本发明涉及一种液压缸位置跟随系统，具体涉及一种带故障自诊断的液压缸位置跟随系统及控制方法。
背景技术：
在连续铸钢的生产线中，用于铸坯厚度的液压缸位置闭环控制系统通常由伺服阀或者比例阀来控制，由于伺服阀或者比例阀对油液的清洁度比较敏感，在设备运行中经常出现伺服阀或者比例阀的卡阻现象，且伺服阀或者比例阀的价格比较昂贵，造成生产企业生产运行成本较高。近年来，随着液压技术的快速发展，开发出了适用于铸坯厚度控制的专用液压元器件。但是由于在一条连续铸钢生产线中该铸坯厚度控制设备数量较多，通常有几十台套甚至上百台套的该铸坯厚度控制设备，当某个或者多个厚度控制设备发生故障时，故障查找及排除变得非常困难，大大增加了维修难度和延长了维修时间，造成设备的正常运行受到严重影响。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种带故障自诊断的液压缸位置跟随系统及控制方法，特别适用于连续铸钢铸坯厚度调整的液压缸位置闭环控制系统,本发明不但替代了昂贵的伺服阀或者比例阀来实现铸坯厚度的自动控制，从而有效节省设备的投资成本和生产运行成本，而且在该铸坯厚度控制系统发生故障时，能迅速自动判断发生故障的液压元器件，使操作人员及时准确地更换发生故障的液压元器件，有效缩短设备的维修时间，提高设备的维修效率，保障生产线的可靠运行。为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种带故障自诊断的液压缸位置跟随系统，包括电磁方向阀1，第一电磁逻辑开关阀201、第二电磁逻辑开关阀202，第一液控单向阀301、第二液控单向阀302，第一速度调节器401、第二速度调节器402，第一电磁通断阀501、第二电磁通断阀502，第一压力传感器601、第二压力传感器602，溢流阀7，单向阀8，液压缸9，位移传感器10及电气控制单元11；所述液压缸9上安装有位移传感器10，液压缸9的塞腔连接第一电磁通断阀501的主油口A，第一电磁通断阀501的压力油口P通过第一速度调节器401与第一液控单向阀301的主油口B连接，第一液控单向阀301的主油口A与第一电磁逻辑开关阀201的主油口A连接，第一电磁逻辑开关阀201的压力油口P与电磁方向阀1的主油口B连接，第一电磁逻辑开关阀201的回油口T与来自液压站的主回油管路T0相连接，电磁方向阀1的压力油口P与来自液压站的主压力管路P0连接，电磁方向阀1的回油口T与来自液压站的主回油管路T0相连接；液压缸9的塞腔连接单向阀8的主油口B，单向阀8的主油口A与来自液压站的主回油管路T0相连接；所述第一电磁通断阀501的压力油口P与第一速度调节器401之间安装有第一压力传感器601；所述第一液控单向阀301的控制油口X与第二电磁逻辑开关阀202的油口A相连接，第一液控单向阀301的泄油口Y与来自液压站的主回油管路T0相连接；液压缸9的杆腔连接第二电磁通断阀502的主油口A，第二电磁通断阀502的压力油口P通过第二速度调节器402与第二液控单向阀302的主油口B连接，第二液控单向阀302的主油口A与第二电磁逻辑开关阀202的主油口A连接，第二电磁逻辑开关阀202的压力油口P与电磁方向阀1的主油口B连接，第二电磁逻辑开关阀202的回油口T与来自液压站的主回油管路T0相连接；液压缸9的杆腔连接溢流阀7的压力油口P，溢流阀7的回油口T与来自液压站的主回油管路T0相连接；所述第二电磁通断阀502的压力油口P与第二速度调节器402之间安装有第二压力传感器602；所述第二液控单向阀302的控制油口X与第一电磁逻辑开关阀201的主油口A相连接，第二液控单向阀302的泄油口Y与来自液压站的主回油管路T0相连接；所述第一压力传感器601、第二压力传感器602及安装在液压缸9的位移传感器10通过电缆与电气控制单元11相连接，第一电磁通断阀501的电磁铁a、第二电磁通断阀502的电磁铁a通过电缆与电气控制单元11相连接，第一电磁逻辑开关阀201的电磁铁a、第二电磁逻辑开关阀202的电磁铁a、电磁方向阀1的电磁铁a通过电缆与电气控制单元11相连接，第一电磁逻辑开关阀201的状态检测s、第二电磁逻辑开关阀202的状态检测s通过电缆与电气控制单元11相连接，电气控制单元11由外部提供电源V。通过预先设定的第一速度控制器401、第二速度控制器402的开口度以及调节第一电磁逻辑开关阀201的电磁铁a、第二电磁逻辑开关阀202的电磁铁a的占空比实现对液压缸9位置跟随的精准控制。通过控制电磁方向阀1的电磁铁a断电、第一电磁通断阀501的电磁铁a断电和第二电磁通断阀502的电磁铁a断电，液压缸9的位置能被可靠锁定。上述所述的一种带故障自诊断的液压缸位置跟随系统的故障自诊断方法，液压缸9的位置跟随发生故障时，故障自诊断方法如下：①保持电磁方向阀1的电磁铁a通电、第一电磁通断阀501的电磁铁a断电、第二电磁通断阀502的电磁铁a断电，此时：第一电磁逻辑开关阀201的电磁铁a断电、第二电磁逻辑开关阀202的电磁铁a断电；如果第一压力传感器601为来自液压站压力管路P0的系统压力值P’，且第一电磁逻辑开关阀201的状态监测s为工作位置，则第一电磁逻辑开关阀201出现故障；如果第二压力传感器602为来自液压站压力管路P0的系统压力值P’，且第二电磁逻辑开关阀202的状态监测s为工作位置，则第二电磁逻辑开关阀202出现故障；②保持电磁方向阀1的电磁铁a通电、第一电磁通断阀501的电磁铁a断电、第二电磁通断阀502的电磁铁a断电，此时：第一电磁逻辑开关阀201的电磁铁a通电、第二电磁逻辑开关阀202的电磁铁a断电；如果第一压力传感器601为来自液压站压力管路P0的系统压力值P’，且第一电磁逻辑开关阀201的状态监测s为工作位置，则第一电磁逻辑开关阀201工作正常；如果第一压力传感器601的压力值没有发生变化且为来自液压站回油管路T0的回油压力值T’，且第一电磁逻辑开关阀201的状态监测s为非工作位置，则第一电磁逻辑开关阀201出现故障；③保持电磁方向阀1的电磁铁a通电、第一电磁通断阀501的电磁铁a断电、第二电磁通断阀502的电磁铁a断电，此时：第二电磁逻辑开关阀202的电磁铁a通电、第一电磁逻辑开关阀201的电磁铁a断电；如果第二压力传感器602为来自液压站压力管路P0的系统压力值P’，且第二电磁逻辑开关阀202的状态监测s为工作位置，则第二电磁逻辑开关阀202工作正常；如果第二压力传感器602的压力值没有发生变化且为来自液压站回油管路T0的回油压力值T’，且第二电磁逻辑开关阀202的状态监测s为非工作位置，则第二电磁逻辑开关阀202出现故障。和现有技术相比较，本发明的优点是：1)由小型轻量化的电磁逻辑开关阀代替伺服阀或者比例阀来实现对液压缸位置的精确控制，大大节省设备的建设投资成本，以及减少生产企业的后期的备件生产运行成本。2)由电气控制单元自动控制由电磁逻辑开关阀、电磁通断阀以及压力传感器等组成的控制系统，通过检测压力传感器及电磁逻辑开关阀状态监测传感器的反馈值，电气控制单元能准确自动判断某个或者多个电磁逻辑开关阀的故障。所以采用本方法能迅速自动判断发生故障的液压元器件，操作人员可以及时准确地更换发生故障的电磁逻辑开关阀，大大缩短设备的维修时间，提高设备的维修效率，保障生产线的可靠运行。附图说明下面结合附图对本发明作进一步具体说明：图1是本发明系统液压原理图。具体实施方式如图1所示，一种带故障自诊断的液压缸位置跟随系统，包括电磁方向阀1，第一电磁逻辑开关阀201、第二电磁逻辑开关阀202，第一液控单向阀301、第二液控单向阀302，第一速度调节器401、第二速度调节器402，第一电磁通断阀501、第二电磁通断阀502，第一压力传感器601、第二压力传感器602，溢流阀7，单向阀8，液压缸9，位移传感器10及电气控制单元11。所述液压缸9上安装有位移传感器10，液压缸9的塞腔连接第一电磁通断阀501的主油口A，第一电磁通断阀501的压力油口P通过第一速度调节器401与第一液控单向阀301的主油口B连接，第一液控单向阀301的主油口A与第一电磁逻辑开关阀201的主油口A连接，第一电磁逻辑开关阀201的压力油口P与电磁方向阀1的主油口B连接，第一电磁逻辑开关阀201的回油口T与来自液压站的主回油管路T0相连接，电磁方向阀1的压力油口P与来自液压站的主压力管路P0连接，电磁方向阀1的回油口T与来自液压站的主回油管路T0相连接；液压缸9的塞腔连接单向阀8的主油口B，单向阀8的主油口A与来自液压站的主回油管路T0相连接；所述第一电磁通断阀501的压力油口P与第一速度调节器401之间安装有第一压力传感器601；所述第一液控单向阀301的控制油口X与第二电磁逻辑开关阀202的油口A相连接，第一液控单向阀301的泄油口Y与来自液压站的主回油管路T0相连接；液压缸9的杆腔连接第二电磁通断阀502的主油口A，第二电磁通断阀502的压力油口P通过第二速度调节器402与第二液控单向阀302的主油口B连接，第二液控单向阀302的主油口A与第二电磁逻辑开关阀202的主油口A连接，第二电磁逻辑开关阀(202)的压力油口P与电磁方向阀1的主油口B连接，第二电磁逻辑开关阀202的回油口T与来自液压站的主回油管路T0相连接；液压缸9的杆腔连接溢流阀7的压力油口P，溢流阀7的回油口T与来自液压站的主回油管路T0相连接；所述第二电磁通断阀502的压力油口P与第二速度调节器402之间安装有第二压力传感器602；所述第二液控单向阀302的控制油口X与第一电磁逻辑开关阀201的主油口A相连接，第二液控单向阀302的泄油口Y与来自液压站的主回油管路T0相连接。第一压力传感器601、第二压力传感器602及安装在液压缸9的位移传感器10通过电缆与电气控制单元11相连接，第一电磁通断阀501的电磁铁a、第二电磁通断阀502的电磁铁a通过电缆与电气控制单元11相连接，第一电磁逻辑开关阀201的电磁铁a、第二电磁逻辑开关阀202的电磁铁a、电磁方向阀1的电磁铁a通过电缆与电气控制单元11相连接，第一电磁逻辑开关阀201的状态检测s、第二电磁逻辑开关阀202的状态检测s通过电缆与电气控制单元11相连接，电气控制单元11由外部提供电源V。如图1所示，基于液压缸位置跟随系统的故障自动诊断方法，由电气控制单元11通过逻辑控制电磁方向阀1电磁铁a的通断电、第一电磁逻辑开关阀201电磁铁a的通断电、第二电磁逻辑开关阀202电磁铁a的通断电、第一电磁通断阀501电磁铁a的通断电、第二电磁通断阀502电磁铁a的通断电，结合第一压力传感器601、第二压力传感器602、第一电磁逻辑开关阀201上的状态监测传感器s、第二电磁逻辑开关阀202上的状态监测传感器s的反馈值，电气控制单元11能自动判断第一电磁逻辑开关阀201、第二电磁逻辑开关阀202是否发生故障。通过设定的自动控制程序，电气控制单元11最终能准确判断第一电磁逻辑开关阀201、第二电磁逻辑开关阀202是否发生故障。所述的电磁方向阀1用于压力油源的开启和关闭控制。所述第一电磁逻辑开关阀201、第二电磁逻辑开关阀202为小型轻量化电磁逻辑开关阀，该阀运动惯性小、响应速度快、控制方式简单且价格低廉。所述第一电磁逻辑开关阀201用于控制来自液压站的压力油源注入液压缸9的塞腔，并控制液压缸9塞腔的油液流回液压站回油口，同时所述电磁逻辑开关阀201带有位置状态监测传感器s。所述第二电磁逻辑开关阀202用于控制来自液压站的压力油源注入液压缸9的杆腔，并控制液压缸9杆腔的油液流回液压站回油口，同时所述电磁逻辑开关阀202带有位置状态监测传感器s。所述第一液控单向阀301及第二液控单向阀302用于正常情况下液压缸9的位置保持。所述第一速度调节器401、第二速度调节器402用于设定液压缸9的速度，使液压缸9能稳定工作。所述第一电磁通断阀501及第二电磁通断阀502用于事故状态下液压缸9的紧急锁定。所述第一压力传感器601用于液压缸9塞腔液压回路的压力检测，所述第二压力传感器602用于液压缸9的杆腔液压回路的压力检测。所述的溢流阀7用于防止液压缸9的杆腔压力超过安全值，保护液压缸9的杆腔，起安全溢流作用。所述单向阀8用于液压缸9的活塞腔的补油，防止液压缸9塞腔吸空，损坏液压缸密封件。所述10为位移传感器用于液压缸9的位置精确检测，并与第一电磁逻辑开关阀201及第二电磁逻辑开关阀202组成位置跟随闭环控制系统。所述的电气控制单元11可以由计算机、PLC或者单片机组成。液压缸9的位置跟随控制通过电气控制单元11实时检测液压缸9的实际位置值，并与设定控制位置值相比较，如果实际位置值与设定控制位置值的误差超过了预先设定的范围值，则通过以下步骤实现位置跟随控制：①电气控制单元11保持电磁方向阀1的电磁铁a通电、第一电磁通断阀501的电磁铁a通电、第二电磁通断阀501的电磁铁a通电，安装在液压缸9上的位移传感器10实时检测液压缸9的实际位置值；当液压缸9的实时位置值小于设定控制位置值时，第一电磁逻辑开关阀201的电磁铁a通电、第二电磁逻辑开关阀202的电磁铁a断电，来自液压站主压力管路P0的压力油源经电磁方向阀1的油口P通过主油口B进入第一电磁逻辑开关阀201的压力油口P后进入主油口A，再依次通过第一液控单向阀301、第一速度控制器401、第一电磁通断阀501后注入液压缸9的活塞腔；同时来自液压缸9杆腔的液压油依次通过第二电磁通断阀502、第二速度控制器402、第二液控单向阀302进入第二电磁逻辑通断阀202的主油口A、回油口T流回液压站的主回油管路T0，液压缸9向前移动，液压缸9的实时位置值向设定控制位置值逼近。当设定控制位置值大于某个设定数值时，第一电磁逻辑开关阀201的电磁铁a持续得电，第二电磁逻辑开关阀202的电磁铁a持续断电，液压缸9快速向设定控制位置值逼近，液压缸9的速度由第一速度调节器401及第二速度调节器402的开度决定；当设定控制位置值小于设定某个数值时，电气控制单元11调制调解第一电磁逻辑开关阀201的电磁铁a的占空比，且第二电磁逻辑开关阀202的电磁铁a持续断电，液压缸9慢速向设定控制位置值逼近，液压缸9的速度由第一电磁逻辑开关阀201的电磁铁a的占空比、第一速度调节器301及第二速度调节器302的开度决定。②电气控制单元11保持电磁方向阀1的电磁铁a通电、第一电磁通断阀501的电磁铁a通电、第二电磁通断阀501的电磁铁a通电，安装在液压缸9上的位移传感器10实时检测液压缸9的实际位置值；当液压缸9的实时位置值大于设定控制位置值时，第二电磁逻辑开关阀202的电磁铁a通电、第一电磁逻辑开关阀201的电磁铁a断电，来自液压站主压力管路P0的压力油源经电磁方向阀1的油口P通过主油口B进入第二电磁逻辑开关阀202的压力油口P后进入主油口A，再依次通过第二液控单向阀302、第二速度调节器402、第二电磁通断阀502后注入液压缸9的杆腔；同时来自液压缸9塞腔的液压油依次通过第一电磁通断阀501、第一速度调节器401、第一液控单向阀301进入第一电磁逻辑通断阀201的主油口A、回油口T流回液压站的主回油管路T0，液压缸9向后移动，液压缸9的实时位置值向设定控制位置值逼近。当设定控制位置值大于某个设定数值时，第二电磁逻辑开关阀202的电磁铁a持续得电，第一电磁逻辑开关阀201的电磁铁a持续断电，液压缸9快速向设定控制位置值逼近，液压缸9的速度由第二速度调节器402及第一速度调节器401的开度决定；当设定控制位置值小于某个设定数值时，电气控制单元11调制调解第二电磁逻辑开关阀202的电磁铁a的占空比，且第一电磁逻辑开关阀201的电磁铁a持续断电，液压缸9慢速向设定控制位置值逼近，液压缸9的速度由第二电磁逻辑开关阀202的电磁铁a的占空比、第二速度调节器302及第一速度调节器301的开度决定。③在液压缸9工作过程中，由于液压缸9或者液压元器件的内泄漏，造成液压缸9实际位置发生改变，当位置改变值超过设定误差时，电气控制单元11根据上述①、②的动作自动调整液压缸9的位置偏差值，使液压缸9的实际位置值自动控制在设定误差范围内，从而实时自动控制液压缸9的位置值。④当液压缸9发生不可控制事故，比如液压缸9的位移失控，第一电磁逻辑开关阀201、第二电磁逻辑阀202频繁通断电等，此时电气控制单元11控制电磁方向阀1的电磁铁a断电、第一电磁通断阀501的电磁铁a断电、第二电磁通断阀502的电磁铁a断电，液压缸9的位置将被锁定，避免事故的产生。通过预先设定的第一速度控制器401、第二速度控制器402的开口度以及整定调节第一电磁逻辑开关阀201、第二电磁逻辑开关阀202的电磁铁a的占空比能实现对液压缸9位置跟随的精准控制。液压缸9的位置跟随控制由上述自动控制动作来完成，液压缸9的位置跟随系统发生故障时，自动诊断方法如下：当给定设定位置值且液压缸9的位置跟随控制在时间t0内没有响应或者液压缸9的位置在设定位置值范围内发生频繁调整时，则电气控制单元11可以判断是由于第一电磁逻辑开关阀201或者第二电磁逻辑开关阀202出现了问题导致了故障的发生。电气控制单元11启动故障自动诊断：①保持电磁方向阀1的电磁铁a通电、第一电磁通断阀501的电磁铁a断电、第二电磁通断阀502的电磁铁a断电，此时：第一电磁逻辑开关阀201的电磁铁a断电、第二电磁逻辑开关阀202的电磁铁a断电；如果第一压力传感器601为来自液压站压力管路P0的系统压力值P’，且第一电磁逻辑开关阀201的状态监测s为工作位置，则第一电磁逻辑开关阀201出现故障；如果第二压力传感器602为来自液压站压力管路P0的系统压力值P’，且第二电磁逻辑开关阀202的状态监测s为工作位置，则第二电磁逻辑开关阀202出现故障。该自动诊断方法用表格方式归结为如下：②保持电磁方向阀1的电磁铁a通电、第一电磁通断阀501的电磁铁a断电、第二电磁通断阀502的电磁铁a断电，此时：第一电磁逻辑开关阀201的电磁铁a通电、第二电磁逻辑开关阀202的电磁铁a断电；如果第一压力传感器601为来自液压站压力管路P0的系统压力值P’，且第一电磁逻辑开关阀201的状态监测s为工作位置，则第一电磁逻辑开关阀201工作正常；如果第一压力传感器601的压力值没有发生变化且为来自液压站主回油管路T0的回油压力值T’，且第一电磁逻辑开关阀201的状态监测s为非工作位置，则第一电磁逻辑开关阀201出现故障。该自动诊断方法用表格方式归结为如下：③保持电磁方向阀1的电磁铁a通电、第一电磁通断阀501的电磁铁a断电、第二电磁通断阀502的电磁铁a断电，此时：第二电磁逻辑开关阀202的电磁铁a通电、第一电磁逻辑开关阀201的电磁铁a断电；如果第二压力传感器602为来自液压站压力管路P0的系统压力值P’，且第二电磁逻辑开关阀202的状态监测s为工作位置，则第二电磁逻辑开关阀202工作正常；如果第二压力传感器602的压力值没有发生变化且为来自液压站主回油管路T0的回油压力值T’，且第二电磁逻辑开关阀202的状态监测s为非工作位置，则第二电磁逻辑开关阀202出现故障。该自动诊断方法用表格方式归结为如下：本发明的优点是：由小型轻量化的电磁逻辑开关阀代替伺服阀或者比例阀来实现对液压缸位置的精确控制，大大节省设备的建设投资成本，以及减少生产企业的后期的备件生产运行成本。由于电气控制单元自动控制由电磁逻辑开关阀、电磁通断阀以及压力传感器等组成的控制系统，通过检测压力传感器及电磁逻辑开关阀状态监测传感器的反馈值，电气控制单元能准确自动判断某个或者多个电磁逻辑开关阀的故障。所以采用本方法能迅速自动判断发生故障的液压元器件，操作人员可以及时准确地更换发生故障的电磁逻辑开关阀，大大缩短设备的维修时间，提高设备的维修效率，保障生产线的可靠运行。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。