比例放大器在冶金液壓系統應用

1．雙臂芯棒的動作過程

某高線廠集卷雙臂芯棒用于盤卷的收集，線材經吐絲成型后，由斯太爾摩線運送至集卷筒內，由芯棒收集成卷。雙臂芯棒位于集卷筒處，一個芯棒呈垂直狀，處于集卷筒正下方，另一個芯棒呈水平狀。垂直的芯棒接完盤卷后旋轉，與水平芯棒易位，再由小車卸卷，同時另一只芯棒轉到垂直位，繼續接卷，接完卷后在反向旋轉易位，如此反復。每次旋轉可轉動180°，與其他輔助設備一起自動完成。其特點為：①雙向旋轉；②起、制動頻繁；③停止穩定、位置準確(10mm)；④動作時間短(8s)。

—般的電磁閥控制液壓缸動作簡單，行程短，控制電流恒定，很難完成上述功能。為此選用擺動液壓缸作為執行機構，它滿足了雙向旋轉及頻繁起動的要求。比例閥可根據電流大小來控制閥心的開口量，從而調節液壓缸運行速度，做到短時間(8s)內完成啟動、快速、減速及停止的控制過程。比例閥的控制關鍵在于電流的控制，由此看來控制好電流就能夠有效地控制好速度。控制電流方法很多，比例放大器就能夠較好地完成電流控制。

2．比例放大囂的工作原理

比例放大器基本工作原理是將功率很小的輸入信號（電壓）經斜坡發生器、電流調節器、功率放大器等一系列調制轉換后生成功率較大的輸出信號（電流）來控制比例閥。圖84給出了輸入、輸出關系曲線。

橫軸0線以上是比例閥B的電流(通道z28、z26)，0線以下是比例閥A的電流(通道d28、d26)。

比例放大器工作原理圖如圖85所示。

圖85中d10、d12、d14、d18為選擇不同輸入的信號通道，分別由對應的電位繼電器控制。d2為極性選擇通道，用于選擇逆、順時針旋轉。+10V給出閥流動從油口P至B，-10V給出閥流動從油口P至A。電位器1、2、3、4為輸入電位調節器，可以調節起始速度。斜坡發生器的電位器A、B為斜坡時間調節電位器，用于速度變化時間的調節。

3．動作的實現

由于選用了擺動液壓缸及比例閥，雙向旋轉及頻繁起動就比較容易實現了。這里主要分析比例放大器是如何完成，從起動到停止過程中的速度控制及克服沖擊力準確定位。

(1)比例放大器信號輸入方法的選擇。比例放大器的信號輸入有兩種方法：①數字量控制：它通過通道d10、d12、d14、d18由繼電器來選擇不同的輸入電位去控制比例閥的電流；②模擬量輸入：它需要一塊D/A轉換模塊、輸出模板將主控機的數字信號轉換為模擬信號，然后利用任意變化的模擬電壓來控制比例放大器的輸出電流，最終達到控制設備運行速度的目的。

這兩種方法各有利弊：①模擬輸入接線簡單，其輸入信號連續變化，控制速度連續可調，其缺點是價格較高，抗干擾能力較差；②數字輸入的方法相對價格較低，抗干擾能力強，雖與模擬輸人比不能完成連續調速，但有四種速度選擇，已滿足需要。

選用數字量控制，其輸入指令信號來自軋線主控機Master piece260的DSD0110的輸出信號。在主控程序中按生產過程的要求由軋制程序給出命令，芯棒開始旋轉，液壓缸轉動，使芯棒按所需方向快速運行，液壓流量迅速上升到快速水平，此時d10輸入繼電器閉合。當芯棒轉向某一位置時，d12輸入繼電器閉合控制從快速轉為慢速，同時液壓流量迅速降到慢速水平。下一個位置信號為滿位，芯棒停止。位置測量由機械連接的脈沖編碼器完成，該編碼與芯棒主軸連接隨芯棒的旋轉給主計算機提供位置點，同時在滿位時還加裝接近開關作為編碼器信號的備份。d2作為方向選擇，可有手動和自動兩種選擇。根據生產需要由主控機按預先設定的程序完成速度變化。

(2)準確定位。完成速度控制后，另一個關鍵問題就是平穩、準確定位的問題。平穩、準確定位的關鍵在于克服運動過程的沖擊力。其沖擊力為

F=MΔV/ΔT

式中：F為沖擊力；M為芯棒加盤卷的質量；ΔV為速度差；ΔT為時間差。

一般情況下，盤卷的質量是不能隨意改變的。因此減小速度差、增長停止時間就成了減小沖擊力的有效辦法。調節斜坡發生器的加速及減速電位器A、B，改變其電阻值的大小可以使比例放大器的輸出隨輸入斜坡的斜率減小、時間變長，從而增加ΔT，減小停止的沖擊力。沖擊力的減小意味著穩定，但位置準確關鍵在于誤差的大小。誤差S與停車時的平均速度V和停車時間有關，S=V×AT。可以看出減小停車的速度和停車時間差都能減小誤差，但過于減小時間差又會增大沖擊力，所以時間差不能太小。減小速度又會使運行時間過長，為此在主程序的設計中根據編碼器提供的位置，通過運算提前1s停車，從而使停車時的平均速度大大減小，停車誤差相應也減小了。