能塊均起作用。(2)本發(fā)明提供的液壓系統(tǒng)電液伺服控制裝置，與TRT共用一套計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) (包括現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS、分散控制系統(tǒng)DCS和可編程控制器PLC等)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種信號(hào)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(yùn)算、調(diào)節(jié)和放大。調(diào)節(jié)功能塊結(jié)合來(lái)自測(cè)量裝置、位置變送器等輸入信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算(包括比例、積分、微分控制，即PID 控制)，將結(jié)果送第一乘法功能塊并和第一給定功能塊進(jìn)行乘運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)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(jīng)第二乘法功能塊運(yùn)算后，再經(jīng)過(guò)加法功能塊和第三給定功能塊進(jìn)行加運(yùn)算，再通過(guò)輸出模塊，輸出滿足與伺服閥站匹配的多種控制信號(hào)，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(qū)動(dòng)被控對(duì)象運(yùn)動(dòng)。如圖4所示，以可調(diào)靜葉為例，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的控制過(guò)程?？烧{(diào)靜葉伺服閥站采用4 20mA DC控制輸入的電/液伺服閥，即輸入信號(hào)為4mA DC 12mA DC (不包括12mADC)時(shí)，伺服閥控制可調(diào)靜葉逐漸關(guān)閉；輸入信號(hào)為12mA DC 20mA DC(不包括12mA DC) 時(shí)，伺服閥控制可調(diào)靜葉逐漸打開(kāi)；輸入信號(hào)為12mA DC時(shí)，伺服閥控制可調(diào)靜葉保持位置不變。如果高爐爐頂壓力正常生產(chǎn)時(shí)設(shè)定值為0. 25MPa，對(duì)應(yīng)至輸入模塊信號(hào)為17. 3mA DC(0 0. 3MI^a被標(biāo)定為4 20mA DC)；而爐頂壓力實(shí)際測(cè)量值為0. 24MPa，對(duì)應(yīng)至輸入模塊信號(hào)為16. SmADC ；可調(diào)靜葉位置百分比信號(hào)為56% (對(duì)應(yīng)至輸入模塊信號(hào)為13. 6mA DC)。由于爐頂壓力設(shè)定值和測(cè)量值相差0. OlMPa,則反作用調(diào)節(jié)功能塊通過(guò)PID運(yùn)算輸出百分比調(diào)節(jié)信號(hào)為M%，該信號(hào)與可調(diào)靜葉位置信號(hào)比較相減為_(kāi)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(jīng)限幅功能塊(-20%偏差較小，本次調(diào)節(jié)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(duì)應(yīng)12mA DC)相和，最后把40% (對(duì)應(yīng)10. 4mA DC)值經(jīng)輸出模塊送調(diào)靜葉伺服閥站，控制靜葉關(guān)小以提高高爐爐頂壓力，直至壓力達(dá)到0. 25MPa為止。當(dāng)爐頂壓力設(shè)定值小于測(cè)量值時(shí)，整個(gè)控制過(guò)程相反。(3)與本發(fā)明有關(guān)的外部設(shè)備——測(cè)量裝置(可為溫度，流量、壓力和位置等各種工業(yè)參數(shù))，檢測(cè)信號(hào)通過(guò)輸入模塊進(jìn)行采集和處理后送至計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)功能塊。測(cè)量裝置安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，一股輸出標(biāo)準(zhǔn)4 20mADC信號(hào)?！恢米兯推?也可為速度、流量等)，檢測(cè)信號(hào)通過(guò)輸入模塊進(jìn)行信號(hào)采集和處理后送至計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)功能塊。位置變送器與被控對(duì)象(如閥門(mén))配套并安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)， 一股輸出標(biāo)準(zhǔn)4 20mA DC信號(hào)?！欧y站，包括電液比例閥和電液伺服閥，為電液伺服控制信號(hào)的接收與執(zhí)行裝置，它控制閥門(mén)開(kāi)度或位移。伺服閥站就近與被控對(duì)象(如閥門(mén))配套并安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，除接收標(biāo)準(zhǔn)4 20mA DC控制信號(hào)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(hào)。
權(quán)利要求
1.一種電液伺服控制系統(tǒng)，其特征在于包括輸入模塊、調(diào)節(jié)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；輸入模塊用于實(shí)現(xiàn)各種現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集、處理和隔離；調(diào)節(jié)功能塊用于對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)定值、輸入模塊的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行比較、放大和處理，并進(jìn)行PID調(diào)節(jié)；比較功能塊用于對(duì)調(diào)節(jié)功能塊的輸出和輸入模塊的位置信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算； 所有的給定功能塊均用于對(duì)其輸入信號(hào)的放大、縮小或遷移； 所有的乘法功能塊用于對(duì)其輸入的信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算； 限幅功能塊用于對(duì)其輸入信號(hào)進(jìn)行幅度或增益限制； 輸出模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)各種控制信號(hào)的轉(zhuǎn)換和輸出；輸入模塊的輸出接至調(diào)節(jié)功能塊的輸入，調(diào)節(jié)功能塊還接受設(shè)定值的輸入，調(diào)節(jié)功能塊的輸出信號(hào)和輸入模塊的位置測(cè)量信號(hào)通過(guò)比較功能塊、第一給定功能塊和第一次乘法功能塊進(jìn)行運(yùn)算后，傳輸至限幅功能塊進(jìn)行處理，最后傳輸至輸出模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于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，加法功能塊用于對(duì)其所有的輸入信號(hào)進(jìn)行相加運(yùn)算；限幅功能塊與第二給定功能塊的輸出信號(hào)通過(guò)第二乘法功能塊進(jìn)行乘法運(yùn)算后，通過(guò)加法功能塊對(duì)第三給定功能塊的輸出信號(hào)進(jìn)行相加，最后傳輸至輸出模塊。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電液伺服閥控制系統(tǒng)，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(diào)節(jié)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(guò)電纜和計(jì)算機(jī)軟件相互連接以實(shí)現(xiàn)伺服控制功能，可滿足液壓系統(tǒng)各種信號(hào)制伺服閥(包括比例閥)的控制要求。本發(fā)明電液伺服控制裝置可使每套TRT(高爐煤氣余壓能量回收透平發(fā)電)項(xiàng)目節(jié)省4～40萬(wàn)元人民幣，同時(shí)可提高TRT機(jī)組的控制精度及穩(wěn)定性，減少運(yùn)行維護(hù)成本。
文檔編號(hào)G05B19/418GK102156446SQ20101056687
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者王貴良 申請(qǐng)人:中冶南方工程技術(shù)有限公司