數(shù)字閥控制系統(tǒng)在板帶跑偏中的應(yīng)用
1.簡介
板帶跑偏的數(shù)字閥控制系統(tǒng),包括中心位置控制( Center Position Control,CPC)和邊緣位置控制(Edge Position Control,EPC兩種。它們都是用計算機(jī)的數(shù)字信息直接控制液壓閥,即數(shù)字閥來控制板帶跑偏的。
脈寬調(diào)制式數(shù)字閥對板帶跑偏控制在一定范圍內(nèi)取代伺服閥的模擬控制。這是由于系統(tǒng)采用數(shù)字閥與計算機(jī)直接接口,與比例閥、伺服閥相比,其結(jié)構(gòu)簡單,工藝性好,價格低廉,抗污染能力強(qiáng),重復(fù)性好,工作可靠,節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)的緣故。
2.系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)框圖
CPC和EPC系統(tǒng)均由信號采集裝置、脈寬調(diào)制式數(shù)字閥、計算機(jī)操作系統(tǒng)等主要部件組成。板帶在開卷機(jī)、圓盤剪、S輥等運(yùn)行過程中,所有執(zhí)行液壓缸控制的運(yùn)行點(diǎn),都可以安裝獨(dú)立的CPC控制裝置,最后在卷取機(jī)移動液壓缸的運(yùn)行點(diǎn)上安裝EPC控制裝置。CPC和EPC與計算機(jī)操作系統(tǒng)之間采用Modbus或Ethernet網(wǎng)絡(luò)等通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,再由計算機(jī)操作系統(tǒng)向運(yùn)行在各個工作點(diǎn)的控制裝置發(fā)送命令并調(diào)整運(yùn)行參數(shù),各工作點(diǎn)的控制裝置自動將卷取過程中的板帶按預(yù)定的程序進(jìn)行對中和對邊控制。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖41所示。
3.系統(tǒng)工作原理和控制算法
(1) CPC系統(tǒng)。CPC系統(tǒng)原理方框圖如圖42所示。采用光電檢測裝置測量行進(jìn)板帶的兩個邊緣的位置值,板帶兩邊位置差值輸人到電控柜,經(jīng)電控系統(tǒng)運(yùn)算后,發(fā)出信號,控制開卷機(jī)的運(yùn)動,使板帶自動回到設(shè)定的中位,達(dá)到自動對中的目的。
(2) EPC系統(tǒng)。EPC系統(tǒng)的工作原理是將板帶橫向偏移量由光電信號采集裝置檢測后,輸送到微機(jī)(PLC),經(jīng)光電偶合器放大,輸送給電液數(shù)字閥,由數(shù)字閥控制液壓缸帶動卷取機(jī)運(yùn)動,其運(yùn)動量經(jīng)位移傳感器檢測并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后,反饋給PLC綜合(運(yùn)算),形成閉環(huán)電液數(shù)字控制,卷筒自動跟蹤板帶的跑偏,實(shí)現(xiàn)整卷鋼卷邊部自動卷齊。其系統(tǒng)原理框圖如圖43所示。
(3)理論分析。無論是CPC或EPC系統(tǒng),均可采用脈寬調(diào)制原理工作,即通過改變導(dǎo)通時間tp與調(diào)制周期T之比(占空比),使一個周期時間內(nèi)輸出的平均值與相應(yīng)時刻采樣得到的信號成比例。若周期T固定不變,則通過改變導(dǎo)通時間來改變占空比。
設(shè)被脈寬調(diào)制的閥導(dǎo)通時間為tp,若調(diào)制周期T給定,那么,由進(jìn)油口進(jìn)入閥腔內(nèi)的平均流量為
式中:ps為進(jìn)油口壓力,MPa; pL為平均控制壓力,MPa;As為闊的最大開口面積,m2; Cd為流量系統(tǒng)(一般取0.6~0.7);ρ為油的密度(可為0.86×103 kg/m2)。
而由閥腔內(nèi)流出到回油口的平均流量為
式中:A為閥回油口通油最大面積,m2。
則出油口的平均流量為
若CPC和EPC采用兩個相同的二位三通電磁球閥控制,則可直接按式(8-17)計算進(jìn)入執(zhí)行元件的平均流量。
若令
式(8-20)為執(zhí)行元件運(yùn)行的平均流量。顯然,改變占空比,即能控制液壓缸的平均速度,就達(dá)到糾偏控制之目的。
4.CPC和EPC控制算法
CPC和EPC控制采用PI(比例、積分)算法,如圖44所示。
系統(tǒng)具有手動控制和自動控制功能。手動控制時,手動控制信號與液壓缸位移信號的偏差K(M-Yc),通過施加一定增益后,經(jīng)PWM脈寬調(diào)制,使機(jī)械液壓系統(tǒng)對液壓缸進(jìn)行調(diào)節(jié),最終使K(M-Yc)=0。自動控制時,根據(jù)對被調(diào)節(jié)信號(鋼板)Gc測量,當(dāng)檢測到跑偏量與液壓缸之間的偏差,進(jìn)行PI調(diào)節(jié),得到偏差信號A,經(jīng)自動控制信號與液壓缸位移信號的偏差K(A-Yc),再通過施加一定增益K后,再經(jīng)PWM脈寬調(diào)制,使機(jī)械液壓系統(tǒng)對液壓缸進(jìn)行調(diào)節(jié),最終使K(A-Yc)=C。