CN102303421A - 液压机运行速度的控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压机运行速度的控制系统及控制方法。系统是设置在滑块上的滑块位移传感器连接模拟信号输入模块，设置在液压机油路上的第一伺服放大板和第二伺服放大板分别连接第一数模转换模块和第一模数转换模块，比例泵放大板连接数字信号输入模块，电流型压力传感器连接第二模数转换模块，放大板连接第二数模转换模块。方法是：给定速度设定；测定液压机位置变化；将模拟量信号传送给PLC；PLC对控制伺服阀进行闭环控制；同时伺服阀将本身的运行情况反馈到PLC。本发明结构简单，有较强的灵活性和适应性，使用方便。可以进行高精度控制，在提高产品的精度和质量跨上一个更高的台阶。

Description

液压机运行速度的控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种液压机运行速度的控制系统及控制方法，特别是涉及一种采用闭环自动PID控制的液压机运行速度的控制系统及控制方法。

背景技术

随着锻压行业的飞速发展，要求压力机的技术性能也越来越高，闭环自动PID控制运行速度技术应用而生。锻压不同的锻件要求有稳定，且可随工艺的不同进行快速的稳定的速度随时调节。

通常我们为了达到速度压力等要求，选用的流量都是恒定的，且不可线性随即调节。这就限制了压机的工艺需求。如果在液压机运行速度的控制上采用西门子PLC的软件PID调节功能，就可以达到线性随即调节。

闭环自动PID控制运行速度的技术大体如下：

1、PID是一个闭环控制算法。因此要实现PID算法，必须在硬件上具有闭环控制，就是得有反馈。比如控制一个电机的转速，就得有一个测量转速的传感器，并将结果反馈到控制路线上。     2、PID是比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法。但并不是必须同时具备这三种算法，也可以是PD，PI，甚至只有P算法控制。     3、比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法各有作用：     比例，反应系统的基本（当前）偏差e(t)，系数大，可以加快调节，减小误差，但过大的比例使系统稳定性下降，甚至造成系统不稳定；      积分，反应系统的累计偏差                                                

，使系统消除稳态误差，提高无差度，因为有误差，积分调节就进行，直至无误差；      微分，反映系统偏差信号的变化率e(t)-e(t-1)，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除，因此可以改善系统的动态性能。但是微分对噪声干扰有放大作用，加强微分对系统抗干扰不利。 积分和微分都不能单独起作用，必须与比例控制配合。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种利用西门子PLC的软件的PID调节功能来实现液压机的速度随时可快速稳定线性调节的液压机运行速度的控制系统及控制方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：提供一种液压机运行速度的控制系统及控制方法。其中液压机运行速度的控制系统，包括有液压机控制单元PLC，所述的PLC上分别设置有模拟信号输入模块、数字信号输入模块、第一数模转换模块、第二数模转换模块、第一模数转换模块和第二模数转换模块，在液压机的滑块上设置滑块位移传感器，在液压机的油路上分别设置：集成有第一伺服放大板的6通径流量控制伺服阀、集成有第二伺服放大板的10通径流量控制伺服阀、连接比例泵控制电磁阀的比例泵放大板、电流型压力传感器以及集成有放大板的压力控制比例溢流阀，所述的滑块位移传感器连接模拟信号输入模块，所述的第一伺服放大板和第二伺服放大板分别连接第一数模转换模块和第一模数转换模块，所述的比例泵放大板连接数字信号输入模块，所述的电流型压力传感器连接第二模数转换模块，所述的放大板连接第二数模转换模块。

所述的第一数模转换模块和第二数模转换模块采用型号为6ES7 135 4FB52 0AB0 的西门子数模转换模块。

所述的第一模数转换模块和第二模数转换模块采用型号为6ES7 134 4LB02 0AB0的西门子模数转换模块。

所述的模拟信号输入模块采用型号为6ES7-138-4dB03-0AB0西门子模拟信号输入模块。

所述的数字信号输入模块采用型号为6ES7-135-4FB52-0AB0西门子数字信号输入模块。

本发明的用于液压机运行速度的控制系统的控制方法，是在液压机控制单元PLC中安装有西门子S7-300/400软件，包括如下步骤：

1）给定速度设定，在触摸屏上输入给定的速度，液压机运行； 

2）在液压机运行时，通过滑块位移传感器，测定液压机位置变化，并将得到的速度数据实时传送到西门子软件中的PID控制单元中的反馈输入位中；

3）通过设置在伺服阀前端和后端的电流型压力传感器，将模拟量信号传送给PLC的模拟量与数字量转换模块中，这时当有一个压力差时，PLC得出一具体的压力差值，当所述的压力差值大于0.3兆帕时给PID控制模块的自动运行位一个常闭的信号，否则给常开信号。

4）在PID控制模块运行后，这时通过PLC的数模转换模块把输出的数字量转换成一个模拟量；

5）PLC的数模转换模块输出一个模拟量到比例泵放大板的6a,6c端子上得到需要的电压，使比例泵给定一个粗调的流量，当速度调整到设定的精度范围时维持电压不变。

6）改成PID输出位输出将数字量转换成的模拟量，传送给6通径流量控制伺服阀或10通径流量控制伺服阀，进行闭环控制； 

7）同时伺服阀将本身的运行情况反馈到PLC的地址PIW520和PIW522。

步骤2所述的测定液压机位置变化，是采用西门子软件中的10毫秒中断模块OB38进行位置采样，得出的位置量再乘以100就得到了液压机每秒运行的速度。

步骤6所述的传送给6通径流量控制伺服阀或10通径流量控制伺服阀，进行闭环控制，是当反馈给PID控制单元的液压机速度小于设定速度时，使用6通径流量控制伺服阀，否则使用10通径流量控制伺服阀。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明的液压机运行速度的控制系统及控制方法，采用的PID控制，控制效果好，运行稳定可靠，且不需要被控对象的精准数学模型，结构简单，有较强的灵活性和适应性，使用方便。可以进行高精度控制，在提高产品的精度和质量跨上一个更高的台阶，可以制造出高精尖的锻压件产品。

附图说明

图1是本发明的液压原理的结构示意图；

图2是本发明的第一数模转换模块的接线原理图；

图3是本发明的第二数模转换模块的接线原理图；

图4是本发明的第一模数转换模块的接线原理图；

图5是本发明的第二模数转换模块的接线原理图；

图6是本发明的伺服阀放大板接线原理图；

图7是本发明的比例泵放大板与对应模块的接线原理图；

图8是本发明的位移传感器与西门子模块的接线原理图。

 

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，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明本发明的液压机运行速度的控制系统及控制方法如下：

本发明的液压机运行速度的控制系统及控制方法，利用西门子PLC的软件的PID调节功能来实现液压机的速度随时可快速稳定的线性调节。

在西门子S7-300/400软件中西门子提供了集成的PID控制块SFB 41/FB 41的功能 。在西门子S7-300/400软件的OB35块中调用PID控制块SFB 41，可实现其功能的应用。

其实现的过程是利用电控比例泵与电控高精度流量伺服阀配合，通过西门子PLC软件PID闭环控制，从而实现液压机速度的快速，稳定，区间的可调。

图1是本发明的液压原理的结构示意图，其中，M7是200千瓦的电机，B2是力士乐牌的比例泵型号A4VSO250E02，AJ1是对应比例泵的控制电路放大板，11（YAD）是6通径流量控制伺服阀与放大板是集成型的，12（YAE）是10通径流量控制伺服阀与放大板是集成型的，13是20通径单向阀，14（SP5）是单向压力继电器，15（BP2）是电流型压力传感器，16（YAF）是压力控制比例溢流阀与放大板集成型。

图2是西门子数模转换模块的接线图，型号6ES7 135 4FB52 0AB0，分别接线到伺服阀放大板YAE线号为QV4+,QV4-，YAD伺服阀放大板分线号为QV5+，QV5-。西门子内部软件地址为伺服阀放大板YAE分配地址是PQW516，为伺服阀放大板YAD分配地址为PQW518。

图3是西门子数模转换的接线图，和比例压力阀YAF的放大版接线图，型号6ES7 135 4FB52 0AB0，分别接线QV6+，QV6-，西门子内部地址是PQW536，比例压力阀的放大版是集成的，分别接端子D，E。而端子A,B分别接线SC2+,SC2-，另接直流24V电压。

图4是西门子模数转换模块的接线图，型号为6ES7 134 4LB02 0AB0，分别接伺服阀放大板YAE线号为QF1+，QF1-，伺服阀放大板YAD线号为QF2+，QF2-。西门子内部软件地址YAD为PIW520，YAE为PIW518.

图5是西门子模数转换模块的接线图，型号为6ES7 134 4LB02 0AB0，QF3+,QF3-分别接电流型压力传感器BP2的正端，和负端。

图6是伺服阀放大板YAD和伺服阀放大板YAE接线图，其中伺服阀放大板YAD：线号QV4+,QV4-,QF1+,QF1-接图二，SC2+与SC2-接24V直流电源，A,B,C,D,E,F分别代表放大板接线端。伺服阀放大板YAE同理。

图7是比例泵放大板与对应的西门子模块接线图。其中，AJ1（YPA）是比例泵放大板的代号，线号QV7+,QV7-接比例泵放大板引脚6a+,6C-，另一端接PLC模块地址PQW528，线号SC3+，SC3-接比例泵放大板引脚22a(24V+),28a(0V),另一端接直流24伏电源。PV1是量程0-10V的直流电压表，QD1a，QD2a接比例泵放大板2c，32c端子，另一端接比例泵控制电子阀插头YPA（1），QD3a，QD4a接放大板2a，32a端子，另一端接比例泵控制电子阀插头YPA（2）。

F1a、F2a、F3a接放大板端子8c、10c、30c，另一端接比例泵反馈插头端子2a，1a和地线。

图8是位移传感器与西门子模块的接线原理图，其中，BQ1是位移传感器选用的是出线型，线号1D+ 接西门子模块端子1，和位移传感器的粉红色电线，线号1D- 接西门子模块端子5，和位移传感器的灰色电线，线号1C+ 接西门子模块端子4，和位移传感器的黄色电线，线号1C- 接西门子模块端子8，和位移传感器的绿色电线，线号1V+ 接西门子模块端子2，和位移传感器的棕色电线，线号1V- 接西门子模块端子3，和位移传感器的白色电线。

如图1～图6所示，液压机运行速度的控制系统，包括有液压机控制单元PLC，所述的PLC上分别设置有模拟信号输入模块17、数字信号输入模块18、第一数模转换模块19、第二数模转换模块19.1、第一模数转换模块20和第二模数转换模块20.1，在液压机的滑块上设置滑块位移传感器21，在液压机的油路上分别设置：集成有第一伺服放大板YAD的6通径流量控制伺服阀11、集成有第二伺服放大板YAE的10通径流量控制伺服阀12、连接比例泵控制电磁阀22的比例泵放大板AJ1、电流型压力传感器15以及集成有放大板YAF的压力控制比例溢流阀16，所述的滑块位移传感器21连接模拟信号输入模块17，所述的伺服放大板YAD和伺服放大板YAE分别连接第一数模转换模块19和第一模数转换模块20，所述的比例泵放大板AJ1连接数字信号输入模块18，所述的电流型压力传感器15连接第二模数转换模块20.1，所述的放大板YAF连接第二数模转换模块19.1。

所述的第一数模转换模块19和第二数模转换模块19.1采用型号为6ES7 135 4FB52 0AB0 的西门子数模转换模块。

所述的第一模数转换模块20和第二模数转换模块20.1采用型号为6ES7 134 4LB02 0AB0的西门子模数转换模块。

所述的模拟信号输入模块17采用型号为6ES7-138-4dB03-0AB0西门子模拟信号输入模块。

所述的数字信号输入模块18采用型号为6ES7-135-4FB52-0AB0西门子数字信号输入模块。

本发明的用于液压机运行速度的控制系统的控制方法，在液压机控制单元PLC中安装有西门子S7-300/400软件，包括如下步骤：

1）给定速度设定，在触摸屏上输入给定的速度，液压机运行；此时速度数据通过触摸屏传送给PLC对应的数据地址寄存器内保存，且传送到西门子S7-400，PLC的PID运算数据块的数据给定位上。 

2）在液压机运行时，通过设置在液压机滑块上的滑块位移传感器BQ1，测定液压机位置变化，并将得到的速度数据实时传送到西门子软件中的PID控制单元中的反馈输入位中；

速度是后一秒的位置减去前一秒的位置得出的量，除以一秒得出的。例如后一秒位置是100毫米，前一秒位置是102毫米，那么它这时的速度是2毫米每秒。

为了达到高精度速度值，其采样位置间隔时间就要尽可能的小一些，为此所述的测定液压机位置变化，是采用西门子软件中的10毫秒中断模块OB38进行位置采样，得出的位置量再乘以100就得到了液压机每秒运行的速度。

3）这时给定数据与反馈数据都已经传送到PID控制模块（软件模块）中。但PID控制模块（软件模块）还需要给定一长闭的信号才可以自动运行。

通过设置在伺服阀前端的模拟量型（4-20毫安信号）电流型压力传感器（BP2）15，将模拟量信号传送给PLC的模拟量与数字量转换模块中， PLC得出一具体的压力值，当所述的压力值大于0.3兆帕时给PID控制模块（软件模块）的自动运行位一个常闭的信号，否则给常开信号。

4）在PID控制模块（软件模块）运行后，会在输出位输出一个浮点型的实时自动调整的0.0-100.0的数字量，这时通过PLC的数模转换模块（硬件）把输出的数字量（0.0-100.0）转换成一个模拟量（0-10伏电压），模拟量输出模块的地址为（PQW528）；

5）PLC的数模转换模块输出一个模拟量（0-10伏电压）到比例泵放大板AJ1的6a,6c端子上得到需要的电压，使比例泵给定一个粗调的流量，当速度调整到设定的精度范围（到0.5毫米每秒）时维持电压不变。

6）改成PID输出位输出将数字量转换成的模拟量，传送给6通径流量控制伺服阀11或10通径流量控制伺服阀12，进行闭环控制；其精度可以达到0.01毫米每秒。

所述的传送给6通径流量控制伺服阀11或10通径流量控制伺服阀12，进行闭环控制，其使用情况是通过反馈会的速度精度是否可以达到0.01毫米每秒而进行转换的。当反馈给PID控制单元的液压机速度小于设定速度（0.01毫米每秒）时，使用6通径流量控制伺服阀11，否则使用10通径流量控制伺服阀12。

7）同时伺服阀也同样具有闭环控制系统可进行反馈，将本身的运行情况反馈到PLC的地址PIW520和PIW522。

Claims (8)

1.一种液压机运行速度的控制系统，包括有液压机控制单元PLC，其特征在于，所述的PLC上分别设置有模拟信号输入模块（17）、数字信号输入模块（18）、第一数模转换模块（19）、第二数模转换模块（19.1）、第一模数转换模块（20）和第二模数转换模块（20.1），在液压机的滑块上设置滑块位移传感器（21），在液压机的油路上分别设置：集成有第一伺服放大板（YAD）的6通径流量控制伺服阀（11）、集成有第二伺服放大板（YAE）的10通径流量控制伺服阀（12）、连接比例泵控制电磁阀（22）的比例泵放大板（AJ1）、电流型压力传感器（15）以及集成有放大板（YAF）的压力控制比例溢流阀（16），所述的滑块位移传感器（21）连接模拟信号输入模块（17），所述的第一伺服放大板（YAD）和第二伺服放大板（YAE）分别连接第一数模转换模块（19）和第一模数转换模块（20），所述的比例泵放大板（AJ1）连接数字信号输入模块（18），所述的电流型压力传感器（15）连接第二模数转换模块（20.1），所述的放大板（YAF）连接第二数模转换模块（19.1）。

2.根据权利要求1所述的液压机运行速度的控制系统，其特征在于，所述的第一数模转换模块（19）和第二数模转换模块（19.1）采用型号为6ES7 135 4FB52 0AB0 的西门子数模转换模块。

3.根据权利要求1所述的液压机运行速度的控制系统，其特征在于，所述的第一模数转换模块（20）和第二模数转换模块（20.1）采用型号为6ES7 134 4LB02 0AB0的西门子模数转换模块。

4.根据权利要求1所述的液压机运行速度的控制系统，其特征在于，所述的模拟信号输入模块（17）采用型号为6ES7-138-4dB03-0AB0西门子模拟信号输入模块。

5.根据权利要求1所述的液压机运行速度的控制系统，其特征在于，所述的数字信号输入模块（18）采用型号为6ES7-135-4FB52-0AB0西门子数字信号输入模块。

6.一种用于权利要求1所述的液压机运行速度的控制系统的控制方法，其特征在于，在液压机控制单元PLC中安装有西门子S7-300/400软件，包括如下步骤：

1）给定速度设定，在触摸屏上输入给定的速度，液压机运行； 

2）在液压机运行时，通过滑块位移传感器（21），测定液压机位置变化，并将得到的速度数据实时传送到西门子软件中的PID控制单元中的反馈输入位中；

3）通过设置在伺服阀前端和后端的电流型压力传感器（15），将模拟量信号传送给PLC的模拟量与数字量转换模块中，这时当有一个压力差时，PLC得出一具体的压力差值，当所述的压力差值大于0.3兆帕时给PID控制模块的自动运行位一个常闭的信号，否则给常开信号；

4）在PID控制模块运行后，这时通过PLC的数模转换模块把输出的数字量转换成一个模拟量；

5）PLC的数模转换模块输出一个模拟量到比例泵放大板（AJ1）的6a,6c端子上得到需要的电压，使比例泵给定一个粗调的流量，当速度调整到设定的精度范围时维持电压不变；

6）改成PID输出位输出将数字量转换成的模拟量，传送给6通径流量控制伺服阀（11）或10通径流量控制伺服阀（12），进行闭环控制； 

7）同时伺服阀将本身的运行情况反馈到PLC的地址PIW520和PIW522。

7.根据权利要求6所述的液压机运行速度的控制方法，其特征在于，步骤2所述的测定液压机位置变化，是采用西门子软件中的10毫秒中断模块OB38进行位置采样，得出的位置量再乘以100就得到了液压机每秒运行的速度。

8.根据权利要求6所述的液压机运行速度的控制方法，其特征在于，步骤6所述的传送给6通径流量控制伺服阀（11）或10通径流量控制伺服阀（12），进行闭环控制，是当反馈给PID控制单元的液压机速度小于设定速度时，使用6通径流量控制伺服阀（11），否则使用10通径流量控制伺服阀（12）。

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