伺服比例閥在銅帶軋機厚度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
1.伺服比例閻的結(jié)構(gòu)及特性
系統(tǒng)選用的是BOSCH伺服比例閥NG6,其結(jié)構(gòu)如圖56所示。
這種伺服比例閥的特點是:
(1)采用大電流連續(xù)作用的比例電磁鐵,最大線圈電流達2.7A,功率達25W,提高了閥的工作可靠性及動態(tài)性能。
(2)采用差動變壓器檢測閥心位置,將位置信號反饋到比例放大器,與比例電磁鐵形成一個閉環(huán)位置電控系統(tǒng),大大提高了比例電磁鐵的動靜態(tài)特性。
(3)采用帶鋼質(zhì)閥套的滑閥結(jié)構(gòu),不但耐磨性提高,而且保證了閥所必須的零開口工作狀態(tài),以確保中位時閥口的精確零遮蓋及提高了系統(tǒng)的快速性和控制精度。
(4)具有故障保險位。當系統(tǒng)意外斷電時,閥心自行進入安全位,以確??刂葡到y(tǒng)的執(zhí)行元件處于安全狀態(tài)。
比例伺服閥采用與伺服閥一樣的性能考核指標,閥的特性包括靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性包括控制特性(輸出流量與輸入電壓或電流關(guān)系)、壓力特性和內(nèi)泄漏特性。該款比例伺服閥其流量/輸入信號關(guān)系為100%線性,比例伺服閥線性控制特性如圖57所示。
對用于閉環(huán)控制系統(tǒng)的閥來說,一個重要的指標就是中位時的零重疊,零重疊的精確度由壓力增益曲線來表示,如圖58所示。它要求加工精度高,材料耐磨。
其他靜態(tài)性能指標參數(shù)見下表,可見該款比例伺服閥靜態(tài)特性已達到傳統(tǒng)伺服閥的性能指標。
比例伺服閥的靜態(tài)特性指標
特 性 |
數(shù) 值 |
滯環(huán) |
<0.2% |
重復(fù)誤差 |
<0.1% |
溫漂 |
<1%,在ΔT<40℃ |
動態(tài)性能是指對快速變化信號瞬態(tài)反映的能力,動態(tài)性能可用頻率響應(yīng)(波德圖)來表述,如圖59所示。
取幅頻寬(-3dB時的頻率)和相頻寬(相位滯后-90°時的頻率)中較小者作為閥的頻寬值,可知該款比例伺服閥的頻寬值約為65Hz。
2.伺服比例閥在銅帶軋機厚度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
軋機最大軋制力為500kN,軋機剛度250t/mm,軋制最高速度為2.2~5m/s,成品出口厚度為0.2~0.6mm,公差要求在土5μm之內(nèi),材質(zhì)為黃銅。液壓系統(tǒng)壓力為24MPa,系統(tǒng)流量為24L/min。
液壓厚度控制系統(tǒng)用來控制銅帶產(chǎn)品的縱向厚度公差在一定精度范圍之內(nèi)。該款比例伺服閥的最大壓力為31.5MPa,額定流量為40L/min(壓差為3.5MPa時),由此可見該比例伺服閥滿足液壓系統(tǒng)的要求。
液壓厚度控制系統(tǒng)具有響應(yīng)快、精度高等特點。其動態(tài)性能越好,對帶材厚度偏差的糾偏能力就越強。同時,軋制速度越高,對動態(tài)性能的要求也越高??刂葡到y(tǒng)頻寬(-3dB點)為13Hz左右。閥的頻寬約為系統(tǒng)頻寬的5倍,符合設(shè)計要求。由于該軋機軋速較低,系統(tǒng)控制周期為100ms,而閥的響應(yīng)時間(信號變化從0~100%)<10ms。
由上表的數(shù)據(jù)可知,該款伺服比例閥的滯環(huán)、重復(fù)誤差等指標已滿足閉環(huán)控制系統(tǒng)的要求。溫漂小,工作溫度范圍寬。
在系統(tǒng)調(diào)試過程中,可以方便地通過調(diào)節(jié)設(shè)置在控制室中的比例伺服閥放大器來實現(xiàn)調(diào)零±5%。放大器輸入信號電壓為±10V,控制系統(tǒng)經(jīng)限幅PID調(diào)節(jié)輸出電壓信號為±5V,在負載工作狀態(tài)下,液壓缸位置閉環(huán)控制精度達到±2μm。在動態(tài)工況下,系統(tǒng)響應(yīng)快速,厚控效果滿意。
構(gòu)建的液壓厚度控制系統(tǒng)包括位置、壓力閉環(huán)控制,監(jiān)控AGC、預(yù)控AGC、流量AGC等控制。
3.對油液清潔度的要求
通常伺服閥需要油液清潔度達到NAS 1638的5級,而伺服比例閥的抗污染能力強,可工作在NAS 1638的7~9級,大大減少了由污染而造成的工作故障,提高了厚度控制系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性。實際使用過程中,沒有發(fā)生因伺服閥塞堵引起的系統(tǒng)故障。
4.應(yīng)用效果
自正式投入運行經(jīng)過連續(xù)生產(chǎn),NG6運行穩(wěn)定可靠,產(chǎn)品精度實測值為0.20mm土5μm,厚度公差在±5μm內(nèi)的帶材占整卷99.3%。