辊压机液压系统PID控制改进

２００８年第４期液压与气动

辊压机液压系统ＰＩＤ控制改进 曾亮，孟绰ＰＩＤ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｎ　Ｒｏｌｌｅｒ　Ｐｒｅｓｓ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ＳｙｓｔｅｍＺＥＮＧ　Ｌｉｎａｇ，　ＭＥＮ　Ｃｈｕｏ（东华大学机械工程学院，上海２０００５１） 摘要：该文首先分析传统球磨与辊压机的区别，辊压机的工作原理。介绍了旧式辊压机压力不稳，调节频繁等缺点及其结构特点。在此基础上介绍辊压机控制系统组成，重点讨论基于可编程序控制器的基础上，辊压机液压调节自动控制系统的改进，取得良好的效果。 关键词：辊压机；液压系统；可编程序控制器；比例微分积分控制ＰＩＤ

中图分类号：ＴＨ１３７文献标识码：Ｂ文章编号：１０００－４８５８（２００８）０４－００８１－０３１辊压机工作原理 在传统的研磨工艺中，因球磨机内钢球之间及钢球与衬板间的无用撞击和摩擦，有８５％以上的能量转变成热能损失川。辊压机的出现，为研磨工艺的节能降耗，降低成本提供了广阔的空间。辊压机有两个水平的辊轮，一个固定，一个活动。以液压系统驱动活动辊轮移动，改变间隙，如图１所示。 在辊压粉磨中，物料首先被带人相向运动的两辊轮之间。随着磨辊的转动，磨辊间的物料逐渐下沉，间隙逐渐变小，受压的强度越来越大。直到辊缝的最狭处，压力达到最高值，物料被高压彻底粉碎，形成薄片状料饼卸出。在整个挤压过程中，物料无逃逸余地，也

不产生相对运动，很少有动能和热能转换而带来的浪费，提高了输人能量的利用率〔‘〕。２旧式辊压机控制模式存在的问题 辊压机启动前连续卸压若干秒，间隙不变情况下启动主马达，辊轮间隙靠料层将其顶开。启动前辊轮间的物料难以排除，主电机易在重载下启动。如欲推开辊轮，只能手动用千斤顶。 辊压机以加压电磁阀配合液压泵同步ＯＮ／ＯＦＦ

收稿日期：２００７－１０－３１ 作者简介：曾亮（１９７８－），男，江西萍乡人，硕士研究生，主要从事机电控制与液压技术方面的科研工作。

瞬态调节时间都在２。以内，此后发电机的转速进人稳态调节。 发电机转速波动率也就是输出电能的频率波动率。从上述的试验结果可知，采用新型电控柔性动力系统的发动机，在发电机突加突减较大负载和发电机稳定负载工作时均能达到国家Ｉ类电站的标准。３结论 电源车作为可移动电站，能在野外提供高性能电源，被广泛应用于各种系统。电源车和特种用途车相互独立会造成操作、使用、维护以及移动上的困难，而且增加了原始成本和运行成本。本文介绍了电源车与特种用途车的一体化液压连接方案，采用了成熟的电控技术和先进控制算法，使新型的特种电源车停车发

电的电能质量达到了国家Ｉ类电站的标准。参考文献：廖家璞．液压传动〔Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，

１９９５．胡玉贵，栗颜辉车辆，２００１（１）：，军用移动电站需求分析【Ｊ］，移动电源与

４４一４７．王宏桥，周明，欧阳明高．车用柴油机柔性控制系统的研究【Ａ］．中国汽车工程学会．国际车用柴油机技米研讨会［Ｃ］．北京：中国汽车工程学会，２０００：　２１６一２２２．兰州电源车辆设计研究所．交流移动电站【Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９７６．ＧＢ　２８１９一８１，中国国家标准汇编［ｓ］．王延岭．车用电控柴油机管理系统的开发【Ｄ］．北京：清华大学汽车工程系，１９９８．

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万方数据液压与气动２００８年第４期

Ｔ２ ｝｛固定辊户静辊

减速毛圳液偶静辊

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１，８，９．液压缸２．液压泵３比例阀 ４．卸压阀５．双向阀６．安全阀７．氮气囊 图１液压系统原理图加压，以减压电磁阀ＯＮ／ＯＦＦ减压。阀门只有开、关两种状态，油路承受巨大的瞬间压力。阀门动作时间间隔有时仅数百毫秒，修正动作频繁。 采用电流／压力比模式来修正压力。该模式不能很好地发挥辊压机的效率，辊轮间隙很难增大，相对产量也比较小，电流变化频繁，油压操作变化范围较大，调整频繁。３辊压机控制系统的改进３．１控制系统组成 辊压机液压系统如图１所示。液压泵１仅在系统启动时和压力降到一定程度时才工作。当辊间进人硬物（铁块）或者系统压力升高到设定值时，卸压阀４打开以保护设备。当系统的压力升高到一定值而卸压阀４未工作时，安全阀６打开，保护系统。采用比例阀３与双向阀５组合进行加减压压力调整。氮气囊７的功能是蓄能保压，避免液压泵长期工作，减少能耗。辊压机在固定辊与活动辊之间增加２个小液压缸９和单独启动阀。 液压系统通过上位组态软件编程和ＰＬＣ进行控制，实现操作、监视、报警等功能。如图１所示，包括主电机电流（１１，１２）、左右辊缝（ＣＬ，　ＣＲ）、动辊左右压力（ＰＬ，ＰＲ）、两辊左右轴承温度（Ｔ１，　Ｔ２，　Ｔ３，　Ｔ４）、减速机油温（Ｔ５，　Ｔ６）、干油润滑左右分配器信号、液力藕合器油温（　Ｔ７，　Ｔ８）等的检测。将以上信号送人ＰＬＣ中，使辊压机在正常的压力和辊缝偏差中工作，控制系统组成如图２所示［２１０３．２启动程序的改进 辊压机采用顺序控制启动，即根据预定顺序或逻辑控制相关设备。启动前，卸压阀４动作，大液压缸８卸压回油。小液压缸９将辊轮推开，到最大设定间隙后停止，将其间的余料排除，确保主电机无载启动，保

图２辊压机控制系统框图压缸８将辊轮回推，到最小设定间隙后停止。加压期间，双边压力如果高于４　Ｍ　Ｐａ则表示辊压机有异常问题，间隙控制停止。之后开启辊压机主马达，待料柜料位大于设定料位，进料阀门自动打开。当物料进人辊压机时，液压泵２起动，两侧比例阀３、双向阀５同时打开，系统进行连续增加。当压力达到设定值时，液压泵停止运转，比例阀３与双向阀５关闭，系统处于保压状态。左右两侧的压力可以在允许的偏差范围内变化，而不需压力控制系统校正，启动流程如图３０ 启动产令启１条件停车命令停车条件

启动卸压阀启动小液压泵推升，再山大液压１，１卜１１退，启动主电机

熏尹星

共料、、／／是启动主液压泵，加压阀打开停辊压机

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报警，卸压阀开Ｉ Ｉ报警丫是安全阀打开

护主电机Ｑ之后比例阀３与双向阀５动作加压，大液

图３辊压机系统的启、停与压力追随控制流程３．３加减压控制油路的改进 在辊压机工作过程中，瞬间卸压需要快速响应。旧的控制模式中，因为回油管路太长，油不能快速的回到油箱，影响卸压速度。改进后在回油管路上加一个较大的卸压油箱，快速卸压时，液压油可以暂存在液压缸中，加快卸压的速度。 在原有控制油路上增加了比例阀３与方向阀５配 （下转第８５页）

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４液压控制系统静、动态特性分析 在轧制工况，缸活塞杆为伸出运行，按工艺要求，缸最高速度Ｖ　ｍａｘ二０．　２　ｍ／ｓ，计算出缸进油路总流量为６１０　Ｌ／ｍｉｎ，回油路总流量２９２　Ｌ／ｍｉｎ． 缸轧制完成返回行程，工艺要求Ｖ，二０．４　ｍ／ｓ，可计算出缸进油路总流量为５８４　Ｌ／ｍｉｎ，回油路总流量为１２２０　Ｌ／ｍｉｎ． 轧制工况下，两缸始终为差动连接（不限动工况）、两缸最大拉力为２００　ｋＮ（超越负载），有杆腔压力为泵压力１４　ＭＰａ，解得无杆腔理论最低工作压力为２．８ＭＰａ。此工况比例阀通过最大流量为６１０　Ｌ／ｍｉｎ，参

照ＲＥＸＲＯＴＨ比例阀流量特性曲线，Ｏｐ比＝１．２ＭＰａ，故减压阀调整压力应高于等于４　ＭＰａ，即比例阀人口压力为高于等于４　ＭＰａ。此差动连接实现了对缸有杆腔的压力反馈，使有杆腔产生限动背压力，背压力高低由系统压力提供，为溢流阀调整压力１４　Ｍ　Ｐａ，此时系统属进油路节流调速系统、主溢流阀常开溢流，形成恒定背压力，实现限动。５结论 本系统保证了液压缸运动平稳性和有效的速度控制，缸速度完全取决于比例阀开口大小、限动背压力为可调的稳定值。口

￣务￣一－朴朴朴卜朴￣朴，卜弓十州汗一朴一钊‘招卜，卜月冷－岭一升一创卜－４．卜朴月夺曰州圣￣朴朴招￣十州冷一朴－－４＂．卜，十月十（上接第８２页）合，组成线性流量控制，如图１所示。比例阀开度５０％一１００％为加压控制，５０％一０％为减压控制。液压泵在加压完成后延迟１。停止。比例阀在加减压控制时，提供一定的时间，使通过流量由０缓慢地升至最大，确保油路没有冲击和瞬间的高压，可进行压力的微量调节，动作平缓、稳定，有利于对液压组件的保护［３］。３．４压力修正模式的改进 辊轮两边压力和辊缝的稳定是辊压机控制的核心。改进后控制系统采用ＰＩＤ压力设定值追踪模式，即调节器能随输入信号的不断变化而按一定规则输出，不间断地修正输出值的大小，如图３所示。当压力、电流、间隙超出上下限范围时，根据不同的偏差程度，采取不同的压力修正模式，调节加减压的速度。如当压力低于设定压力２．５　ＭＰａ时，单边连续加压，直到压力到达设定值。当压力低于设定压力１．５　ＭＰａ时，则单边每５ｓ加压ｉｓ，直到压力到达设定值。同时还通过设定比例阀的开度大小，调节加减压的速度。具体的压力修正模式如图４所示［［４１０

当双边间隙、压力偏差超出设定范围时，除以上的ＰＩＤ设定值追踪控制外，还设置了间隙／压力比进行修正，即“辊轮间隙”乘以“间隙斜率比”为“系统的设定压力”，通过该设定值再去调整压力。当左右辊轮间隙偏差大于１／２（间隙偏差保护设定位），则进行单边微量修正动作。当间隙偏差大于间隙偏差保护设备定位，则进行两边间隙（△‘）偏差修正模式控制等〔５１０４总结 旧的控制模式可靠性差，故障率高，控制油压操作不稳定，需较多的条件式控制，修正动作频繁。液压系统零部件承受较大的瞬间压力，容易磨损，维修工作量大。 改进后的控制油压操作较稳定，仅需简易的条件式控制。加减压的过程中，动作较为平缓、稳定，不会有瞬间的高压，有利于对液压组件的保护，克服了旧控制模式压力不稳定，加压减压频繁，零件易损，故障率高等弊端。同时研磨效率，产量，电耗等均有不同程度的下降，为工厂节能降耗，降低成本提供有利的保证。

系统正常工作压力过高左减压

图４辊压机正常操作控制框图参考文献：［１］黄有丰，汪澜，顾正义．水泥工艺新型挤压粉磨技术〔Ｍ］． 北京：中国建材工业出版社，１９９６．［２］胡寿松．自动控制原理［Ｍｌ．北京：科学出版社，２００１．［３］李清泉．自适应控制系统理论设计与应用【Ｍ］．北京：科 学出版社，１９９０．［４］余以慧．过程控制〔Ｍ］．北京：清华大学出版社，１９９３．［５〕张惠荣，王国贞．基于ＰＬＣ的辊压机控制系统〔Ｊｌ．河北 省科学院学报，２００７（６）：　４１一４３．

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