CN101276208B

CN101276208B - 液压系统伺服控制装置

Info

Publication number: CN101276208B
Application number: CN2008100476031A
Authority: CN
Inventors: 阮景; 郭强; 刘敏; 夏超
Original assignee: HUBEI BOHUA AUTOMATION CO Ltd
Current assignee: HUBEI BOHUA AUTOMATION CO Ltd
Priority date: 2008-05-06
Filing date: 2008-05-06
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2028-05-06
Also published as: CN101276208A

Abstract

本发明是一种与计算机控制系统进行数据交换的液压系统伺服控制装置，其由第一给定功能块、第二给定功能块、第三给定功能块、调节功能块、第一乘法功能块、限幅功能块、第二乘法功能块和加法功能块组成，它们通过计算机软件相互连接和进行信息交换；当计算机控制系统的输出模块的输出信号为-10～+10mA/DC时，第二给定功能块和第三给定功能块、第二乘法功能块和加法功能块不起作用；当输出模块的输出信号为4～20mA/DC时，所有功能块均起作用。本发明液压系统伺服控制装置可使每套TRT节省6～50万元人民币，同时可提高TRT机组的控制精度及稳定性，减少了运行维护成本。

Description

液压系统伺服控制装置

技术领域

本发明属于液压系统伺服控制技术领域，尤其涉及高炉煤气余压能量回收透平发电项目及其它大型液压伺服控制工程技术。

背景技术

高炉煤气余压能量回收透平发电(简称TRT)是钢铁行业极力推广的节能环保项目(参见附图4)。近20年来，我国引进和国产的TRT发电机组已超过300个，而且将有更多机组待建。TRT是利用高炉炉顶与煤气总管之间的压力差，将高炉煤气经可调静叶导入透平机膨胀做功，带动发电机发电，从而将在减压阀组上以噪音和热能形式消耗的压差能予以回收。一般TRT工程有3～4套相同的液压伺服控制回路，也称伺服阀站，有些项目旁通快开阀仅为1套。上述液压伺服控制回路如下：

入口蝶阀控制：用于切断高压高炉煤气进煤气透平发动机，同时通过可快速控制的任意开度，配合透平可调静叶控制转速。

可调静叶控制：用于启机至并网时透平发电机转速控制；并网后进行升功率控制及TRT正常生产时转高炉炉顶压力自动调节。高炉炉顶压力是整个炼铁生产中最重要的工艺参数。

旁通快开阀1控制：用于煤气透平发动机的安全保护控制，同时在TRT紧急停机时具有自动调节高炉炉顶压力功能。

旁通快开阀2控制：用于煤气透平发动机的安全保护控制，同时在TRT紧急停机时具有自动调节高炉炉顶压力功能。

以上四套液压伺服控制回路是TRT系统的核心。现以透平可调静叶为例说明原有伺服控制器的不足(见图2和图3)。伺服控制器是与计算机控制系统独立的仪表设备(在我国已建和在建的300个TRT项目均采用这种单独的伺服控制器)，它接收来自计算机控制系统的输出信号进行隔离、比较、运算和放大，再输出至伺服阀站，自动控制可调静叶按工艺要求动作。采用伺服控制器与本发明相比有以下缺点：

(1)伺服控制器的精度及稳定性不如计算机控制系统，特别是中低档伺服控制器。

(2)信号需隔离。由于伺服控制器是需要单独工作电源的设备，输入信号必须经过第一隔离器和第二隔离器进行隔离(低档伺服控制器无第一隔离器和第二隔离器功能，需另外设计选择单独的隔离器)。

(3)伺服控制器对安装位置有具体要求，需占据仪表盘或计算机柜一定位置。

(4)伺服控制器、隔离器与计算机控制系统采用导线连接，增加了故障可能。

(5)增加了投资。低档伺服控制器的价格在1万元以上；中高档伺服控制器的价格在5～12万元。因此，一套TRT的伺服控制器价格在6～50万元人民币。

(6)增加了施工工作量和运行维护成本。

由于TRT控制要求复杂，TRT项目必须配套上计算机控制系统。而通过软件编程实现的液压系统伺服控制装置是利用已有计算机设备，因此不增加任何项目投资及相关费用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种软件功能代替传统的液压系统伺服控制装置，以便提高TRT机组的控制精度及稳定性，减少运行维护成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：由第一给定功能块、第二给定功能块、第三给定功能块、调节功能块、第一乘法功能块、限幅功能块、第二乘法功能块和加法功能块组成，上述各功能模块通过计算机软件相互连接和进行信息交换。当计算机控制系统的输出模块的输出信号为-10～+10mA/DC时，第二给定功能块和第三给定功能块、第二乘法功能块和加法功能块不起作用；当输出模块的输出信号为4～20mA/DC时，所有功能块均起作用。

本发明与现有技术相比，具有的优点主要是：一般TRT发电机组有3～4套相同的液压伺服控制回路，在高炉煤气余压能量回收透平发电项目及其它大型液压伺服控制工程技术中，传统控制需购买3～4套液压伺服控制装置，采购费用5～40万元人民币，同时增加用户的维护任务及费用。若采用本发明液压系统伺服控制装置可使每套TRT发电机组节省6～50万元人民币。同时提高了TRT发电机组的控制精度及稳定性，减少了运行维护成本。

附图说明

图1是液压系统伺服控制装置原理图。

图2是液压系统伺服控制器(中高档)原理图。

图3是液压系统伺服控制器(低档)原理图。

图4是液压系统伺服控制装置对高炉煤气余压能量回收透平发电进行控制的原理图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

本发明是一种与计算机控制系统进行数据交换的液压系统伺服控制装置，其结构如图1所示：由第一给定功能块、第二给定功能块、第三给定功能块、调节功能块、第一乘法功能块、限幅功能块、第二乘法功能块和加法功能块组成，各功能块通过编程实现并在计算机内进行软连接，以标准或特定信号(与采用不同厂家计算机控制系统有关)进行数据交换。根据计算机控制系统的输出模块的信号制不同，以上各功能块的作用有别，如：当输出模块的输出信号为-10～+10mA/DC时，第二给定功能块和第三给定功能块、第二乘法功能块和加法功能块不起作用；当输出模块的输出信号为4～20mA/DC时，所有功能块均起作用。

计算机控制系统中，控制器及第一输入模块、第二输入模块和输出模块与伺服控制装置的调节功能块和加法功能块在计算机内通过软件相互连接，以标准信号进行传输。第一输入模块、第二输入模块和输出模块与现场测量装置、位置变送器和伺服阀站通过电缆连接。

所述第一给定功能块和第二给定功能块均用于参数设定，设定范围为-10～10mA/DC(如-9、-8、-2、-1、0.5、1、2、3、4、5等)，用于信号放大或缩小。

第一给定功能块的结构是：通过现场仪表采集信号接入控制器。

第二给定功能块的结构是：通过计算机控制系统经过PID运算接入控制器。

所述第三给定功能块用于参数设定，设定值为与输出模块有关的常数(如取0.5、1、2、3、4、5等)，且与计算机信号制及字长有关，用于信号迁移(如由0～100％迁移为-50～50％等)。

所述调节功能块，对计算机控制功能块和第二输入模块的信号进行常规的比较、放大和处理，并进行PID(比例，积分，微分)运算功能。

所述第一乘法功能块，对来自调节功能块和第一给定功能块的信号进行常规乘法运算，为计算机运算功能块库中的标准算法。第一乘法功能块决定伺服控制装置作用的强弱。所述限幅功能块，用于对第一乘法功能块的结果进行幅度限制。幅度值取决于不同厂家的计算机控制系统，如西门子公司的控制系统，限幅功能块以+27648和+/-27648两种方式进行限制。

所述第二乘法功能块，对来自限幅功能块和第二给定功能块的信号进行常规乘法运算，为计算机运算功能块库中的标准算法。用于对不同规格伺服阀站的输入信号范围进行调整。

所述加法功能块，对来自第二乘法功能块和第三给定功能块的信号进行常规加法运算，为计算机运算功能块库中的标准算法。加法功能块的运算结果通过输出模块控制对应伺服阀站动作。

本发明提供的上述液压系统伺服控制装置，与各功能模块共用一套计算机控制系统(包括现场总线控制系统FCS、分散控制系统DCS和可编程控制器PLC等)，可实现对多种信号制(与计算机控制系统第一输入模块、第二输入模块和输出模块对应，如4～20mA/DC，0～10mA/DC，-10～10mA/DC0～20mA/DC，-20～20mA/DC，1～5V/DC，0～10V/DC，-10～10V/DC，-1～1V/DC等)的比较、运算和放大，并结合输出模块，输出满足工艺要求和与伺服阀站匹配的多种信号制控制信号，如4～20mA/DC，0～10mA/DC，-10～10mA/DC，0～20mA/DC，-20～20mA/DC，1～5V/DC，0～10V/DC，-10～10V/DC等，这些信号用于控制伺服阀站动作，从而快速、精确驱动被控对象运动。

本发明提供的液压系统伺服控制装置可用于对高炉煤气余压能量回收透平发电进行控制，其控制原理如图4所示：

本发明提供的液压系统伺服控制装置是一种能与计算机控制系统进行数据交换的装置，该装置根据实际需要分为中高档和低档产品。

本发明提供的液压系统伺服控制装置工作原理是：测量装置的检测信号(可为温度，流量、压力和位置等各种工业参数)通过输入模块进行信号采集和处理后送至计算机控制系统的控制功能块，经与设定值比较和运算，输出信号至调节功能块。调节功能块，结合另一路来自位置变送功能块(经过输入模块进行信号采集和处理)的输入信号进行比较运算(包括比例、积分、微分控制，即PID控制)，结果送第一乘法功能块并和第一给定功能块进行乘运算，运算结果输出至限幅功能块。第二给定功能块与限幅功能块的输出经第二乘法功能块运算后，再经过加法功能块和第三给定功能块进行加运算，然后经过输出模块进行信号转换和处理，输出控制信号至现场伺服阀站(伺服阀站可为伺服或比例阀等)，实现工艺过程(温度、压力、流量或位置)的自动控制。

下面对与本发明液压系统伺服控制装置有关的控制器(控制功能块)、测量装置、位置变送器、伺服阀站以及第一输入模块、第二输入模块和输出模块进行说明。

所述控制功能块，计算机标准功能块，为PID或其它调节方式，它接受第一输入模块的测量信号和计算机的设定信号进行调节。

所述测量装置，为多种信号如温度、压力、流量或位置的测量与发送装置，一般安装在工业现场。

所述位置变送器，为线位移或角位移的测量与发送装置，一般与被控对象如阀门配套并安装在工业现场。

所述伺服阀站，包括电液比例阀和电液伺服阀等，为伺服控制信号的接收与执行装置，它控制阀门开度或位移大小，一般与被控对象如阀门配套并安装在工业现场。

所述第一输入模块，接收来自测量装置的多种信号制，如4～20mA/DC，0～10mA/DC，-10～10mA/DC0～20mA/DC，-20～20mA/DC，1～5V/DC，1～10V/DC，0～10V/DC，-10～10V/DC，-1～1V/DC，-250～250mV/DC，热电阻，热电偶等，对各种信号进行采集、转化和标定。第一输入模块属计算机控制系统的一部分，一般随计算机安装在控制室。

所述第二输入模块，接收来自位置变送器的多种信号制，如4～20mA/DC，0～10mA/DC，-10～10mA/DC0～20mA/DC，-20～20mA/DC，1～5V/DC，0～10V/DC，-10～10V/DC，-1～1V/DC等，对各种信号进行采集、转化和标定。第二输入模块属计算机控制系统的一部分，一般随计算机安装在控制室。

所述输出模块，接收来自伺服控制装置的数字信号，并对信号进行转化和标定，输出如4～20mA/DC，0～10mA/DC，-10～10mA/DC，0～20mA/DC，-20～20mA/DC，1～5V/DC，0～10V/DC，-10～10V/DC，输出模块属计算机控制系统的一部分，一般随计算机安装在控制室内。

Claims

1.一种液压系统伺服控制装置，与各功能模块共用一套计算机控制系统，实现对多种信号制进行比较、运算和放大，并结合计算机控制系统的输出模块，输出满足工艺要求和与伺服阀站匹配的多种信号制控制信号，这些信号用于控制伺服阀站动作，以快速、精确驱动被控对象运动；所述计算机控制系统包括现场总线控制系统FCS、分散控制系统DCS和可编程控制器PLC；其特征在于所述液压系统伺服控制装置具体包括：用于参数设定的第一给定功能块、第二给定功能块和第三给定功能块，对计算机控制功能块和第二输入模块的信号进行常规的比较、放大和处理并进行PID运算功能的调节功能块，对来自调节功能块和第一给定功能块的信号进行常规乘法运算的第一乘法功能块，用于对第一乘法的结果进行幅度限制的限幅功能块，对来自限幅功能块和第二给定功能块的信号进行常规乘法运算的第二乘法功能块，对来自第二乘法功能块和第三给定功能块的信号进行常规加法运算的加法功能块；根据计算控制系统的输出模块的信号制不同，以上各功能块的作用有别，当输出模块的输出信号为-10～+10mA/DC时，第二给定功能块和第三给定功能块、第二乘法功能块和加法功能块均不起作用；当输出模块的输出信号为4～20mA/DC时，所有功能块均起作用，用以控制液压系统的伺服回路。

2.根据权利要求1所述的液压系统伺服控制装置，其特征是第一给定功能块和第二给定功能块参数设定范围为-10～10mA/DC；第三给定功能块的参数设定值为与计算机控制系统的输出模块有关的常数及与计算机信号制及字长有关，用于信号迁移。

3.根据权利要求1所述的液压系统伺服控制装置，其特征是用于对与计算机控制系统的第一输入模块、第二输入模块和输出模块对应的多种信号制的比较、运算和放大，并结合输出模块，输出满足工艺要求和与伺服阀站匹配的多种信号制控制信号，以控制计算机控制系统中的伺服阀站，实现工艺过程的自动控制。