CN104668974A - 一种基于plc液压站的压力/流量的闭环控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于PLC液压站的压力/流量的闭环控制方法,它涉及的是精密加工机床的液压支承元件的供油技术领域。本发明是为了克服现有液压站存在测量的分辨率不足,及工作时所带来的振动、噪声和压力波动较大等因素,而对机床加工精度造成影响很大的问题。它的控制方法步骤为:步骤一:判断应选择流量模式或压力模式;步骤二:在触摸屏上选择;步骤三:当PLC控制器接到流量模式指令时,驱动油泵按恒转速n运行;当PLC控制器接到压力模式指令时,驱动油泵按特定转速转动工作;步骤四:PLC控制器还时实将故障信息在触摸屏中实时显示出详细信息。本发明使用压力闭环,速度闭环,其压力输出精度高,振动小,噪声小,对超精密加工机床的加工造成的影响大大降低。
Description
技术领域
本发明涉及的是精密加工机床的液压支承元件的供油技术领域。
背景技术
液压支承元器件因为其自身的刚度高、承载大、精度高等优势已在许多超精密加工机床上得到广泛应用,主要包括静压导轨、静压轴承以及静压丝杠螺母副等。这类液压元器件的正常使用需要液压站提供一定的油压和流量,由于电机转速变化、负载变化、流量脉动等因素,液压站的输出压力总是会发生波动。压力的波动会使得液压支承元件的油膜厚度发生变化,这些油膜厚度的改变对超精密加工来说其影响是不可忽略的。另一方面,其压力波动频率与机床频率发生耦合,更加会带来各种振动,使得机床特性变差。
现有的液压站多采用三相异步电机带动油泵,采用溢流阀调压,由于三相异步电机转速的不稳定、无压力闭环的控制,使得油压和流量会有较大的波动,三相异步电机工作所产生的噪声和振动也大于伺服电机;而且,当液压支承元件的工作负载发生变化时,以往的液压站由于缺乏实时的压力反馈,系统无法及时使压力恢复到设定值而产生一定的偏差;另外,以往的液压站采用溢流阀+减压阀的形式调压会造成一定程度的能量损失,损失的能量转化为热量,导致油路温度的上升,不利于系统冷却。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于PLC液压站的压力/流量的闭环控制方法,本发明是为了克服现有液压站通常采用三相异步电机带动油泵,采用溢流阀减压阀进行调压,使用压力表对压力进行监测,使其存在测量的分辨率不足,及工作时所带来的振动、噪声和压力波动较大等因素,而对机床加工精度造成影响很大的问题。本发明的一种基于PLC液压站的压力/流量的闭环控制方法,它的控制方法步骤为:
步骤一:首先判断超精密机床的液体静压导轨的液压支承元件5所处的工况,若是负载稳定,则采用流量模式,若是负载不稳定,则采用压力模式;
步骤二:在触摸屏6上选择流量模式选项或压力模式选项;当选择流量模式选项后,输入流量设定值,再点击触摸屏6中“开始”按钮;当选择压力模式选项后,输入压力设定值,再点击触摸屏6中“开始”按钮;
步骤三:当PLC控制器8接到触摸屏6传过来的流量模式指令和流量设定值时,PLC控制器8将按照公式 计算出伺服电机3-2转速n,PLC控制器8通过模拟量输入输出模块9、伺服驱动器4、伺服电机3-2驱动油泵3-3按恒转速n运行,将液压油油箱1中的液压油通过吸油过滤器2过滤后泵到液压支承元件5内,由于本液压站的油路系统输出压力较低,泄漏可忽略不计,此时油泵3-3排量与转速的乘积就是本液压站的输出流量;当PLC控制器8接到触摸屏6传过来的压力模式指令和压力设定值时,PLC控制器8根据压力传感器3-4采集的压力信号数据,及输出压力与伺服电机3-2转速之间的关系式:,n为伺服电机转速,即泵转速,P为液压站输出压力,Vr为油泵的理论排量,Rh为供油对象的液阻,经过计算得到转速参数,通过模拟量输入输出模块9、伺服驱动器4、伺服电机3-2驱动油泵3-3按特定转速转动工作,将液压油油箱1中的液压油通过吸油过滤器2过滤后泵到液压支承元件5内,即控制输出流量,达到控制压力的目的;
步骤四:PLC控制器8在通过模拟量输入输出模块9、伺服驱动器4、伺服电机3-2驱动油泵3-3转动工作时,PLC控制器8还时实通过温度传感器3-1、压力传感器3-4的检测数据及伺服驱动器4的反馈参数数据,对压力不足、压力过高、油温过高和伺服电机3-2过载等故障会进行警报处理,即驱动警报灯7发光报警,并同时在触摸屏6中实时显示出详细信息。
本发明具有以下几方面优点:
(1)通过压力闭环的控制,其压力输出精度得到了提高,稳定性也得到了改善。
(2)使用高分辨率具有数显的压力传感器,其压力的测量精度比普通压力表要高出很多,而且其数显功能读取压力值更加直观。
(3)利用触摸屏,对液压站输出压力和输出流量可以进行数值化控制,相比于用溢流阀或流量阀来说,更加简便;另外,触摸屏还可以将液压站的压力值、电机转速值等一系列信号显示出来,方便读取。
(4)使用伺服电机调速来控制压力和流量,相比于溢流阀来说,减小了能量的损耗,因此油温也不会因此而大幅度升高,有利于系统的冷却。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1说明本实施方式,本实施方式的控制方法步骤为:
步骤一:首先判断超精密机床的液体静压导轨的液压支承元件5所处的工况,若是负载稳定,则采用流量模式,若是负载不稳定,则采用压力模式;
步骤二:在触摸屏6上选择流量模式选项或压力模式选项;当选择流量模式选项后,输入流量设定值,再点击触摸屏6中“开始”按钮;当选择压力模式选项后,输入压力设定值,再点击触摸屏6中“开始”按钮;
步骤三:当PLC控制器8接到触摸屏6传过来的流量模式指令和流量设定值时,PLC控制器8将按照公式计算出伺服电机3-2转速n,PLC控制器8通过模拟量输入输出模块9、伺服驱动器4、伺服电机3-2驱动油泵3-3按恒转速n运行,将液压油油箱1中的液压油通过吸油过滤器2过滤后泵到液压支承元件5内,由于本液压站的油路系统输出压力较低,泄漏可忽略不计,此时油泵3-3排量与转速的乘积就是本液压站的输出流量;当PLC控制器8接到触摸屏6传过来的压力模式指令和压力设定值时,PLC控制器8根据压力传感器3-4采集的压力信号数据,及输出压力与伺服电机3-2转速之间的关系式:,n为伺服电机转速,即泵转速,P为液压站输出压力,Vr为油泵的理论排量,Rh为供油对象的液阻,经过计算得到转速参数,通过模拟量输入输出模块9、伺服驱动器4、伺服电机3-2驱动油泵3-3按特定转速转动工作,将液压油油箱1中的液压油通过吸油过滤器2过滤后泵到液压支承元件5内,即控制输出流量,达到控制压力的目的;
步骤四:PLC控制器8在通过模拟量输入输出模块9、伺服驱动器4、伺服电机3-2驱动油泵3-3转动工作时,PLC控制器8还时实通过温度传感器3-1、压力传感器3-4的检测数据及伺服驱动器4的反馈参数数据,对压力不足、压力过高、油温过高和伺服电机3-2过载故障会进行警报处理,即驱动警报灯7发光报警,并同时在触摸屏6中实时显示出详细信息。
所述伺服驱动器4可选择电源为三相380V交流电的驱动器,具体型号可选择安川SGDV-5R5A01A;触摸屏6的型号为威纶通MT6056i;PLC控制器8的型号为西门子S7-200 224XP;模拟量输入输出模块9的型号为西门子EM235;油泵3-3的型号为不二越内啮合齿轮泵IPH-2A-6.5;压力传感器3-4的分辨率达到0.001MPa,其型号可选SMC公司ISE80-02-R;伺服电机3-2的型号为安川SGMJV-08ADE6S。
同时PLC控制器8通过温度传感器3-1、压力传感器3-4的检测数据及伺服驱动器4的反馈参数数据,能对于压力不足、压力过高、油温过高、伺服电机3-2过载等故障会进行警报处理,并且在触摸屏6中实时显示出详细信息。
考虑到伺服电机3-2运行的稳定,抑制噪声和振动,在油泵3-3排量Vr的选择上,根据公式,应使得油泵3-3转速n在500r/min~1000r/min左右,过高的转速会带来振动和噪声的加剧。
Claims (1)
1.一种基于PLC液压站的压力/流量的闭环控制方法,其特征在于它的控制方法步骤为:
步骤一:首先判断超精密机床的液体静压导轨的液压支承元件(5)所处的工况,若是负载稳定,则采用流量模式,若是负载不稳定,则采用压力模式;
步骤二:在触摸屏(6)上选择流量模式选项或压力模式选项;当选择流量模式选项后,输入流量设定值,再点击触摸屏(6)中“开始”按钮;当选择压力模式选项后,输入压力设定值,再点击触摸屏(6)中“开始”按钮;
步骤三:当PLC控制器(8)接到触摸屏(6)传过来的流量模式指令和流量设定值时,PLC控制器(8)将按照公式 计算出伺服电机(3-2)转速n,PLC控制器(8)通过模拟量输入输出模块(9)、伺服驱动器(4)、伺服电机(3-2)驱动油泵(3-3)按恒转速n运行,将液压油油箱(1)中的液压油通过吸油过滤器(2)过滤后泵到液压支承元件(5)内,由于本液压站的油路系统输出压力较低,泄漏可忽略不计,此时油泵(3-3)排量与转速的乘积就是本液压站的输出流量;当PLC控制器(8)接到触摸屏(6)传过来的压力模式指令和压力设定值时,PLC控制器(8)根据压力传感器(3-4)采集的压力信号数据,及输出压力与伺服电机(3-2)转速之间的关系式:,n为伺服电机转速,即泵转速,P为液压站输出压力,Vr为油泵的理论排量,Rh为供油对象的液阻,经过计算得到转速参数,通过模拟量输入输出模块(9)、伺服驱动器(4)、伺服电机(3-2)驱动油泵(3-3)按特定转速转动工作,将液压油油箱(1)中的液压油通过吸油过滤器(2)过滤后泵到液压支承元件(5)内,即控制输出流量,达到控制压力的目的;
步骤四:PLC控制器(8)在通过模拟量输入输出模块(9)、伺服驱动器(4)、伺服电机(3-2)驱动油泵(3-3)转动工作时,PLC控制器(8)还时实通过温度传感器(3-1)、压力传感器(3-4)的检测数据及伺服驱动器(4)的反馈参数数据,对压力不足、压力过高、油温过高和伺服电机(3-2)过载故障会进行警报处理,即驱动警报灯(7)发光报警,并同时在触摸屏(6)中实时显示出详细信息。
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