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(jì)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(jì)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(jià)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(jì)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(dòng)液壓缸的運(yùn)行點(diǎn)上安裝EPC控制裝置。CPC和EPC與計(jì)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(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)向運(yùn)行在各個(gè)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(dòng)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(gè)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(dòng)，使板帶自動(dòng)回到設(shè)定的中位，達(dá)到自動(dòng)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(dòng)卷取機(jī)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)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(dòng)跟蹤板帶的跑偏，實(shí)現(xiàn)整卷鋼卷邊部自動(dòng)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(shí)間t_p與調(diào)制周期T之比（占空比），使一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)輸出的平均值與相應(yīng)時(shí)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(shí)間來改變占空比。

設(shè)被脈寬調(diào)制的閥導(dǎo)通時(shí)間為t_p，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：p_s為進(jìn)油口壓力，MPa； p_L為平均控制壓力，MPa；A_s為闊的最大開口面積，m²； C_d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(gè)相同的二位三通電磁球閥控制，則可直接按式(8-17)計(jì)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(dòng)控制和自動(dòng)控制功能。手動(dòng)控制時(shí)，手動(dòng)控制信號與液壓缸位移信號的偏差K(M-Y_c)，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-Y_c)=0。自動(dòng)控制時(shí)，根據(jù)對被調(diào)節(jié)信號（鋼板）G_c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(dòng)控制信號與液壓缸位移信號的偏差K(A-Y_c)，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-Y_c)=C。