一种变频调速控制装置、液压系统和液压抓料机的制作方法

本申请涉及自动控制技术领域，更具体地说，涉及一种变频调速控制装置、液压系统和液压抓料机。

背景技术：

液压抓料机是一种广泛应用于钢铁厂、冶炼厂、港口、码头和各类物流转运站的特种工程机械，通过配备不同的抓具、例如梅花抓斗、贝壳抓斗、原木抓具、钢坯抓具、液压剪或液压钳，能够满足用户不同工况的装卸需求。上述抓具是通过液压部件进行驱动的，为此液压抓料机配置有液压系统为抓具的液压部件提供驱动力。液压系统包括电机和油泵，在需要提供驱动的时候电机带动油泵工作，油泵向液压部件提供驱动所用的油流。目前液压抓料机中液压系统的电机在工作时，是以液压系统的工作循环中负载所需的最大功率工作的，不随者负载的变化而变化，即定速运行，而液压系统在实际运行时大部分时间都是欠负载运行，即负载的功率在大部分时间里是小于最大功率的，电机的工作效率较低，从而造成不小的电能浪费。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种变频调速控制装置、液压系统和液压抓料机，用于对液压抓料机的液压系统进行变频调速控制，以解决液压系统中电机的工作效率较低的问题。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种变频调速控制装置，应用于液压抓料机的液压系统，包括压差检测模块、减法运算模块、PID控制模块和变频驱动模块，所述变频驱动模块的电能输入端与市电连接、电能输出端与所述液压系统的电机的电能输入端相连接，其中：

所述压差检检测模块配置于所述液压系统的液压泵的节流口，用于检测所述节流口的压差，并输出反映所述压差的实际压差值；

所述减法运算模块的信号输入端与压差检测模块的信号输出端相连接，用于对所述实际压差值与预设的目标压差值求差，得到压差调节值；

所述PID控制模块的信号输入端与所述减法运算模块的信号输出端相连接，用于对所述压差调节值进行PID运算，得到目标转速控制量；

所述变频驱动模块的控制信号输入端与所述PID控制模块的信号输出端相连接，所述电能输出端配置为根据所述目标转速控制量向所述电机输出频率与所述目标压差值相匹配的电能。

可选的，所述PID控制模块包括比例控制器。

可选的，还包括第一数值传输模块，其中：

所述压差检测模块与所述减法运算模块通过第一数值传输模块相连接。

可选的，所述第一数值传输模块包括第一模数转换器、第一数模转换器和第一信号传输单元，其中：

所述第一模数转换器的信号输入端与所述压差检测模块的信号输出端相连接、信号输出端与所述第一信号传输单元的信号输入端相连接；

所述第一信号传输单元的信号输出端与所述第一数模转换器的信号输入端相连接；

所述第一数模转换器的信号输出端与所述减法运算模块的信号输入端相连接。

可选的，所述第一信号传输单元为以太网、串口通信单元或无线通信单元。

可选的，还包括第二数值传输模块，其中：

所述PID控制模块与所述变频控制模块通过第二数值传输模块相连接。

可选的，所述第二数值传输模块包括第二模数转换器、第二数模转换器和第二信号传输单元，其中：

所述第二模数转换器的信号输入端与所述PID控制模块的信号输出端相连接、信号输出端与所述第二信号传输单元的信号输入端相连接；

所述第二信号传输单元的信号输出端与所述第二数模转换器的信号输入端相连接；

所述第二数模转换器的信号输出端与所述变频控制模块的控制信号输入端相连接。

可选的，所述第二信号传输单元为以太网、串口通信单元或无线通信单元。

一种液压系统，应用于液压抓料机，所述液压系统设置有如上所述的变频调速控制装置。

一种液压抓料机，设置有如上所述的液压系统。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种变频调速控制装置、液压系统和液压抓料机，该装置应用于液压抓料机的液压系统，用于液压系统的电机进行控制，包括压差检测模块、减法运算模块、PID控制模块和变频驱动模块。压差检检测模块用于检测液压泵的节流口的压差，并输出反映压差的实际压差值；减法运算模块用于计算实际压差值与预设的目标压差值的压差调节值；PID控制模块用于对压差调节值进行PID运算，得到目标转速控制量；变频驱动模块在目标转速控制量的控制下，向液压系统的电机输出频率与目标压差值相匹配的电能，从而使液压泵的输出流量符合控制目的。即电机不再一直满负荷运行，而是与液压系统所需要的输出流量相匹配，从而提高了电机的工作效率，并避免电能被无谓浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种变频调速控制装置的结构框图；

图2为本申请另一实施例提供的一种变频调速控制装置的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

图1为本申请实施例提供的一种变频调速控制装置的结构框图。

如图1所示，本实施例提供的变频调速控制装置应用于液压抓料机的液压系统，用于对液压系统的电机进行控制，具体包括压差检测模块10、减法运算模块20、PID控制模块30和变频驱动模块40。

液压系统包括电机M和液压泵200，液压泵的流量方程为q＝nVη。其中n为用于驱动液压泵转动的电机的转速，V则为液压泵的排量，所谓排量是指液压泵的泵轴转动一圈所排出的液压油的体积，η则反映理论流量与实际流量之间的一个差别。

其中电机转速n＝60f(1-S)/P。其中f为电源频率，S为电机的转差率，如果选用异步电机则该转差率为2～4％，如果选用同步电机则该转差率为0，P为电机的极对数。

从以上公式可以看出通过调节电机的转速n可以对液压泵的流量q进行控制。

压差检测模块10配置在液压泵200的节流口，用于对节流口的压差进行检测，并输出反映该压差的实际压差值。节流口是液压泵200用于输出高压油流的出口，该处的实际压差值能够反映液压泵200的输出流量。其中该压差检测模块10包括用于对压差进行实际检测的压差传感器(未示出)。

减法运算模块20预置有目标压差值，其信号输入端与压差检测模块10的信号输出端相连接，用于接收压差检测模块10输出的实际压差值，在得到该实际压差值后，求实际压差值与目标压差值之间的差值，将该差值做为压差调节值通过信号输出端输出到PID控制模块。

PID控制模块30的信号输入端与减法运算模块20的信号输出端相连接，通过该信号输入端接收减法运行模块输入的压差调节值进行比例积分微分运算，得到目标转速控制量，并通过信号输出端输出到变频驱动控制模块。本申请中PID控制模块在有些情况下仅需要进行比例运算，因此可以只包括比例控制器即可实现本实用新型的目的。

变频驱动模块40可以通过变频器实现，其包括电能输入端、电能输出端和控制信号输入端。电能输入端与市电100相连接，电能输出端则与液压系统的电机M的电能输入端相连接，控制信号输入端与PID控制模块30的信号输出端相连接。

变频驱动模块40在接收到目标转速控制量后，对接收到的电能进行整流，并逆变为交流电，该交流电的频率与预置的目标压差值相匹配，使液压泵200的输出流量符合控制目的。

从上述技术方案可以看出，本申请提供一种变频调速控制装置，该装置应用于液压抓料机的液压系统，用于液压系统的电机进行控制，包括压差检测模块、减法运算模块、PID控制模块和变频驱动模块。压差检检测模块用于检测液压泵的节流口的压差，并输出反映压差的实际压差值；减法运算模块用于计算实际压差值与预设的目标压差值的压差调节值；PID控制模块用于对压差调节值进行PID运算，得到目标转速控制量；变频驱动模块在目标转速控制量的控制下，向液压系统的电机输出频率与目标压差值相匹配的电能，从而使液压泵的输出流量符合控制目的。即电机不再一直满负荷运行，而是与液压系统所需要的输出流量相匹配，从而提高了电机的工作效率，并避免电能被无谓浪费。

并且，通过变频控制模块对点击进行启动时，可以控制电机的驱动电流从0缓慢上升，这样不仅能够保护电机，还可以避免因启动电流过大对电网造成的冲击。

实施例二

图2为本申请另一实施例提供的一种变频调速控制装置的结构框图。

由于在实际安装时，各个模块之间相距可能较远，直接相连的情况下可能因信号衰减造成信号无法有效传输，因此本实施例在上一实施例的基础山增设了第一数值传输模块50和第二数值传输模块60，具体如图2所示。

第一数值传输模块50用于连接压差检测模块10与减法运算模块20。第一数值传输模块50包括第一模数转换器51、第一数模转换器53和第一信号传输单元52。

第一模数转换器51的信号输入端与压差检测模块10的信号输出端相连接、信号输出端与第一信号传输单元52的信号输入端相连接；用于将实际压差信号进行模数转换，得到数字化的实际压差信号。

第一信号传输单元52的信号输出端与第一数模转换器53的信号输入端相连接，用于将数字化的实际压差信号发送到第一数模转换器53，第一数模转换器53的信号输出端与减法运算模块20的信号输入端相连接，用于将数字化的实际压差信号再次模拟化并发送给减法运算模块20。

第一信号传输单元52优选以太网、串口通信单元或无线通信单元。

第二数值传输模块60用于连接PID控制模块30与变频控制模块40。第二数值传输模块60包括第二模数转换器61、第二数模转换器63和第二信号传输单元62。

第二模数转换器61的信号输入端与PID控制模块30的信号输出端相连接、信号输出端与第二信号传输单元62的信号输入端相连接；用于将目标转速控制量进行模数转换，得到数字化的目标转速控制量。

第二信号传输单元62的信号输出端与第二数模转换器63的信号输入端相连接，用于将数字化的目标转速控制量发送到第二数模转换器63，第二数模转换器63的信号输出端与变频控制模块40的信号输入端相连接，用于将数字化的目标转速控制量再次模拟化并发送给变频控制模块40。

第二信号传输单元62优选以太网、串口通信单元或无线通信单元。

从上述技术方案可以看出，第一数值传输模块50和第二传数值传输60分别以数字传输方式传输实际压差值和目标转速控制量，相较于模拟信号传输方式，能够提供更强大的抗干扰能力，并且还能够在较远的距离上进行传输。

实施例三

本实施例提供一种液压系统，该液压系统应用于液压抓料机，用于为液压抓料机的液压部件提供动力，该液压系统设置有上一实施例所提供的变频调速控制装置，能够避免电机因长时间满负荷运转造成的电能损失。

实施例四

本实施例提供一种液压抓料机，该液压抓料机设置有上一实施例所提供的液压系统，该液压系统设置有实施例一或实施例二所提供的变频调速控制装置，由于上面已经做了详细介绍，这里就不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。