钢铁冶金设备电液智能控制单元分布式控制系统

本发明涉及机械液压、冶金领域，具体地，涉及钢铁冶金设备电液智能控制单元分布式控制系统。

背景技术：

传统冶金行业连续生产线上的液压系统，一般由一个集中供油的液压泵站和多个液压阀台组成，控制多个执行机构。这种集中式控制方式的弊端在于，一旦系统出现压力低、漏油、压力阀失灵、方向阀卡死、液压缸失效等等问题时，虽然可以通过对这些故障进行局部处理使得整个液压系统仍能正常工作，但是处理起来比较费时费力。这些是比较容易判断和看得见的故障，而一旦发生油液污染故障，则会导致整个液压系统不能正常工作，从而导致生产线停产的严重后果。

电液促动器是集成了常规功能的液压元件——电机、双向泵、特殊设计的阀组、油箱和双作用液压缸或液压马达的机电液一体化产品，其特征是功率密度大、重量轻、噪声低和体积小。冶金连续生产线上若能采用电液促动器作为冶金设备的液压执行单元，则可以规避传统液压系统带来的弊端，同时使得整个液压系统更加智能化。

使用电液促动器作为电液智能控制单元就要涉及到电液促动器的分布式控制系统的设计。

技术实现要素：

为了解决钢铁冶金设备电液促动器的精准控制的问题，本发明提出了一种新型的分布式控制系统。本发明钢铁冶金设备电液智能控制单元分布式控制系统主要包括：作为上位机的工控机、作为中位机的现场控制器、作为执行单元的电液促动器，电液促动器内部含有位移传感器、压力温度传感器、步进电机、两通阀和专用控制器等硬件。

所述电液促动器内的位移传感器采用高分辨率、ssi标准差动信号格式的ehm1210meh11s1g1100型磁致位移传感器，以提高控制系统的精度。压力温度传感器的型号为psd300-0025mpa-1-4-6-5-05-t01，用来对电液促动器内部系统压力和温度进行实时监测。

所述电液促动器内的专用控制器是基于conex-m3内核的stm32f20x控制器，用于采集和处理磁致位移传感器和压力温度传感器的上传信息，具备电液促动器运行控制、位置误差报警、电机故障报警、电气仓温度异常报警等功能，其内部还安装有zigbee无线通信模块，可以与作为中位机的现场控制器通过zigbee网络进行数据传输。

所述作为中位机的现场控制器由plc独立控制模块、gprs通信模块、zigbee无线通信模块等组成，可以完成数据采集、数据通信、故障报警等功能。

所述作为上位机的工控机通过gprs技术与现场控制器通讯，使现场控制器完成各种配置和数据采集工作，并对现场控制器发送上来的信息进行分析和处理，从而实现对整个系统的监控和无线远程控制。

本发明提供的钢铁冶金设备电液智能控制单元分布式控制系统，通过集成化的电液促动器作为执行单元，规避了传统液压系统带来的弊端。同时采用zigbee技术和gprs技术构建无线通信网络，实现了通信的低功耗、高安全和短时延。

附图说明

图1为本发明钢铁冶金设备电液智能控制单元分布式控制系统的总体框图；

图2为本发明钢铁冶金设备电液智能控制单元分布式控制系统的控制流程图；

图3为本发明钢铁冶金设备电液智能控制单元分布式控制系统的闭环控制图。

具体实施方式

参见图一、图二和图三，本发明涉及一种钢铁冶金设备电液智能控制单元分布式控制系统，其由工控机、现场控制器、电液促动器等作为硬件支持，是一种基于zigbee无线通信技术和gprs技术的分布式控制方法。

首先，电液促动器要加载配置信息并进行初始化。其次电液促动器要通过专用控制器与作为过程i/o站的现场控制器建立zigbee无线通信进行数据交换，同时读取当前位置、计算油压、油温、查询驱动器状态等信息，相应的通信指示灯会亮起。若经查询电流、电机温度等信息确认电机处于故障状态，相应的故障指示灯便会亮起。若电机处于良好状态，控制器会将全部数据打包上传，同时根据位移传感器的负反馈开始执行运动闭环控制。指令执行完毕后，控制器会将全部数据打包上传同时检测当前位置是否等于设定位置，若等于，则控制结束；若不等于，则重新建立通信执行命令。

当专用控制器检测设备处于故障状态时，若是通信故障，此时油缸脱离了系统的控制，由于油缸一侧与负载相连，所以控制器会采用小负载随动控制策略。若是通信正常的情况下液压缸内出现未知故障无法正常运动时，控制器也会采用小负载随动控制策略。若是通信正常时出现油缸油液外泄或者液压阀油路泄漏的情况，控制器会采用保位的控制策略，同时会将全部数据打包上传给现场控制器，同时故障指示灯也会亮起。保位控制策略也采用了闭环控制方法，通过比较位移传感器反馈值与设定值，经过控制算法调整得到理想的保位效果。

系统在运行时，现场控制器会将从电液促动器专用控制器处传来的信息进行分析和处理并通过gprs技术上传给作为上位机的工控机，从而使工作人员可以通过工控机实现对整个工作过程的远程无线监控和控制。

技术特征：

1.钢铁冶金设备电液智能控制单元分布式控制系统，其特征在于：包括作为上位机对整个系统进行无线远程监控和控制的工控机；作为过程i/o控制器的现场控制器，其包含plc模块、zigbee无线模块、gprs模块；作为执行单元的电液促动器，其内部主要包含温度压力传感器、磁致位移传感器、电机驱动器、步进电机、两通阀及专用控制器，专用控制器采用基于conex-m3内核的stm32f20x控制器，内部还安装有zigbee无线模块。

2.根据权利要求1所述的钢铁冶金设备电液智能控制单元分布式控制系统，其特征在于：采用了安装专用控制器与传感器的电液促动器作为冶金连续生产线上冶金设备的液压执行单元。

3.根据权利要求1所述的钢铁冶金设备电液智能控制单元分布式控制系统，其特征在于：专用控制器会根据不同的工况自动对电液促动器采用闭环运动控制策略、保位控制策略或小负载随动控制策略。

技术总结
设计了一种钢铁冶金设备电液智能控制单元分布式控制系统，主要用于冶金行业连续生产线上电液促动器的驱动和控制。本控制系统由工控机、现场控制器、电液促动器作为主要硬件支持。电液促动器内部含有位移传感器、压力温度传感器、步进电机、两通阀和专用控制器等硬件。专用控制器与现场控制器之间的数据传输采用ZigBee无线通信，现场控制器与工控机之间的数据传输采用GPRS通信。专用控制器具备电液促动器运行控制、位置误差报警、电机故障报警、电气仓温度异常报警等功能。电液促动器的运行控制根据不同的工况分为闭环运动控制、保位控制和小负载随动控制三种控制策略，提高了控制精度及整体系统的应变能力。

技术研发人员：赵静一;陈博;王华军;周颖;关畅;陈家恒;金恩沛;唐海欧
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：2020.06.05
技术公布日：2021.05.04