專利名稱：用于實(shí)現(xiàn)工作輥的彎輥和平衡的雙閥聯(lián)動閉環(huán)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及控制裝置，特別是涉及一種用于實(shí)現(xiàn)工作輥的彎輥和平衡的雙閥聯(lián)動閉環(huán)控制裝置。
背景技術(shù)：
目前，在板帶軋機(jī)或平整機(jī)中，常配置并聯(lián)的非對稱液壓缸以實(shí)現(xiàn)工作輥的彎輥和平衡；用單個(gè)伺服閥控制非對稱液壓缸時(shí)容易產(chǎn)生超壓和氣蝕；配置雙伺服閥的系統(tǒng)， 常只將一閥用于閉環(huán)控制，另一閥接回油路，控制效果差且接回油路的一腔易于產(chǎn)生氣蝕； 實(shí)現(xiàn)工作輥平衡功能時(shí)，用開環(huán)控制模式產(chǎn)生的沖擊大，易于損壞設(shè)備和產(chǎn)生油液泄漏。工作輥的彎輥平衡系統(tǒng)，是HAGC系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)，對板帶的板形品質(zhì)尤為重要。工作輥彎輥控制要求穩(wěn)定、精確和響應(yīng)快；正負(fù)彎輥模式切換時(shí)要求柔性沖擊力?。磺夜ぷ鬏伷胶饪刂茣r(shí)要求沖擊力盡量小。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于實(shí)現(xiàn)工作輥的彎輥和平衡的雙閥聯(lián)動閉環(huán)控制裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是主要由控制回路和4個(gè)彎輥液壓缸、2個(gè)電液伺服閥、2個(gè)壓力傳感器、2個(gè)安全閥組成，其中所述4個(gè)彎輥液壓缸，它們的無桿腔一端并聯(lián)后經(jīng)由第一液壓鎖與第一電液伺服閥的工作油口 A相連，它們的有桿腔一端并聯(lián)后經(jīng)由第二液壓鎖與第二電液伺服閥的工作油口 B相連；在無桿腔一端與液壓鎖之間、在有桿腔一端與液壓鎖之間，分別配置一個(gè)安全閥；在靠近無桿腔一端的油路上、靠近有桿腔一端的油路上，分別配置一個(gè)壓力傳感器；所述控制回路由彎輥力計(jì)算模塊、動壓反饋模塊、控制器、比例系數(shù)和兩個(gè)補(bǔ)償值組成，其中，所述壓力傳感器的測量值饋送至彎輥力計(jì)算模塊和動壓反饋模塊；彎輥力計(jì)算模塊的輸出與設(shè)定值比較后進(jìn)入控制器；控制器的輸出與動壓反饋模塊的輸出比較后疊加第一補(bǔ)償值作為第一電液伺服閥的指令信號；控制器的輸出與動壓反饋模塊的輸出比較后乘以比例系數(shù)并疊加第二補(bǔ)償值，作為第二電液伺服閥的指令信號。所述第一電液伺服閥和第二電液伺服閥可以采用型號完全相同的伺服閥。所述控制器采用PI控制器。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的主要有益效果1.提高了成材率工作輥的彎輥平衡系統(tǒng)，是HAGC系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)。高性能彎輥控制是軋機(jī)液壓輥縫控制系統(tǒng)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，可提高板帶的板形品質(zhì)從而提高成材率。本實(shí)用新型結(jié)合高性能的液壓壓下系統(tǒng)和穩(wěn)定的張力控制系統(tǒng)，在極薄板雙機(jī)架平整機(jī)和罩退工程平整機(jī)組上延伸率絕對精度優(yōu)于0. 05%且板形良好。2.提高了控制性能雙閥聯(lián)動控制策略也兼顧了工作輥的平衡從而簡化了系統(tǒng)配置并提高了控制性能。配置了本實(shí)用新型的工作輥彎輥平衡系統(tǒng)，可不必另外配置工作輥平衡液壓傳動回路；用液壓傳動回路實(shí)現(xiàn)工作輥的平衡，在到達(dá)平衡位時(shí)沖擊力大，且穩(wěn)態(tài)平衡力過大，對設(shè)備易造成損傷且易導(dǎo)致液壓接頭泄露。用雙閥聯(lián)動控制實(shí)現(xiàn)工作輥的平衡，平衡力可任意設(shè)定且可減小液壓沖擊力。3.提高了控制精度使用具有動壓反饋的雙閥聯(lián)動控制策略，保證了正常軋制過程中工作輥正負(fù)彎的高響應(yīng)、高精度和魯棒穩(wěn)定性；在極薄板雙機(jī)架平整機(jī)和罩退工程平整機(jī)組上配置了本實(shí)用新型的工作輥彎輥平衡雙閥聯(lián)動液壓閉環(huán)控制系統(tǒng)，正負(fù)彎輥力的階躍響應(yīng)小于50ms，控制精度優(yōu)于m ；使用動壓反饋，可使得彎輥力控制系統(tǒng)的超調(diào)降低甚至無超調(diào)。4.應(yīng)用效果好工作輥平衡控制使用正彎模式的雙閥聯(lián)動閉環(huán)控制。在罩退工程平整機(jī)組上配置了本實(shí)用新型的工作輥彎輥平衡雙閥聯(lián)動液壓閉環(huán)控制系統(tǒng)，工作輥平衡使用雙閥聯(lián)動正彎控制模式，正彎輥力設(shè)置為100KN時(shí)，到達(dá)平衡換輥位時(shí)液壓沖擊力小于 10KN。

圖1是用于實(shí)現(xiàn)工作輥的彎輥和平衡的雙閥聯(lián)動閉環(huán)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.第一彎輥液壓缸；2.第二彎輥液壓缸；3.第三彎輥液壓缸；4.第四彎輥液壓缸；5.第二壓力傳感器；6.第二安全閥；7.第二液壓鎖；8.第二電液伺服閥；9.第二補(bǔ)償值；10.比例系數(shù)；11.第一電液伺服閥；12.第一液壓鎖；13. 第一補(bǔ)償值；14.第一安全閥；15.第一壓力傳感器；16.控制器；17.動壓反饋模塊；18.彎輥力計(jì)算模塊。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。本實(shí)用新型提供的用于實(shí)現(xiàn)工作輥的彎輥和平衡的雙閥聯(lián)動閉環(huán)控制裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由控制回路和4個(gè)彎輥液壓缸、2個(gè)電液伺服閥、2個(gè)壓力傳感器、2個(gè)安全閥組成，其中所述彎輥液壓缸為第一彎輥液壓缸1、第二彎輥液壓缸2、第三彎輥液壓缸 3和第四彎輥液壓缸4，它們的無桿腔一端并聯(lián)后經(jīng)由第一液壓鎖12與第一電液伺服閥11 的工作油口 A相連，它們的有桿腔一端并聯(lián)后經(jīng)由第二液壓鎖7與第二電液伺服閥8的工作油口 B相連；在液壓缸無桿腔一端與第一液壓鎖12之間配置第一安全閥14，在液壓缸有桿腔一端與第二液壓鎖7之間配置第二安全閥6，以保護(hù)設(shè)備避免超壓；在靠近液壓缸無桿腔一端的油路上配置第一壓力傳感器15，在靠近液壓缸有桿腔一端的油路上配置第二壓力傳感器5，測量液壓缸兩腔的壓力以用于計(jì)算實(shí)際彎輥力和計(jì)算動壓反饋值。所述控制回路由彎輥力計(jì)算模塊18、動壓反饋模塊17、控制器16、第一補(bǔ)償值13、 第二補(bǔ)償值9和比例系數(shù)10組成，其中第一壓力傳感器15和第二壓力傳感器5的測量值饋送至彎輥力計(jì)算模塊18和動壓反饋模塊17 ；彎輥力計(jì)算模塊18的輸出與設(shè)定值比較后進(jìn)入控制器16 ；控制器16的輸出與動壓反饋模塊17的輸出比較后疊加第一補(bǔ)償值13作為第一電液伺服閥11的指令信號；控制器16的輸出與動壓反饋模塊17的輸出比較后乘以比例系數(shù)10并疊加第二補(bǔ)償值9，作為第二電液伺服閥8的指令信號。控制器16為PI控制器。[0018]所述彎輥力計(jì)算模塊18為設(shè)并聯(lián)非對稱液壓缸的無桿腔總受力面積為A1，有桿腔總受力面積為A2,無桿腔的檢測壓力為P1,有桿腔的檢測壓力為P2，則彎輥力計(jì)算公式為 P1XA1 — P2XA20所述動壓反饋模塊17的傳遞函數(shù)為(P1 — P2XA2/ A1) XKfpX V/( > + 1)， 其中Tp為動壓反饋時(shí)間常數(shù)，1/ΤΡ近似取為液壓固有頻率的1/3，Kfp為動壓反饋增益，S為拉普拉斯變換復(fù)變量。所述控制器16采用PI控制器，該控制器為“比例+積分”調(diào)節(jié)器，適用于以彈性負(fù)載為主的彎輥力控制系統(tǒng)。所述第一補(bǔ)償值13用于補(bǔ)償?shù)谝浑娨核欧y11的零偏，以補(bǔ)充電液伺服閥的機(jī)械或電氣調(diào)零。所述第二補(bǔ)償值9用于補(bǔ)償?shù)诙娨核欧y8的零偏，以補(bǔ)充電液伺服閥的機(jī)械或電氣調(diào)零。所述比例系數(shù)10為液壓缸兩腔受力面積之比n= A2/ A10所述第二液壓鎖7和第一液壓鎖12用于液壓油路的啟閉，均可以采用電磁液壓鎖，例如采用型號為Μ22101Α的WANDFLUH電磁球閥。本實(shí)用新型提供的上述用于實(shí)現(xiàn)工作輥的彎輥和平衡的雙閥聯(lián)動閉環(huán)控制裝置， 其工作過程如下參見圖1，工作輥彎輥平衡用雙伺服閥控制四個(gè)并聯(lián)的非對稱液壓缸(第一彎輥液壓缸1，第二彎輥液壓缸2，第三彎輥液壓缸3，第四彎輥液壓4)來實(shí)現(xiàn)，其中第一電液伺服閥11的A工作油口接4個(gè)彎輥液壓缸無桿腔的并聯(lián)端，該伺服閥的B工作油口堵死；第二電液伺服閥8的B的工作油口接4個(gè)彎輥液壓缸有桿腔的并聯(lián)端，該伺服閥的A工作油口堵死。上述伺服閥堵上一個(gè)工作油口作三通閥用，當(dāng)工作輥彎輥和平衡液壓控制系統(tǒng)長時(shí)間運(yùn)行造成伺服閥閥芯磨損嚴(yán)重而影響控制性能時(shí)，可互換兩伺服閥以降低伺服閥維護(hù)費(fèi)用。在兩伺服閥與液壓缸兩腔之間各設(shè)置電磁液壓鎖用于液壓油路的啟閉。設(shè)置安全閥用于保護(hù)系統(tǒng)以免超壓損壞設(shè)備和管路。設(shè)置壓力傳感器用于檢測液壓缸兩腔的壓力，以便計(jì)算彎輥力和動壓反饋以構(gòu)成閉環(huán)控制回路。雙閥聯(lián)動對非對稱液壓缸進(jìn)行力閉環(huán)控制來實(shí)現(xiàn)工作輥的正負(fù)彎輥和平衡。用動壓反饋構(gòu)成系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)，外環(huán)為使用PI控制器的彎輥力控制回路，第二電液伺服閥8的控制信號為第一電液伺服閥11的控制信號的η倍。第一補(bǔ)償值13和第二補(bǔ)償值9分別用于補(bǔ)償兩個(gè)電液伺服閥的零偏。當(dāng)設(shè)定值為正時(shí)進(jìn)行正彎控制，設(shè)定值為負(fù)時(shí)進(jìn)行負(fù)彎控制， 平衡控制應(yīng)用正彎控制模式。引進(jìn)動壓反饋內(nèi)環(huán)使得彎輥系統(tǒng)在正負(fù)彎切換過零點(diǎn)時(shí)和平衡控制到達(dá)換輥位時(shí)的沖擊力盡量小。本實(shí)用新型未說明的部件均為現(xiàn)有技術(shù)。本實(shí)用新型提供的上述用于實(shí)現(xiàn)工作輥的彎輥和平衡的雙閥聯(lián)動閉環(huán)控制裝置， 其在實(shí)現(xiàn)板帶軋機(jī)或平整機(jī)的工作輥的彎輥和平衡中的應(yīng)用。應(yīng)用時(shí)，其步驟包括1.使用同一控制器進(jìn)行雙閥聯(lián)動閉環(huán)控制以實(shí)現(xiàn)工作輥的正負(fù)彎和平衡第一電液伺服閥11和第二電液伺服閥8使用同一個(gè)控制器來實(shí)現(xiàn)工作輥的正彎輥、負(fù)彎輥和平衡，其本質(zhì)是將兩個(gè)三通伺服閥當(dāng)作一個(gè)四通伺服閥來用，同時(shí)控制兩個(gè)三通伺服閥的各一個(gè)控制腔?？刂破鳛镻I控制器16。[0032]2.工作輥平衡控制使用正彎模式的雙閥聯(lián)動工作輥平衡控制時(shí)采用正彎控制模式的方法，設(shè)定值為正并設(shè)置正彎輥力極限閾值為工作輥輥重的1.5 3倍，使得正彎輥力足以支撐工作輥的重量而又不至于沖擊力過大。3.雙閥控制信號之比等于液壓缸兩腔面積之比設(shè)所有彎輥液壓缸的無桿腔總受力面積為Al，有桿腔總受力面積為A2 ；在不計(jì)及第一補(bǔ)償值13和第二補(bǔ)償值9時(shí)，第二電液伺服閥8與第一電液伺服閥11兩者的指令信號之比為比例系數(shù)10，其比例值n= A2A104.設(shè)置動壓反饋內(nèi)環(huán)以改善彎輥力控制系統(tǒng)的性能動壓反饋回路是彎輥力控制回路的內(nèi)環(huán)，本質(zhì)是彎輥力控制環(huán)內(nèi)配置了“力速度” 反饋，使得本液壓力控制系統(tǒng)的阻尼比增加，而又不至于影響液壓控制系統(tǒng)的快速性。經(jīng)過上述步驟，最終實(shí)現(xiàn)工作輥的彎輥和平衡。應(yīng)用實(shí)例在極薄板雙機(jī)架平整機(jī)和罩退工程平整機(jī)組上，配置了本實(shí)用新型的用于實(shí)現(xiàn)工作輥的彎輥和平衡的雙閥聯(lián)動閉環(huán)控制裝置，伺服閥使用兩臺MOOG公司的 D661-4652-G15，液壓缸參數(shù)為Φ125/Φ70。在自動換輥時(shí)，工作輥平衡使用雙閥聯(lián)動正彎控制模式，正彎輥力設(shè)置為100ΚΝ，到達(dá)平衡換輥位時(shí)液壓沖擊力小于IOKN ；在平整機(jī)壓下標(biāo)定時(shí)采用工作輥雙閥聯(lián)動正彎控制模式，正彎力設(shè)置為100ΚΝ，控制精度優(yōu)于1 ；在正常軋制時(shí)，冷軋平整一般采用正彎控制模式，正彎力控制精度優(yōu)于2、；正彎向負(fù)彎切換時(shí)，過零點(diǎn)時(shí)的沖擊力小于IOKN ；負(fù)彎控制模式時(shí)，負(fù)彎力控制精度優(yōu)于2%。本實(shí)用新型結(jié)合高性能的液壓壓下系統(tǒng)和穩(wěn)定的張力控制系統(tǒng)，在極薄板雙機(jī)架平整機(jī)和罩退工程平整機(jī)組上延伸率絕對精度優(yōu)于0. 05%且板形良好。
權(quán)利要求1.用于實(shí)現(xiàn)工作輥的彎輥和平衡的雙閥聯(lián)動閉環(huán)控制裝置，其特征是主要由控制回路和4個(gè)彎輥液壓缸、2個(gè)電液伺服閥、2個(gè)壓力傳感器、2個(gè)安全閥組成，其中所述4個(gè)彎輥液壓缸，它們的無桿腔一端并聯(lián)后經(jīng)由第一液壓鎖與第一電液伺服閥的工作油口 A相連， 它們的有桿腔一端并聯(lián)后經(jīng)由第二液壓鎖與第二電液伺服閥的工作油口 B相連；在無桿腔一端與液壓鎖之間、在有桿腔一端與液壓鎖之間，分別配置一個(gè)安全閥；在靠近無桿腔一端的油路上、靠近有桿腔一端的油路上，分別配置一個(gè)壓力傳感器；所述控制回路由彎輥力計(jì)算模塊、動壓反饋模塊、控制器、比例系數(shù)和兩個(gè)補(bǔ)償值組成，其中，所述壓力傳感器的測量值饋送至彎輥力計(jì)算模塊和動壓反饋模塊；彎輥力計(jì)算模塊的輸出與設(shè)定值比較后進(jìn)入控制器；控制器的輸出與動壓反饋模塊的輸出比較后疊加第一補(bǔ)償值作為第一電液伺服閥的指令信號；控制器的輸出與動壓反饋模塊的輸出比較后乘以比例系數(shù)并疊加第二補(bǔ)償值， 作為第二電液伺服閥的指令信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于實(shí)現(xiàn)工作輥的彎輥和平衡的雙閥聯(lián)動閉環(huán)控制裝置，其特征是所述第一電液伺服閥和第二電液伺服閥為型號完全相同的伺服閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于實(shí)現(xiàn)工作輥的彎輥和平衡的雙閥聯(lián)動閉環(huán)控制裝置，其特征是所述控制器采用PI控制器。
專利摘要本實(shí)用新型公開的用于實(shí)現(xiàn)工作輥的彎輥和平衡的雙閥聯(lián)動閉環(huán)控制裝置，主要由控制回路和4個(gè)彎輥液壓缸、2個(gè)電液伺服閥、2個(gè)壓力傳感器、2個(gè)安全閥組成，其中所述4個(gè)彎輥液壓缸，它們的無桿腔一端并聯(lián)后經(jīng)由液壓鎖與第一電液伺服閥的工作油口A相連，它們的有桿腔一端并聯(lián)后經(jīng)由第二液壓鎖與第二電液伺服閥的工作油口B相連；在無桿腔一端與液壓鎖之間、在有桿腔一端與液壓鎖之間各配置一個(gè)安全閥；在靠近無桿腔一端的油路上、靠近有桿腔一端的油路上各配置一個(gè)壓力傳感器；控制回路由彎輥力計(jì)算模塊、動壓反饋模塊、控制器、比例系數(shù)和補(bǔ)償值組成。本實(shí)用新型具有成材率高，控制性能好，提高了控制精度，以及應(yīng)用效果好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B21D1/02GK202207713SQ20112020545
公開日2012年5月2日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者丁文紅, 張尚盈 申請人:中冶南方工程技術(shù)有限公司