专利名称：一种电液伺服控制系统的制作方法
技术领域：
本发明属于液压系统电液伺服控制技术领域，尤其涉及高炉煤气余压能量回收透平发电(简称TRT)项目及其它电液伺服控制对象。
背景技术：
近30年来，我国引进和国产的TRT发电机组已超过400个。TRT是钢铁行业极力推广的节能环保项目(见图4)，它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、磨损和热能形式消耗的压差能予以回收。一股TRT项目有4套相同的电液伺服控制回路以控制对应的液压伺服阀站，电液伺服控制回路如下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正常生产时高炉炉顶压力自动调节。旁通快开阀1控制用于煤气透平发电机的安全保护控制，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电机的安全保护控制，同时在TRT紧急停机时具有自动调节高炉炉顶压力功能。入口蝶阀控制用于切断高压高炉煤气进煤气透平发电机，同时通过可快速控制的任意开度，协助透平可调静叶控制转速。以上四套液压电液伺服控制回路是TRT项目的核心。电液伺服控制器(也称伺服放大器，在我国已建和在建的400个TRT项目中几乎均采用这类电液伺服控制器)是与计算机控制系统独立的4台仪表设备，分模拟式和数字式，它分别接收来自计算机系统的输出信号进行隔离、比较、运算和放大，再输出至对应的伺服阀站，自动控制可调静叶、旁通快开阀或入口蝶阀按工艺要求动作。采用电液伺服控制器有以下缺点(见图2)(1)电液伺服控制器的精度及稳定性不如计算机控制系统，特别是中低档电液伺服控制器。(2)低档电液伺服控制器的输入端须加信号需隔离器，以消除电液伺服控制器的工作电源对信号的干扰(见图3)。(3)电液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空间。(4)电液伺服控制器、信号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。低档电液伺服控制器(模拟式)的价格在1万元左右；中高档电液伺服控制器(数字式)的价格在2 10万元。因此，一个TRT项目的电液伺服控制器价格在4 40万元人民币。(6)增加了运行维护成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电液伺服控制系统，以提高TRT机组的控制精度及稳定性，并减少设备一次投资及运行维护成本。本发明解决其技术问题所采用的方案是一种电液伺服控制系统，包括输入模块、 调节功能块、比较功能块、第一给定功能块、第一乘法功能块、限幅功能块、输出模块；输入模块用于实现各种现场信号的采集、处理和隔离；调节功能块用于对计算机控制系统的设定值、输入模块的测量信号进行比较、放大和处理，并进行PID调节；比较功能块用于对调节功能块的输出和输入模块的位置信号进行比较运算；所有的给定功能块均用于对其输入信号的放大、缩小或迁移；所有的乘法功能块用于对其输入的信号进行乘法运算；限幅功能块用于对其输入信号进行幅度或增益限制；输出模块用于实现对各种控制信号的转换和输出；输入模块的输出接至调节功能块的输入，调节功能块还接受设定值的输入，调节功能块的输出信号和输入模块的位置信号通过比较功能块、第一次乘法功能块进行乘法运算后，传输至限幅功能块进行处理，最后传输至输出模块。所述的控制系统，限幅功能块和输出模块之间还接有第二给定功能块、第二乘法功能块、第三给定功能块和加法功能块，加法功能块用于对其所有的输入信号进行相加运算；限幅功能块与第二给定功能块的输出信号通过第二乘法功能块进行乘法运算后，通过加法功能块对第三给定功能块的输出信号进行相加，最后传输至输出模块。本发明的优点是由于TRT系统控制要求复杂，TRT项目必须配套上计算机控制设备。而本发明电液伺服控制系统是通过编程的方法实现的，软件简单且量小，完全可利用已有计算机设备。另外，计算机控制的稳定性、可靠性优于电液伺服控制器。因此，本发明不仅节省了电液伺服控制器投资及相关费用，而且减少了生产运行维护成本。
图1液压系统电液伺服控制装置原理图。图2液压系统电液伺服控制器(中高档)原理图。图3液压系统电液伺服控制器(低档)原理4电液伺服控制装置对TRT控制原理图。
具体实施例方式下面结合优选实施例进一步阐述本发明。一种电液伺服控制系统包括输入模块、输出模块、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、比较功能块、第一乘法功能块、第二乘法功能块、限幅功能块和加法功能块，上述各模块通过电缆和计算机软件相互连接以实现电液伺服控制功能，可满足液压系统各种信号制伺服阀(包括比例阀)的控制要求。输入模块，接受测量装置和位置变送器的输出，用于实现各种现场信号(如4 20mA DC)采集、模数转换和隔离。
输出模块，用于实现输出各种信号(如4 20mA DC)至现场以控制电液伺服阀动作。第一给定功能块为大于1的任意正数，对小偏差增强调节作用。第二给定功能块为任意正数，对大偏差限制调节作用第三给定功能块仅对输入信号为4 20mA DC伺服阀(或比例阀)起作用，取值为50% (对应12mA DC)，用于信号迁移。调节功能块，用于对计算机控制系统的设定值、输入模块的测量信号进行比较、放大和处理，并进行PID调节。比较功能块用于对调节功能块的输出和输入模块的位置信号进行比较运算。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乘法运算，以确定液压系统电液伺服控制装置作用的强弱。限幅功能块，用于对第一乘法功能块的结果进行幅度或增益限制，对大于和小于输出模块允许的值预先去除。第二乘法功能块，用于对来自限幅功能块和第二给定功能块的信号进行乘法运算，以调整计算机控制系统中的不同规格伺服阀站的输入信号制及范围。加法功能块，用于对来自第二乘法功能块和第三给定功能块的信号进行加法运算，其运算结果通过输出模块控制对应伺服阀动作。下面结合附图1、图4对本发明具体实施方式
作进一步说明。(1)本发明结构如图1所示包括输入模块、输出模块、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、比较功能块、第一乘法功能块、第二乘法功能块、限幅功能块和加法功能块，各功能块通过计算机编程实现软连接；输入模块、输出模块与计算机和现场测量装置、位置变送器和伺服阀站通过电缆连接。各模块及功能块以标准或特定数字信号(与采用不同厂家计算机控制系统及电液伺服阀有关)进行数据交换。根据电液伺服阀要求的控制信号和特性，输出模块的信号制有所不同，并对功能块有所取舍。如当输出模块的信号为-10 +IOmA DC(直流)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；当输出模块的信号为4 20mA DC时，所有功能块均起作用。(2)本发明提供的液压系统电液伺服控制装置，与TRT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(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)的比较、运算、调节和放大。调节功能块结合来自测量装置、位置变送器等输入信号进行比较运算(包括比例、积分、微分控制，即PID 控制)，将结果送第一乘法功能块并和第一给定功能块进行乘运算，运算结果再送至限幅功能块。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，再通过输出模块，输出满足与伺服阀站匹配的多种控制信号，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，从而快速、精确驱动被控对象运动。如图4所示，以可调静叶为例，详细说明本发明的控制过程。可调静叶伺服阀站采用4 20mA DC控制输入的电/液伺服阀，即输入信号为4mA DC 12mA DC (不包括12mADC)时，伺服阀控制可调静叶逐渐关闭；输入信号为12mA DC 20mA DC(不包括12mA DC) 时，伺服阀控制可调静叶逐渐打开；输入信号为12mA DC时，伺服阀控制可调静叶保持位置不变。如果高炉炉顶压力正常生产时设定值为0. 25MPa，对应至输入模块信号为17. 3mA DC(0 0. 3MI^a被标定为4 20mA DC)；而炉顶压力实际测量值为0. 24MPa，对应至输入模块信号为16. SmADC ；可调静叶位置百分比信号为56% (对应至输入模块信号为13. 6mA DC)。由于炉顶压力设定值和测量值相差0. OlMPa,则反作用调节功能块通过PID运算输出百分比调节信号为M%，该信号与可调静叶位置信号比较相减为_2%，第一给定功能块取值为10，则-2%与第一乘法功能块之积-20%经限幅功能块(-20%偏差较小，本次调节限幅不起作用)至第二乘法功能块，第二给定功能块取值为0. 5，-20%与第二乘法功能块之积-10%至加法功能块与第三给定功能块之值50% (对应12mA DC)相和，最后把40% (对应10. 4mA DC)值经输出模块送调静叶伺服阀站，控制静叶关小以提高高炉炉顶压力，直至压力达到0. 25MPa为止。当炉顶压力设定值小于测量值时，整个控制过程相反。(3)与本发明有关的外部设备——测量装置(可为温度，流量、压力和位置等各种工业参数)，检测信号通过输入模块进行采集和处理后送至计算机调节功能块。测量装置安装在工业现场，一股输出标准4 20mADC信号。——位置变送器(也可为速度、流量等)，检测信号通过输入模块进行信号采集和处理后送至计算机调节功能块。位置变送器与被控对象(如阀门)配套并安装在工业现场， 一股输出标准4 20mA DC信号。——伺服阀站，包括电液比例阀和电液伺服阀，为电液伺服控制信号的接收与执行装置，它控制阀门开度或位移。伺服阀站就近与被控对象(如阀门)配套并安装在工业现场，除接收标准4 20mA DC控制信号外，还可接收0 IOmA DC, -10 IOmA DC，0 20mA DC, -20 20mA DC, 1 5V DC，0 IOV DC 等多种信号。
权利要求
1.一种电液伺服控制系统，其特征在于包括输入模块、调节功能块、比较功能块、第一给定功能块、第一乘法功能块、限幅功能块、输出模块；输入模块用于实现各种现场信号的采集、处理和隔离；调节功能块用于对计算机控制系统的设定值、输入模块的测量信号进行比较、放大和处理，并进行PID调节；比较功能块用于对调节功能块的输出和输入模块的位置信号进行比较运算； 所有的给定功能块均用于对其输入信号的放大、缩小或迁移； 所有的乘法功能块用于对其输入的信号进行乘法运算； 限幅功能块用于对其输入信号进行幅度或增益限制； 输出模块用于实现对各种控制信号的转换和输出；输入模块的输出接至调节功能块的输入，调节功能块还接受设定值的输入，调节功能块的输出信号和输入模块的位置测量信号通过比较功能块、第一给定功能块和第一次乘法功能块进行运算后，传输至限幅功能块进行处理，最后传输至输出模块。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于限幅功能块和输出模块之间还接有第二给定功能块、第二乘法功能块、第三给定功能块和加法功能块，加法功能块用于对其所有的输入信号进行相加运算；限幅功能块与第二给定功能块的输出信号通过第二乘法功能块进行乘法运算后，通过加法功能块对第三给定功能块的输出信号进行相加，最后传输至输出模块。
全文摘要
本发明提供了一种电液伺服阀控制系统，其包括输入模块、输出模块、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、比较功能块、第一乘法功能块、第二乘法功能块、限幅功能块和加法功能块组成。它们通过电缆和计算机软件相互连接以实现伺服控制功能，可满足液压系统各种信号制伺服阀(包括比例阀)的控制要求。本发明电液伺服控制装置可使每套TRT(高炉煤气余压能量回收透平发电)项目节省4～40万元人民币，同时可提高TRT机组的控制精度及稳定性，减少运行维护成本。
文档编号G05B19/418GK102156446SQ20101056687
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月1日 优先权日2010年12月1日
发明者王贵良 申请人:中冶南方工程技术有限公司