比例放大器在冶金液压系统应用

1．双臂芯棒的动作过程

某高线厂集卷双臂芯棒用于盘卷的收集，线材经吐丝成型后，由斯太尔摩线运送至集卷筒内，由芯棒收集成卷。双臂芯棒位于集卷筒处，一个芯棒呈垂直状，处于集卷筒正下方，另一个芯棒呈水平状。垂直的芯棒接完盘卷后旋转，与水平芯棒易位，再由小车卸卷，同时另一只芯棒转到垂直位，继续接卷，接完卷后在反向旋转易位，如此反复。每次旋转可转动180°，与其他辅助设备一起自动完成。其特点为：①双向旋转；②起、制动频繁；③停止稳定、位置准确(10mm)；④动作时间短(8s)。

—般的电磁阀控制液压缸动作简单，行程短，控制电流恒定，很难完成上述性能。为此选用摆动液压缸作为执行机构，它满足了双向旋转及频繁起动的要求。比例阀可根据电流大小来控制阀心的开口量，从而调节液压缸运行速度，做到短时间(8s)内完成启动、快速、减速及停止的控制过程。比例阀的控制关键在于电流的控制，由此看来控制好电流就能够有效地控制好速度。控制电流方法很多，比例放大器就能够较好地完成电流控制。

2．比例放大嚣的工作原理

比例放大器基本工作原理是将功率很小的输入信号（电压）经斜坡发生器、电流调节器、功率放大器等一系列调制转换后生成功率较大的输出信号（电流）来控制比例阀。图84给出了输入、输出关系曲线。

横轴0线以上是比例阀B的电流(通道z28、z26)，0线以下是比例阀A的电流(通道d28、d26)。

比例放大器工作原理图如图85所示。

图85中d10、d12、d14、d18为选择不同输入的信号通道，分别由对应的电位继电器控制。d2为极性选择通道，用于选择逆、顺时针旋转。+10V给出阀流动从油口P至B，-10V给出阀流动从油口P至A。电位器1、2、3、4为输入电位调节器，可以调节起始速度。斜坡发生器的电位器A、B为斜坡时间调节电位器，用于速度变化时间的调节。

3．动作的实现

由于选用了摆动液压缸及比例阀，双向旋转及频繁起动就比较容易实现了。这里主要分析比例放大器是如何完成，从起动到停止过程中的速度控制及克服冲击力准确定位。

(1)比例放大器信号输入方法的选择。比例放大器的信号输入有两种方法：①数字量控制：它通过通道d10、d12、d14、d18由继电器来选择不同的输入电位去控制比例阀的电流；②模拟量输入：它需要一块D/A转换模块、输出模板将主控机的数字信号转换为模拟信号，然后利用任意变化的模拟电压来控制比例放大器的输出电流，最终达到控制设备运行速度的目的。

这两种方法各有利弊：①模拟输入接线简单，其输入信号连续变化，控制速度连续可调，其缺点是价格较高，抗干扰能力较差；②数字输入的方法相对价格较低，抗干扰能力强，虽与模拟输人比不能完成连续调速，但有四种速度选择，已满足需要。

选用数字量控制，其输入指令信号来自轧线主控机Master piece260的DSD0110的输出信号。在主控程序中按生产过程的要求由轧制程序给出命令，芯棒开始旋转，液压缸转动，使芯棒按所需方向快速运行，液压流量迅速上升到快速水平，此时d10输入继电器闭合。当芯棒转向某一位置时，d12输入继电器闭合控制从快速转为慢速，同时液压流量迅速降到慢速水平。下一个位置信号为满位，芯棒停止。位置测量由机械连接的脉冲编码器完成，该编码与芯棒主轴连接随芯棒的旋转给主计算机供應位置点，同时在满位时还加装接近开关作为编码器信号的备份。d2作为方向选择，可有手动和自动两种选择。根据生产需要由主控机按预先设定的程序完成速度变化。

(2)准确定位。完成速度控制后，另一个关键问题就是平稳、准确定位的问题。平稳、准确定位的关键在于克服运动过程的冲击力。其冲击力为

F=MΔV/ΔT

式中：F为冲击力；M为芯棒加盘卷的质量；ΔV为速度差；ΔT为时间差。

一般情况下，盘卷的质量是不能随意改变的。因此减小速度差、增长停止时间就成了减小冲击力的有效办法。调节斜坡发生器的加速及减速电位器A、B，改变其电阻值的大小可以使比例放大器的输出随输入斜坡的斜率减小、时间变长，从而增加ΔT，减小停止的冲击力。冲击力的减小意味着稳定，但位置准确关键在于误差的大小。误差S与停车时的平均速度V和停车时间有关，S=V×AT。可以看出减小停车的速度和停车时间差都能减小误差，但过于减小时间差又会增大冲击力，所以时间差不能太小。减小速度又会使运行时间过长，为此在主程序的设计中根据编码器供應的位置，通过运算提前1s停车，从而使停车时的平均速度大大减小，停车误差相应也减小了。