CN101639702A

CN101639702A - 液压与电子一体化闭环比例控制系统

Info

Publication number: CN101639702A
Application number: CN200910072783A
Authority: CN
Inventors: 郭斌
Original assignee: Harbin Hafei Industry Co Ltd
Current assignee: Harbin Hafei Industry Co Ltd
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2009-09-02
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2029-09-02
Also published as: CN101639702B

Abstract

本发明公开一种液压与电子一体化闭环比例控制系统。能够解决液压保压系统压力曲线自动控制、自动设定、自动绘制问题，解决已知控制系统压力误差不能自动纠错问题、高压升压难问题、保压难，掉压快问题、压力波动区间无法设定问题、压力曲线无法精确绘制问题的。本发明的目的是这样实现的：通过计算机软件编制控制程序，由闭环控制系统数学模型及硬件PLVC及工控机控制系统实现由模拟电压信号来调制模拟液压压力信号，实现曲线的自动绘制及执行元件的驱动控制，利用闭环负反馈自动消除误差信号，使系统压力控制精度达到非常精确的要求。合模后，给模具中产品提供按时间周期进行升压、保压、恒压、降压过程，实现精确控制和绘制时间压力曲线图。

Description

液压与电子一体化闭环比例控制系统

(一)技术领域

本发明涉及复合材料生产设备，具体涉及一种叶片压力成型机设备液压与电子一体化控制系统。

(二)背景技术

复合材料是一种特别的材料其加工技术是全新的课题，风力发电叶片、飞机旋翼叶片、航天、潜艇、汽车等高新领域相互融合，通过更先进的材料与工艺制造技术的不断改进和应用，必然会将复合材料技术推向一个更高的水平。复合材料结构是设计与制造融为一体的新技术、其选材、铺层设计、工艺方法、工艺流程和工艺参数的确定是其综合性能好坏的决定因素。

目前国内用于复合材料叶片专用生产设备非常落后，升压、保压、降压过程压力靠手动进行控制，升压压力值及压力曲线，保压压力值及压力曲线，降压压力值及压力曲线，控制误差大，自动化程度低，不能按工艺要求自动绘制精确压力曲线。

(三)发明内容

本发明的目的在于公开一种液压与电子一体化闭环比例控制系统。能够解决液压保压系统压力曲线自动控制、自动设定、自动绘制问题，解决已知控制系统压力误差自动纠错问题、高压升压难问题、保压难，掉压快的问题、压力波动大问题、压力波动区间无法设定问题、压力曲线无法精确绘制问题的。

本发明的目的是这样实现的：通过计算机软件编制控制程序，由闭环控制系统数学模型及硬件PLVC及工控机控制系统实现由模拟电压信号来调制模拟液压压力信号，实现曲线的自动绘制及执行元件的驱动控制，利用闭环负反馈自动消除误差信号，使系统压力控制精度达到非常精确的要求。合模后，给模具中产品提供按时间周期进行升压、保压(恒压)、降压过程，实现精确控制和绘制时间压力曲线图。本发明包括工控机系统、电源、PLVC模块、电液比例阀、执行元件和传感器，工控机系统电信号连接PLVC模块，PLVC模块分别连接电源和电液比例阀，电液比例阀电信号连接执行元件，执行元件电信号连接传感器，传感器电信号连接PLVC模块。所述的工控机系统用于给液压系统、油温机液力系统提供开关量控制信号及模拟量控制信号，将压力信号通过模拟/数字量转换模块进入PLVC模块，通过带触摸屏功能的工业平板显示器对设备进行操作、监视，历史压力可随时调出并打印；所述的PLVC模块用于将输入信号电压和传感器输出的反馈信号电压进行比较，从而产生误差信号，该信号作为输入信号输送到电液比例阀的放大器，并完成输出信号的计算，为可编程逻辑控制模快构成的中枢控制器，包括PID模块和放大卡模块；

所述的电液比例阀包括油液压力控制端口、油液溢流端口、电气电压输入信号端口三个端口，液压接口连接方式板式连接方式，电液比例阀安装在液压集成块上。压力控制端口经集成块与开关电磁阀串联且与控制油路及液压执行元件相通，油液溢流端口与油箱相通。电气电压输入信号端口与PLVC中枢控制器相连。阀块与电液比例阀安装在液压油箱安装板上，所述的液压缸用于使液压压能经过活塞杆转换成模具夹紧力夹紧合模，使产品按模具几何曲面定型与成型，包括活塞单作用式弹簧复位液压驱动执行元件，液压接口连接方式为管式连接，输入输出方式为单口单作用式弹簧复位式，用三位四通O型中位含液压锁双电控电磁阀进行升压与降压、保压开关量与模拟切换。液压缸垂直加压缸安装在下模具上，当活塞杆向下伸出时，使上模下压，当活塞杆缩回时使模具松开，液压缸水平加压缸安装在下模具上，活塞杆方向指向上下模具水平方向缺口处，当活塞杆伸出时对模具侧向水平加压，当活塞杆缩回时对模具侧向水平泄压并松开模具。所述的传感器包括液压压力输入端口和电压输出端口两个端口，传感器将液压压力信号转换为电压电信号。传感器安装于液压集成块阀导上始终与调压系统液压缸输入相通，当需要调压和补压时和比例阀相通。当不需要调压和补压时和比例阀断开。电压输出端口与PLVC高级软件编程逻辑中枢控制器输入端口相连。

本发明的技术效果有：

1、液压与电子一体化设计解决许多较高难度柔性控制问题：由自动升压、保压、降压替代手动升压、保压、降压。

2、电液一体化：由计算机按指令程序输入电子信号通过中枢控制器PLVC运算处理后调制液压压力值则输出力随电压信号的变化而变化。能进行自动设定控制压力上、下限值且上限、下限设定值范围可随意调整，由于液压系统控制压力精确控制难度较大，主要原因内泄大、外来干扰因素等，纯液压压力控制原件如电接电压力表，压力控制精度低切不能调整，上下限误差较大，无法精确控制；

3、误差自动校正：闭环比例控制；

4、自动绘制完整准确整个周期压力曲线：闭环比例控制；

5、实现由模拟电信号调制模拟液压信号人性化的控制过程：闭环比例控制。

液压操作与电子控制完美结合，通过创建机电一体化闭环控制系统数学模型能使液压系统核心技术、压力控制的自动化程度、精确性、稳定性、抗干扰性、可靠性有非常大的提升。解决液压保压系统压力曲线自动控制、自动设定、自动绘制问题、解决传统控制系统压力误差不能自动纠错问题、高压升压难问题、保压难掉压快问题、压力波动大问题、压力波动区间无法设定问题、压力曲线无法精确绘制问题。

(四)附图说明

图1为本发明方块功能图；

图2为本发明工控机系统模块方块图；

图3为本发明实施例一托三闭环比例控制系统原理图；

图4为本发明实施例立体图；

图5为本发明实施例电子自动程序流程图。

(五)具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明：

本实施例用于复合材料模具成型机的液压与电子一体化闭环比例压力控制系统。通过计算机软件编制控制程序，由闭环控制系统数学模型及硬件PLVC及工控机控制系统实现由模拟电压信号来调制模拟液压压力信号，实现曲线的自动绘制及执行元件的驱动控制，为确保压力准确无误利用闭环负反馈自动消除误差信号，使系统压力控制精度达到非常精确的要求。动作特征：合模后，给模具中产品提供按时间周期进行升压、保压(恒压)，降压过程，实现精确控制和绘制时间压力曲线图。

本实施例是民用某型号直升机复合材料旋翼叶片及风力发电机组复合材料叶片压力成型机设备液压与电子一体化控制系统。

结合图1、3，液压与电子一体化闭环比例控制系统包括工控机系统、电源、PLVC模块、电液比例阀、执行元件和传感器，工控机系统电信号连接PLVC模块，PLVC模块分别连接电源和电液比例阀，电液比例阀电信号连接执行元件，执行元件电信号连接传感器，传感器电信号连接PLVC模块。

结合图2，工控机系统模块方块图。给液压系统、油温机液力系统提供开关量控制信号及模拟量控制信号；压力等通过模拟/数字量转换模块(A/D)进入PLC；通过带触摸屏功能的工业平板显示器对设备进行操作、监视，、模具检测点各个线路压力等可在显示器上实时显示，历史压力可随时调出并打印。

结合图1、3，PLVC模块：可以用德国哈威公司生产可编程逻辑控制模快称为中枢控制器，中枢控制器功能强大、除逻辑功能外还包含PID功能、方大卡功能，其功能是将输入信号电压和传感器输出的反馈信号电压进行比较，从而产生误差信号，该信号作为输入信号输送到阀的放大器，并完成输出信号的计算。控制PID其可调节的参数有：与误差成比例P、与稳态误差成比例I、与误差变化率成比例D。PLVC中枢控制器在自动控制过程中，需要编制高级语言专用程序。

电、液比例阀结构：共三个端口油液压力控制端口、油液溢流端口、电气电压输入信号端口。利用输入电信号来调制液压参数。这是一种理想的液压与电子系统的结合，用于闭环控制系统中，以负反馈形式实现压力的自动调节和补偿，从而达到压力的精确控制。

液压缸是活塞单作用式弹簧复位液压驱动执行元件。使液压压能经过活塞杆转换成模具夹紧力夹紧合模，使产品按模具几何曲面定型与成型。

传感器结构：共两个端口，液压压力输入端口，电压输出端口。将液压压力信号转换电压电信号。

液压系统的功能是合模、开模、给模具中产品提供升压、保压控制。液压系统组成包括：双级泵、双级阀、吸油滤、回油滤、空气滤清器、液位液温计、联轴器、电机、PLVC中枢控制器(PID、放大卡)、压力反馈传感器、比例阀、电磁换向阀、溢流阀、压力表、油箱、皮囊式畜能器、测压接头、测压软线、电接点式压力表、单向节流阀等。

双级泵是由高压部份--径向柱塞泵和直接组装的低压部分--齿轮泵)组成。一般情况下是由一台电动机通过法兰和联轴器与泵连接并驱动的。

通过油箱盖板，直接组装双级压力阀和阀块，可实现完整液压压力控制回路。自动控制液压系统可以精确的控制压力。例如，让压力与时间成比例的线性变化，或者让压力长时间的稳定在某一定值。

双级阀用于由双级泵组成的液压系统。它能使两个独立的输出流量汇合成一个共同的流量输出。当达到预先设定的低压参数时，能使低压油路切换到卸荷状态并能防止双级泵超越其设定压力。

吸油滤，在液压油进入油泵之前滤除油液中的杂质。安装在油泵入口处；

回油滤，在液压油流入油箱之前滤除油液中的杂质。安装在油箱上表面上；

空气滤清器，在液压油箱注油口处滤除进入油箱内空气中的杂质。安装在油箱上表面上；

液位液温计，观察油箱中液压油的液面高度和油温。安装在油箱侧壁上；

联轴器，用于电机输出轴与油泵输入轴之间的联接传递动力。安装在电机轴与油泵轴上；

电机电能转换成机械能转换成压力能动力单元。安装在油箱上面发兰盘上立式安装。

中枢控制单元模块，可以通过高级程序编程，由程序编制出并调试获得需要的压力曲线。

例如用于压力稳定上升或下降，或者让压力固定在某值的控制，或由加热引起的液压油收缩膨胀导致了压力的变化。系统能自动修正压力。

PLVC输入端口与PLC可编控制器及压力传感器输出端口相连，PLVC输出端口与液电比例阀输入端口相连。模快安装在液压泵油箱上控制箱内。

电磁换向阀为三位四通双电控O型中位电控换向阀，主要用于比例阀参与某输出支路压力控制或不参与某输出支路压力控制的电控罗辑切换。安装在液压集成阀导上溢流阀为控制个支路和总路压力上限安全值。压力入口一端连接支路或总路，压力出口一端回油箱。安装在液压集成阀导上。压力表为显示总路和支路压力值。将表盘安装在控制面板上，由阀导上测压点与测压软线一端接头相连，测压软线另一端接头与压力表相连。

皮囊式畜能器为液压蓄能元件，在液压系统中缓冲系统的压力突变，稳定压力。一个端口与水平和垂直加压支路相连，安装在阀座上。

电接点式压力表，手动获得的压力变化，手动升压、手动降压、手动保压。液压端口与水平和垂直加压支路相连，电子触点与控制升压、降压、保压电磁阀电磁铁、液压泵电机启停逻辑串联，当压力达到设定值时触点动作，使液压泵电机停止、开关电磁阀处于O型中位。表盘安装在控制面板上。由阀导上测压点与测压软线一端接头相连，测压软线另一端接头与压力表相连。

本发明适合于让压力稳定的上升或下降，或者让压力固定在某值的控制。可以通过程序调试获得的压力曲线。热成型运行过程中，由热引起的收缩膨胀导致了压力的变化。系统能自动修正压力。因为压力的控制不需要大量卸荷，所以只要少量的油在回流，故能耗低、效率高。

结合图5说明流体系统逻辑控制时序

例如：复合材料固化开始

合模：上模侧向移动支路、上模升降支路。

DT8、DT7逻辑非，DT5、DT6逻辑非，

液压泵电机启动----上模具(移动、翻转、下移)与下模对齐后合模。

升压：上模下压支路(DT2得电、DT13得电、DT14线性模拟量闭环比例控制)、水平侧压支路(DT4得电、DT13得电、DT14线性模拟量闭环比例控制)，两支路交替加压。

下压支路由电液比例阀参与控制升压(设定P＝0-50bar+10bar)----判断压力是否达到设定值，如果没有达到设定值继续升压，如果达到设定值，则下压支路加压停止。延时后，切换到侧压支路由电液比例阀参与控制升压(设定P＝0-50bar+10bar)----判断压力是否达到设定值，如果没有达到设定值继续升压，如果达到设定值，则侧压支路加压停止。

延时后，切换到下压支路，支路由比例阀参与控制升压(设定P＝50-350bar+10bar)----判断压力是否达到设定值，如果没有达到设定值继续升压，如果达到设定值，则下压支路加压停止。延时后，切换到侧压支路由比例阀参与控制升压(设定P＝50-350bar+10bar)----判断压力是否达到设定值，如果没有达到设定值继续升压，如果达到设定值，则侧压支路加压停止。

保压及补压：

保压：DT1、DT2、DT3、DT4、DT5、DT6、DT7、DT8、DT9、DT10、DT11、DT12均处于失电状态，DT13处于记忆状态

补压：下压支路补压DT2得电、DT13得电DT14比例阀参与控制补压

侧压支路补压DT4得电、DT13得电DT14比例阀参与控制补压

根部加压支路补压DT12得电、DT13得电DT14比例阀参与控制补压

液压泵停止保压开始延时当下压支路实际压力P＜350bar+0bar时，启动液压泵补压，下压支路由电液比例阀参与控制升压(设定P＝350bar+10bar)-判断压力是否达到设定值，如果没有达到设定值继续升压，如果达到设定值，则下压支路加压停止。当侧压支路实际压力P＜350bar+0bar时，启动液压泵补压，侧压支路由电液比例阀参与控制升压(设定P＝350bar+10bar)-判断压力是否达到设定值，如果没有达到设定值继续升压，如果达到设定值，则侧压支路加压停止。

Claims

1.一种液压与电子一体化闭环比例控制系统，通过计算机软件编制控制程序，由闭环控制系统数学模型及硬件PLVC及工控机控制系统实现由模拟电压信号来调制模拟液压压力信号，实现曲线的自动绘制及执行元件的驱动控制，利用闭环负反馈自动消除误差信号，使液压系统压力控制精度达到要求；合模后，给模具中产品提供按时间周期进行升压、保压(恒压)、降压过程，精确控制和绘制时间压力曲线图；包括有工控机系统、电源、PLVC模块、电液比例阀、执行元件和传感器，其特征在于：工控机系统电信号连接PLVC模块，PLVC模块分别连接电源和电液比例阀，电液比例阀电信号连接执行元件，执行元件电信号连接传感器，传感器电信号连接PLVC模块；所述的工控机系统用于给液压系统、油温机液力系统提供开关量控制信号及模拟量控制信号，将压力信号通过模拟/数字量转换模块进入PLVC模块，通过带触摸屏功能的工业平板显示器对设备进行操作、监视，历史压力可随时调出并打印；所述的PLVC模块用于将输入信号电压和传感器输出的反馈信号电压进行比较，从而产生误差信号，该信号作为输入信号输送到电液比例阀的放大器，并完成输出信号的计算，为可编程逻辑控制模快构成的中枢控制器，包括PID模块和放大卡模块；所述的电液比例阀包括油液压力控制端口、油液溢流端口、电气电压输入信号端口三个端口，液压接口连接方式板式连接方式，电液比例阀安装在液压集成块上；压力控制端口经集成块与开关电磁阀串联且与控制油路及液压执行元件相通，油液溢流端口与油箱相通；电气电压输入信号端口与PLVC中枢控制器相连；阀块与电液比例阀安装在液压油箱安装板上，所述的液压缸用于使液压压能经过活塞杆转换成模具夹紧力夹紧合模，使产品按模具几何曲面定型与成型，包括活塞单作用式弹簧复位液压驱动执行元件，液压接口连接方式为管式连接，输入输出方式为单口单作用式弹簧复位式，用三位四通O型中位含液压锁双电控电磁阀进行升压与降压、保压开关量与模拟切换；液压缸垂直加压缸安装在下模具上，当活塞杆向下伸出时，使上模下压，当活塞杆缩回时使模具松开，液压缸水平加压缸安装在下模具上，活塞秆方向指向上下模具水平方向缺口处，当活塞杆伸出时对模具侧向水平加压，当活塞杆缩回时对模具侧向水平泄压并松开模具；所述的传感器包括液压压力输入端口和电压输出端口两个端口，传感器将液压压力信号转换为电压电信号；传感器安装于液压集成块阀导上始终与调压系统液压缸输入相通，当需要调压和补压时和比例阀相通；当不需要调压和补压时和比例阀断开；电压输出端口与PLVC高级软件编程逻辑中枢控制器输入端口相连。

2.根据权利要求1所述的液压与电了一体化闭环比例控制系统，其特征在于所述的液压系统逻辑控制时序为：

复合材料固化开始：

合模：上模侧向移动支路、上模升降支路；

DT8、DT7逻辑非，DT5、DT6逻辑非，

液压泵电机启动----上模具(移动、翻转、下移)与下模对齐后合模；

升压：上模下压支路(DT2得电、DT13得电、DT14线性模拟量闭环比例控制)、水平侧压支路(DT4得电、DT13得电、DT14线性模拟量闭环比例控制)，两支路交替加压；

下压支路由电液比例阀参与控制升压(设定P＝0-50bar+10bar)----判断压力是否达到设定值，如果没有达到设定值继续升压，如果达到设定值，则下压支路加压停止；延时后，切换到侧压支路由电液比例阀参与控制升压(设定P＝0-50bar+10bar)----判断压力是否达到设定值，如果没有达到设定值继续升压，如果达到设定值，则侧压支路加压停止；

延时后，切换到下压支路，支路由比例阀参与控制升压(设定P＝50-350bar+10bar)----判断压力是否达到设定值，如果没有达到设定值继续升压，如果达到设定值，则下压支路加压停止；延时后，切换到侧压支路由比例阀参与控制升压(设定P＝50-350bar+10bar)----判断压力是否达到设定值，如果没有达到设定值继续升压，如果达到设定值，则侧压支路加压停止；

保压及补压：

侧压支路补压DT4得电、DT13得电DT14比例阀参与控制补压

根部加压支路补压DT12得电、DT13得电DT14比例阀参与控制补压

液压泵停止保压开始延时当下压支路实际压力P＜350bar+0bar时，启动液压泵补压，下压支路由电液比例阀参与控制升压(设定P＝350bar+10bar)判断压力是否达到设定值，如果没有达到设定值继续升压，如果达到设定值，则下压支路加压停止；当侧压支路实际压力P＜350bar+0bar时，启动液压泵补压，侧压支路由电液比例阀参与控制升压(设定P＝350bar+10bar)-判断压力是否达到设定值，如果没有达到设定值继续升压，如果达到设定值，则侧压支路加压停止。