CN101164767A - 一种节能液压机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能液压机控制装置。本发明属于液压机技术领域。节能液压机控制装置，包括显示器，控制器和液压执行机构，显示器连接控制器，控制器连接控制液压执行机构，其特征是：滑块的液压缸压力油路和液压垫油缸油路之间装有电磁铁，控制器连接控制电磁铁。本发明具有节能，滑块与液压垫快速反应执行，高效率、高精度、高自动化、安全稳定等优点，可广泛应用于液压机行业。

Description

一种节能液压机控制装置

技术领域

本发明属于液压机技术领域，特别是涉及一种节能液压机控制装置。

背景技术

目前，传统拉伸液压机在工作过程中没有对油的循环充分利用控制装置，导致能量的损失，使压机性能没有充分发挥。现有的液压机拉伸时，液压垫是在滑块的压力下被迫下落，这样势必造成溢流，使能量流失从而导致能量浪费造成系统发热和噪声，并使故障率升高。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题，提供了一种节能液压机控制装置。

本发明的目的是提供一种滑块与液压垫快速反应、快速执行的高效率、高精度、高自动化、安全稳定、具有节能效果的液压机控制装置。

本发明采用触摸屏人机界面(HMI)作为管理层，可方便地实现人机对话，帮助操作者了解生产线的工作状态，以达到控制方式简易化的目的。采用可编程控制器(PLC)作为控制器，根据检测元件(各种传感器)的反馈信号，应用程序控制执行元件(电磁铁及比例溢流阀)作出相应的动作。

物理层是命令的具体执行部分，分为两部分：检测机构和执行机构。检测机构分以下功能：

1.通过温度传感器，将生产线液压泵的油温反馈给PLC温度传感器模块。

2.通过压力传感器，将滑块和液压垫的压力反馈给PLC模拟量输入模块。

3.通过位移传感器，将滑块位置和液压垫位置反馈给PLC模块量输入模块。

4.光电保护，为防止人误入工作区引起事故而设，提高生产线的安全性。

执行机构主要有：

1.电磁铁：控制相应油路的通断以及油路的换向。

2.比例电磁铁：控制溢流阀的阀芯的开度，以实现对滑块压力的控制。

控制层PLC，通过对外部各种信号的检测，经过PLC程序运算，以指令形式把运算结果输出给执行机构。

管理层为触摸屏，通过PROFIBUS总线与PLC连接。触摸屏上可以显示物理层各元件的工作状态，可设定生产线的压机控制点(如位置发讯点和压力发讯点)，显示PLC内部的工作状态以及错误信息，在生产线有异常故障时显示生产线异常原因并提供解决方法，可以存储需要经常更换的模具参数，记录生产线的有关工作数据信息(如主冲头的下行速度、压力，以及工作台的移动速度、位置等等)。通过PLC检测电阻式直线位移尺获得滑块和液压垫的位置，通过安全光幕信号检测压机安全工作条件，通过各种继电器和其他开关量向PLC提供的输入信号执行相应的动作，通过对压力传感器和热电阻的信号采集获取压机压力信号和油温信息以判断压机的健康状况以便采取相应的保护措施。

该系统的大脑-PLC为西门子S7-300，其结构由电源模块，数字输入模块、数字输出模块，模拟量输入模块、模拟量输出模块，及位置检测记数模块等组成。

本装置电气系统采用多种方式对压机参数的采样时间和执行时间进行了优化，使PLC能够快速捕捉信息、执行程序，响应输出。电气系统通过PLC外部线路连接和PLC内部程序输出形式的改变缩短了PLC采样时间和输出时间从而能够有效优化整个压机系统。使本系统具有节能、快速的特点。

本系统改进了传统液压电气控制电路和PLC输出方式。传统的液压电气控制很容易忽略模拟量检测和电磁铁快速执行的时间，对于四路模拟量输入电路接线时不考虑其模块内部累加器的个数。西门子多模拟量输入的模块往往采用少于模拟量输入通道的个数的累加器单元交替计算各通道的模拟值，由此便会产生模拟量采集的延迟。通过外部线路改造能够有效地解决了八通道模拟量输入延迟的问题(从46ms减少到10sm)。

西门子PLC在一个程序循环扫描过程中，将程序运算得到的输出值写入输出过程映像表中。在下一个OB1循环扫描开始时，CPU将这些数值传递到输出模块。这样若用传统输出方式以位开关形式输出给映像表势必造成输出的延迟。本系统改常规输出方式为直接输出给输出模块的形式有效缩短了输出时间，并减少了PLC程序段落缩短了扫描时间，使执行元件能够快速响应并执行。

节能拉伸过程如下：来自泵的压力油通过管路进入主缸和侧缸，使滑块下行。当滑块带动上模与下模接触产生压力时，PLC通过检测滑块压力传感器快速捕捉到压力信号并迅速直接输出给电磁铁改变液压回路开始由小泵供油路进入插装式单向阀，进而流入液压垫油缸，把液压垫顶起并迅速产生压力。这时通过液压垫压力传感器检测液压垫压力达到拉伸压力时，由PLC控制改变油路使来自泵的压力油进入滑块侧缸挤压液压垫下行，滑块主缸上腔与液压垫下腔通过电磁铁控制和比例溢流阀控制液压垫，回油只能通过比例溢流阀流向滑块油缸主油缸，使液压能量转移再利用加快拉伸速度。其中比例溢流阀是通过触摸屏提前设置好的拉伸压力，当压力到达或超过设定值时，会使压力向滑块主油缸转移。

本发明采用如下技术方案：

节能液压机控制装置，包括显示器，控制器和液压执行机构，显示器连接控制器，控制器连接控制液压执行机构，其特征是：滑块的液压缸压力油路和液压垫油缸油路之间装有电磁铁，控制器连接控制电磁铁。

本发明还可以采用如下技术措施：

所述的节能液压机控制装置，其特征是：滑块的液压缸压力油路上装有压力传感器，液压垫油缸油路上装有压力传感器，控制器连接压力传感器，接收滑块液压缸和液压垫油缸油路的压力信号。

所述的节能液压机控制装置，其特征是：液压缸压力油路和液压垫油缸油路之间装有梭阀，控制器通过电磁铁控制梭阀的开启与关闭。

所述的节能液压机控制装置，其特征是：液压缸由1个主缸和2个侧缸组成，主缸的油路与液压垫油缸油路之间装有比例电磁铁。

所述的节能液压机控制装置，其特征是：液压垫油缸油路上装有梭阀和比例溢流阀。

所述的节能液压机控制装置，其特征是：控制器为PLC控制器。

所述的节能液压机控制装置，其特征是：显示器为触摸屏。

本发明具有的优点和积极效果：

本发明与传统拉伸液压机对油的循环控制装置相比，具有了节能效果，滑块与液压垫快速反应、快速执行的特点。本节能液压机控制装置高效率、高精度、高自动化、安全稳定，实现了液压能量的转化，使液压机的性能充分发挥了出来。

附图说明

图1是节能液压机控制装置连接结构示意图；

图2是节能液压机控制装置外形示意图；

图3是节能液压机控制装置液压原理示意图。

其中，1-触摸屏，2-PLC，3-执行机构，4-检测机构，5-滑块，6-滑块直线位移尺，7-上模，8-操纵装置，9-下模，10-移动工作台，11-液压垫，12-液压垫油缸，13-液压垫直线位移尺，14-主缸油路，15-侧缸油路，16-主缸，17-侧缸，18-电磁铁，19-比例溢流阀，20-小泵油路，21-滑块压力传感器，22-液压垫压力传感器。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，特例举以下实例并结合附图进行详细说明如下：

实施例1

参照附图1、图2和图3。

节能液压机控制装置，包括显示器人机界面触摸屏1，可编程控制器PLC 2、液压检测机构4、液压执行机构3，人机界面触摸屏1连接可编程控制器PLC 2，可编程控制器PLC 2连接液压检测机构4，可编程控制器PLC 2连接控制液压执行机构3。

液压缸压力油路上装有压力传感器，液压垫油缸油路上装有压力传感器，控制器连接压力传感器，接收主缸和液压垫油路的压力信号。

液压缸由1个主缸16和2个侧缸17组成，主缸16的油路14与液压垫油缸油路15之间装有电磁铁18和梭阀，控制器连接控制比例电磁铁18，控制器通过比例电磁铁18控制梭阀的开启与关闭，实现主缸油路14与液压垫油缸油路的连通与断开。液压垫油缸油路上装有梭阀和比例溢流阀19，控制器连接比例溢流阀，通过比例溢流阀19控制滑块上腔与液压垫下腔连通时的压力。

本实施采用触摸屏1人机界面(HMI)作为管理层，可方便地实现人机对话，帮助操作者了解生产线的工作状态，以达到控制方式简易化的目的。采用可编程控制器(PLC)作为控制器，根据检测元件(各种传感器)的反馈信号，应用程序控制执行元件(电磁铁及比例溢流阀)作出相应的动作。

物理层是命令的具体执行部分，分为两部分：检测机构4和执行机构3。检测机构4分以下功能：

1.通过温度传感器，将生产线液压泵的油温反馈给PLC温度传感器模块。

2.通过压力传感器，将滑块和液压垫的压力反馈给PLC模拟量输入模块。

3.通过位移传感器，将滑块位置和液压垫位置反馈给PLC模块量输入模块。

4.光电保护，为防止人误入工作区引起事故而设，提高生产线的安全性。

执行机构主要有：

5.电磁铁：控制相应油路的通断以及油路的换向。

6.比例电磁铁：控制溢流阀的阀芯的开度，以实现对滑块压力的控制。

控制层PLC，通过对外部各种信号的检测，经过PLC程序运算，以指令形式把运算结果输出给执行机构。

管理层为触摸屏，通过PROFIBUS总线与PLC连接。触摸屏上可以显示物理层各元件的工作状态，可设定生产线的压机控制点(如位置发讯点和压力发讯点)，显示PLC内部的工作状态以及错误信息，在生产线有异常故障时显示生产线异常原因并提供解决方法，可以存储需要经常更换的模具参数，记录生产线的有关工作数据信息(如主冲头的下行速度、压力，以及工作台的移动速度、位置等等)。通过PLC检测电阻式直线位移尺获得滑块和液压垫的位置，通过安全光幕信号检测压机安全工作条件，通过各种继电器和其他开关量向PLC提供的输入信号执行相应的动作，通过对压力传感器和热电阻的信号采集获取压机压力信号和油温信息以判断压机的健康状况以便采取相应的保护措施。

该系统的大脑-PLC为西门子S7-300，其结构由电源模块，数字输入模块、数字输出模块，模拟量输入模块、模拟量输出模块，及位置检测记数模块等组成。

系统外形如图2所示。本系统外部主要控制对象为滑块5、上模7、下模9、移动工作台10、液压垫11、三个液压垫油缸12，检测元件为滑块直线位移尺6、操纵装置8、液压垫直线位移尺13。

本装置电气系统采用多种方式对压机参数的采样时间和执行时间进行了优化，使PLC能够快速捕捉信息、执行程序。电气系统通过PLC外部线路连接和PLC内部程序输出方式的改变缩短了PLC采样时间和输出时间从而能够有效优化整个压机系统。使本系统具有节能、快速的特点。

本系统改进了传统液压电气控制电路和PLC输出方式。本系统需要用四个模拟量输信号分别为的压力传感器和直线位移传感器。由于该模拟块是相临的模拟量通道共用一个记数单元，故采样时间会有1个记数单元交替时间的延迟。通过线路的改造，对于电流模拟量输入通道采用电路串联和电压模拟量输入并联的方法消除模拟量转换时间。通过上述方法加快了采样时间有效提高了节能液压机的效率。

通过程序事先计算出好输出值并用直接输出指令，能够有效缩短输出时间，使执行元件能够快速响应并执行。实践对比通过硬件改造和软件输出方式的变更能使压机整个循环时间缩短将近1秒。

节能拉伸过程如下：来自泵的压力油口的压力油通过油路14、15进入主缸16和侧缸17，使滑块下行。当滑块带动上模与下插接触产生压力时，PLC通过压力传感器21快速捕捉到压力信号并迅速直接输出给其他电磁铁改变液压回路开始由小泵供油路20进入插装式单向阀，进而流入液压垫油缸，把液压垫顶起并迅速产生压力。这时通过压力传感器22检测液压垫压力达到拉伸压力时，再由PLC直接输出给电磁铁18通过14并使油流入油路1进入主缸16。这时滑块主缸16上腔与液压垫11下腔连通，此时上腔迅速生成与液压垫相同的压力。由于滑块油缸和液压垫油缸面积差，滑块压动液压垫下行。由于此时液压垫回油腔完全封死，回油只能通过比例溢流阀19流向滑块油缸主油缸，使液压能量转移再利用。其中比例溢流阀19是通过触摸屏提前设置好的拉伸压力，当压力到达或超过设定值时，会使压力向滑块主油缸转移。从而实现达到液压机节能控制的目的和效果。

Claims (6)

1.一种节能液压机控制装置，包括显示器，控制器和液压执行机构，显示器连接控制器，控制器连接控制液压执行机构，其特征是：滑块的液压缸压力油路和液压垫油缸油路之间装有比例电磁铁，控制器连接控制比例电磁铁。

2.根据权利要求1所述的节能液压机控制装置，其特征是：滑块的液压缸压力油路上装有压力传感器，液压垫油缸油路上装有压力传感器，控制器连接压力传感器，接收滑块液压缸和液压垫油缸油路的压力信号。

3.根据权利要求1所述的节能液压机控制装置，其特征是：液压缸压力油路和液压垫油缸油路之间装有梭阀，控制器通过比例电磁铁控制梭阀的开启与关闭。

4.根据权利要求1所述的节能液压机控制装置，其特征是：液压缸由1个主缸和2个侧缸组成，主缸的油路与液压垫油缸油路之间装有比例电磁铁。

5.根据权利要求1所述的节能液压机控制装置，其特征是：液压垫油缸油路上装有梭阀和比例溢流阀。

6.根据权利要求1所述的节能液压机控制装置，其特征是：控制器为PLC控制器。

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