专利名称：一种实现辊式淬火机液压多缸高精度同步控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多液压缸高精度同步控制领域，适用于辊式淬火机上框架快速提升及下 落控制。
背景技术：
辊式淬火机是当前高强度中厚板生产过程中实现钢板连续淬火工艺的关键设备，该设备 由检测辊道、固定框架、移动上框架、输送辊道、提升机构、喷水冷却系统等部分组成，上 喷水系统及上排辊道安装在移动上框架内，通过安装在固定框架上的液压和电动提升机构移 动上框架的位置、设定淬火过程的辊缝，当出炉钢板的厚度大于设定的辊缝高度，或者钢板 出现大的板形波浪时，检测辊道激活上框架液压快速提升装置，将上框架快速提升，以防钢
板碰撞喷嘴；
淬火机的移动上框架宽度约为4 6米，沿钢板运动方向总长度约为20 30米，框架主 体为焊接结构，由多个液压缸带动上框架运动，实现框架快速提升功能，框架在快速提升过 程中，如果各液压缸之间的同步误差较大，很容易造成框架变形， 一方面造成设备损坏，另 一方面还会引起喷嘴的喷射距离及喷射角度发生变化，因此，为保护设备以及满足钢板淬火 的工艺要求，必须保证各液压缸在提升过程中的高精度同步；
现有的设计方案中，主要通过多个手调节流阀实现淬火机液压多缸同步控制，液压缸被 分区，所有液压缸的无杆侧被短接后接到回油口，各分区内的液压缸有杆侧被分别短接，通 过两个单向节流阀连接至压力油入口，上框架快速提升过程中，压力油流经压力油入口，通
过单向节流阀，单向节流阀的单向阀进入各分区液压缸的有杆侧，液压缸无杆侧内液压油经 回油口回油箱，通过调节单向节流阀的开口，实现分区间液压缸的同步提升，下落过程中， 压力油入口通过换向机构接回油，在上框架重力作用下，液压缸有杆侧的油液流经单向节流 阀的节流口，单向节流阀的单向阀后回油箱，在大气压作用下，液压缸有杆侧从油箱内吸油， 通过调节单向节流阀的开口，实现分区间液压缸的同步下落，该方案的主要不足进行人工 手动调节，调节过程繁琐，且属于开环控制，受外界干扰影响较大，同步精度较差，液压油 完全通过节流阀的节流口，能耗较大，效率较低。
发明内容
为解决以上方案的不足，本发明的目的提供一种辊式淬火机液压多缸高精度同步控制系 统，该控制系统利用液压同步马达配合流量补偿阀补偿的控制回路，从而简化液压系统调试 过程，增加系统的抗干扰能力，提高液压多缸同步控制精度，提高液压系统工作效率。
本发明的设计方案是这样实现的辊式淬火机液压多缸高精度同步控制系统，它包括液 压回路及PLC控制系统，液压回路主要由规格相同的多个油缸、液压同歩马达、流量补偿阀 组成，其流量补偿阀可为三位四通电磁滑阀、两位电磁球阀、比例阀、伺服阀中的任一种；
所有的液压缸被分为5个区，其中的I IV区内液压缸数量相同1 4个，分布在淬火机 上框架的4个角，剩余的液压缸全部在V区，分布在上框架中部，1 W区液压缸有杆侧分
别与液压同步马达的4个分流口及4个流量补偿阀的出口液压阻尼相连，当流量补偿阀为比 例阀或伺服阀时，没有液压阻尼，1 IV区液压缸有杆侧分别与液压同步马达的4个分流口 及4个流量补偿阀的出口直接相连，PLC控制系统的结构方框如图1所示，其连接是淬火 机上框架的4个角各安装1个位移传感器，4个位移传感器的输出经模拟量输入模块与PLC 输入端连接，当流量补偿阀为三位四通电磁滑阀时，PLC的输出端经数字量输出模块、固态 继电器与流量补偿阀的电磁线铁圈DT1 DT8连接；当流量补偿阀为两位电磁球阀时，PLC 的输出端经数字量输出模块、固态继电器与流量补偿阀的电磁线铁圈DT1 DT4连接；当流 量补偿阀为比例阀或伺服阀时，PLC的输出端经模拟量输出模块、比例/伺服放大器与流量补 偿阀的电磁线铁權SV1 SV4连接。
工作过程上框架快抬动作时，系统压力油进入液压同步马达并分成4路分别供给I IV区液压缸有杆侧，液压缸无杆侧液压油回油箱；上框架下落动作时，在上框架重力作用下，
I W区液压缸有杆侧压力油经液压同步马达的4个分流口进入液压同步马达，从液压同歩 马达流出后经液压换向机构回油箱，在大气压的作用下，液压缸无杆侧从油箱吸油，液压同 步马达是由加工精度较高、尺寸相同的若干个液压马达组成，使得通过每一个液压马达的流 量近似相同；由于I IV内液压缸的总截面积相同，从而实现速度同步，由同步马达内部的 单向阀和溢流阀组成的补油回路可消除行程端点的同步误差，因此，在淬火机上框架提升或 下落时，由液压同步马达可以实现I IV区内液压缸在某一定精度范围内的同步控制，由于 液压同步马达、液压缸的加工精度及负载的不均匀分布等因素的影响所造成的同步误差，由 PLC按照一定的规则对流量补偿阀进行控制，实现I IV区内液压缸有杆侧的流量补偿，使
1 IV区内液压缸达到高精度同步运动，流量补偿包括补油和泄油，V区内液压缸的提升和 下落速度主要参照I IV区液压缸的实际运动速度，各由一个单向节流阀进行调定。
辊式淬火机液压多缸高精度同步控系统控制过程包括下列步骤 1 ) 4个位移传感器信号通过模拟量输入模块进入PLC，由PLC进行运算获得控制量输出；
2) 当流量补偿阀为电磁滑阀或电磁球阀时，PLC的控制量输出为数字量，通过数字量输出 模块、固态继电器控制流量补偿阀工作；
3) 当流量补偿阀为比例阀或伺服阀时，PLC的控制量输出为模拟量，通过模拟量输出模块、 比例/伺服放大器控制流量补偿阀工作。
由于淬火机上框架的4个角各安装1个位移传感器，可将位移传感器的读数Dl、 D2、 D3、 D4标定为淬火机的辊缝值xl、 x2、 x3、 x4，计算方法为所有液压缸活塞杆完全伸出 的状态下，通过电动升降机构使淬火机上框架缓慢下降，当淬火机上排辊与下排辊的辊面刚 刚接触时，记录下4个位移传感器的读数D10、D20、D30、D40，定义xl=D10-Dl、x2=D20-D2、 x3=D30-D3、 x4=D40-D4，上框架运动过程中的同步效果反映在4个辊缝值的差异上，差异 越小，同步效果越好，定义平均辊缝为average,且average=(xl+x2+x3+x4)/4;设同步误差为 E_synch， 且
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实际应用表明，在提升速度达到100mm/s，行程300mm的情况下，同步误差 E—synch<5mm。
本发明与己有技术比较有如下优点采用液压同步马达配合流量补偿阀补偿的控制回路, 减少了液压系统调试过程中手工调节的工作量；加入了位置反馈，由流量补偿阀进行流量补 偿，抵消外界干扰的影响，提高了控制精度；由于大多数流量通过同步马达直接进入液压缸， 流量补偿阀只是做了一点流量补偿，所以较原回路中节流阀调速的效率大幅提高。
图1为本发明辊式淬火机液压多缸高精度控制系统PLC控制方框图2为本发明利用三位四通电磁滑阀进行流量补偿实现14缸同步控制的液压原理图3为本发明淬火机的14个液压缸分区布置俯视平面示意图4为本发明利用三位四通电磁滑阀进行流量补偿的控制流程图5为本发明图4函数fun实现算法流程图6为本发明利用两位两通电磁球阀进行补油流量补偿实现14缸同步控制的液压原理图； 图7为本发明利用两位两通电磁球阀进行泄油流量补偿实现14缸同步控制的液压原理图; 图8为本发明利用两位三通电磁球阀进行泄油流量补偿实现14缸同步控制的液压原理图；图9为本发明利用比例阀/伺服阀进行流量补偿实现14缸同步控制的液压原理图。 图中1三位四通电磁滑阀，2通径为O1.0mm的液压阻尼，3液压胶管，4液压缸，5液 压同步马达，6单向节流阀，7两位两通电磁球阀，8两位三通电磁球阀，9比例阀/伺服阀， Ps高压油源接口， P液压回路的进油口， T回油口， PP液压同步马达的入口， AA DD液 压同步马达的4个分流口， Pl三位四通电磁滑阀的进油口， Tl三位四通电磁滑阀的回油口， Al、 Bl三位四通电磁滑阔的出油口， A6单向节流阀的进油口， B6单向节流阀的出油口， P7两位两通电磁球阀的进油口， A7两位两通电磁球阀的出油口， P8两位三通电磁球阀的 进油口， T8两位三通电磁球阀的回油口， A8两位三通电磁球阀的出油口， P9比例阀/伺服 阀的进油口， T9比例阀/伺服阀的回油口， A9、 B9比例阀/伺服阀的出油口。
具体实施例方式
本发明辊式淬火机液压多缸高精度同步控制系统详细结构通过附图及实施例加以说明。
实施例l，以14个液压缸为例，其液压原理如图2所示
14个液压缸分区布置俯视平面示意图如图3所示，图中左侧箭头方向为钢板行进方向， 右侧双点划线矩形框表示淬火机上框架的整体俯视外部边框，14个实线圆的位置代表14个 液压缸的位置，单点划线圈出的I V区对应于图2中液压缸的I V分区，所有液压缸的 无杆侧被短接后接回油口 T，各分区内的液压缸有杆侧被分别短接，其中I IV区液压缸有 杆侧分别与液压同步马达的AA DD 口及4个三位四通电磁滑阀1.1 1.4的Al 口处的液压 阻尼2.1 2.4相连，4个三位四通电磁滑阀1.1 1.4的Pl 口短接后与Ps 口相连，4个三位四 通电磁滑阀U 1.4的T1 口短接后与回油口T相连，液压同步马达的PP 口与P 口相连，V 区液压缸有杆侧通过两个单向节流阀6.1 6.2与P 口相连。
工作过程
上框架快抬动作时，系统压力油经P 口进入液压同步马达并分成4路分别供给I IV区 液压缸有杆侧，运用4个三位四通电磁滑阀，分别对I IV区进行流量补偿，流量补偿有补 油或泄油；
上框架下落动作时，P 口通过换向机构接回油，在上框架重力作用下，液压缸有杆侧的 油液从AA DD 口流经同步马达，最终通过P口回油箱，在大气压作用下，液压缸有杆侧从 油箱内吸油，同步马达产生的同步误差由三位四通电磁滑阀进行流量补偿，三位四通电磁滑 阀出回处的液压阻尼能够减小阀换向时产生的流量脉动冲击，V区液压缸的上升和下落速度 参照I IV区液压缸的实际运动速度，分别由两个单向节流阀6.2和6.1进行调定，淬火机上 框架的整体提升速度主要由高压油源进入P 口前所流经的节流调速元件调定，下降速度主要 由单向节流阀6.1调定；
4个三位四通电磁滑阀通过PLC数字量输出模块连接固态继电器进行控制，整个控制过 程都在某循环中断中实现，根据三位四通电磁滑阀的开闭特性，循环中断周期选择为40ms， 其控制流程如图4所示，图中，xl x4分别对应于I IV区框架位置的辊缝值；average代表 辊缝平均值；el e4分别代表average与xl x4的差值；DT_0UT1 DT_0UT8分别代表PLC 对图2中各电磁铁线圈DT1 DT8的开关量输出值;D一Area代表死区大小，取D一Area-lmm; ftm为计算开关量输出值的函数，其算法流程如图5所示，其中，e表示函数fon的输入变量， outl、 out2表示fun的两个输出值；fun(el).outl fun(e4).outl分别表示函数fun(el) fun(e4) 的输出量outl ， fun(el).out2 fun(e4).out2分别表示函数fbn(el) fun(e4)的输出量out2;
流程图当中"PLC执行其他任务"指的是PLC执行除同步控制之外的其他工作，如辊道 电机控制、水量控制、电动升降机构控制等；
实施例4与实施例1的不同之处仅在于流量补偿阀采用两位三通电磁球阀，电磁球阀 8.1 8.4的P8 口分别通过液压阻尼2.1 2.4与I IV区液压缸的有杆侧
连接，各电磁球阀的A8与T8 口短接后均当流量补偿阀采用比例阀、伺服阀、电磁球阀 时，虽然结构稍有不同，但控制过l呈相似。
实施例2:其液压原理如图6所示
实施例2与实施例1的不同之处仅在于流量补偿阀采用两位两通电磁球阀。4个电磁球 阀7.1 7.4的P7口短接后与Ps口相连，液压缸有杆侧的油液不能通过电磁球阀回油箱，因 此该方案只能通过补油控制实现框架运动过程中的多缸同步。
实施例3:其液压原理如图7所示
实施例3与实施例1的不同之处仅在于流量补偿阀采用两位两通电磁球阀。4个电磁球 阀7.1 7.4的P7 口短接后连接到回油口 T，因此该方案只能通过泄油控制实现框架运动过程 中的多缸同步。
实施例4:其液压原理如图8所示接回油，此方案和实施例3相同，只能通过泄油控制 实现框架运动过程中的多缸同步。
实施例5:其液压原理如图9所示
实施例5与实施例1的不同之处仅在于流量补偿阀采用比例阀/伺服阀，流量补偿阀出回 处没有液压阻尼，此方案能够通过对各分区内油缸有杆侧进行补袖或泄油消除同步误差，较 实施例一控制精度高，但造价也较高。
权利要求
1、一种实现辊式淬火机液压多缸高精度同步控制系统，其特征在于它包括液压回路及PLC控制系统，液压回路主要由规格相同的多个油缸、液压同步马达、流量补偿阀组成，其流量补偿阀可为三位四通电磁滑阀、两位电磁球阀、比例阀、伺服阀中的任一种；PLC控制装置，其连接是淬火机上框架的4个角各安装1个位移传感器，4个位移传感器的输出经模拟量输入模块与PLC输入端连接，当流量补偿阀为三位四通电磁滑阀时，PLC的输出端经数字量输出模块、固态继电器与流量补偿阀的电磁铁线圈DT1～DT8连接；当流量补偿阀为两位电磁球阀时，PLC的输出端经数字量输出模块、固态继电器与流量补偿阀的电磁铁线圈DT1～DT4连接；当流量补偿阀为比例阀或伺服阀时，PLC的输出端经模拟量输出模块、比例/伺服放大器与流量补偿阀的电磁铁线圈SV1～SV4连接。
2、按权利要求1所述的辊式淬火机液压多缸高精度同步控制系统，其特征在于所有的液 压缸被分为5个区，其中的I IV区内液压缸数量相同1 4个，分布在淬火机上框架的4个 角，剩余的液压缸全部在V区，分布在上框架中部，I IV区液压缸有杆侧分别与液压同步 马达的4个分流口及4个流量补偿阀的出口液压阻尼相连，当流量补偿阀为比例阀或伺服阀 时，没有液压阻尼，1 IV区液压缸有杆侧分别与液压同步马达的4个分流口及4个流量补 偿阀的出口直接相连，V区液压缸有杆侧通过两个单向节流阀与液压同步马达的入口相连。
3、按权利要求1所述的辊式淬火机液压多缸高精度同步控制系统，其特征在于该系统控 制过程包括下列步骤1) 4个位移传感器信号通过模拟量输入模块进入PLC，由PLC进行运算获得控制量输出；2) 当流量补偿阀为电磁滑阀或电磁球阀时，PLC的控制器输出为数字量，通过数字量输出 模块、固态继电器控制流量补偿阀工作；3) 当流量补偿阀为比例阀或伺服阀时，PLC的控制量输出为模拟量，通过模拟量输出模块、 比例/伺服放大器控制流量补偿阀工作。
4、按权利要求3所述的辊式淬火机液压多缸高精度同步控制系统控制过程，其特征在于 所述之控制量输出是淬火机上框架的4个角各安装1个位移传感器，可将位移传感器的读 数D1、 D2、 D3、 D4标定为淬火机的辊缝值xl、 x2、 x3、 x4，计算方法为所有液压缸活塞 杆完全伸出的状态下，通过电动升降机构使淬火机上框架缓慢下降，当淬火机上排辊与下排 辊的辊面刚刚接触时，记录下4个位移传感器的读数D10、 D20、 D30、 D40，定义xl=D10-Dl 、 x2=D20-D2、 x3=D30-D3、 x4=D40-D4，上框架运动过程中的同步效果反映在4个辊缝值的差 异上，差异越小，同步效果越好，定义平均辊缝为average，且average=(xl+x2+x3+x4)/4;设 同步误差为E_synch，且以三位四通电磁滑阀作为流量补偿阀为例4个三位四通电磁滑阀通过PLC数字量输出 模块连接固态继电器进行控制，整个控制过程都在某循环中断中实现，根据三位四通电磁滑 阀的开闭特性，循环中断周期选择为40ms， xl x4分别对应于I IV区框架位置的辊缝值； average代表辊缝平均值；el e4分别代表average与xl x4的差值；DT—0UT1 DT—0UT8 分别代表PLC各电磁铁线圈DT1 DT8的开关量输出值；D—Area代表死区大小，取 D—Area=lmm; fun为计算开关量输出值的函数，其中，e表示函数fUn的输入变量，outl、 out2表示fun的两个输出值；fun(el).outl fim(e4).outl分别表示函数fun(el) fun(e4)的输出 量outl， fim(el).out2 fun(e4).out2分别表示函数fun(el) fun(e4)的输出量out2，实际应用表 明，在提升速度达到100mm/s，行程300mm的情况下，同步误差E_synch<5mm。(average-xl) + (average - x2) + (average - x3) + (average - x4)
全文摘要
本发明辊式淬火机液压多缸高精度同步控制系统涉及一种多液压缸同步控制领域，它包括液压回路及PLC控制系统，液压回路主要由多个规格相同的油缸、液压同步马达、流量补偿阀组成；液压缸被分为5个区I～V，当淬火机上框架提升或下落时，I～IV区液压缸由液压同步马达实现初级同步调节，产生的同步误差由PLC控制系统控制流量补偿阀对I～IV区液压缸有杆侧进行流量补偿以达到液压缸的高精度同步控制，V区内液压缸的提升和下落速度主要参照I～IV区液压缸的实际运动速度，各由一个单向节流阀进行调定，其优点采用液压同步马达配合流量补偿阀补偿的控制回路，减少了液压系统调试过程中手工调节的工作量，提高了控制精度，效率大幅提高。
文档编号C21D1/62GK101338357SQ20081001269
公开日2009年1月7日 申请日期2008年8月7日 优先权日2008年8月7日
发明者迪 吴, 张殿华, 张福波, 王昭东, 王贵桥, 国 袁, 毅 韩 申请人:东北大学