CN104728214B - 一种基于plc控制的集成式液压站 - Google Patents

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Abstract

一种基于PLC控制的集成式液压站，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。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PLC控制器的显示和控制数据输入输出端与触摸屏的数据输入输出端连接，PLC控制器的数据总线端与模拟量输入输出模块的数据总线端连接，模拟量输入输出模块的模拟量输出端与伺服驱动器的控制输入端连接，伺服驱动器的输出输入控制端与伺服电机的输入输出控制端连接。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

一种基于PLC控制的集成式液压站
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
由于液体静压导轨有刚度高、爬行小、负载大、运动精度高等优点，被广泛应用于精密和超精密加工机床；液体静压导轨的稳定工作的前提条件是需要有一套液压站对其供油，以往的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，其测量的分辨率不足，且工作时所带来的振动、噪声以及压力波动较大等因素对机床加工精度造成的影响很大，另外，当振动频率与液体静压导轨发生耦合的情况下，会使得静压导轨因为振动而造成其精度大大降低，进一步影响机床加工质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于PLC控制的集成式液压站，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控制的集成式液压站，它包括液压油油箱1、吸油过滤器2、液压油泵执行总成3、伺服驱动器4、触摸屏6、警报灯7、PLC控制器8、模拟量输入输出模块9、24V直流电源10；
液压油泵执行总成3包括底座3-1、伺服电机3-2、十字滑块联轴器3-3、压力传感器3-4、油泵3-5、蓄能器3-6、温度传感器3-7、安全阀3-8；伺服电机3-2和油泵3-5都安装在底座3-1上，伺服电机3-2通过十字滑块联轴器3-3与油泵3-5传动连接，压力传感器3-4、蓄能器3-6、温度传感器3-7和安全阀3-8都安装在油泵3-5的输出管路上；油泵3-5的输入端口与吸油过滤器2的输出端口连通，吸油过滤器2浸在液压油油箱1中的液压油内；
PLC控制器8的显示和控制数据输入输出端与触摸屏6的数据输入输出端连接，PLC控制器8的报警灯驱动输出端连接警报灯7，PLC控制器8的数据总线端与模拟量输入输出模块9的数据总线端连接，模拟量输入输出模块9的模拟量输出端与伺服驱动器4的控制输入端连接，伺服驱动器4的输出输入控制端与液压油泵执行总成3中伺服电机3-2的输入输出控制端连接，模拟量输入输出模块9的温度信号输入端与液压油泵执行总成3中温度传感器3-7的信号输出端连接，模拟量输入输出模块9的压力信号输入端与液压油泵执行总成3中压力传感器3-4的信号输出端连接；触摸屏6、PLC控制器8和模拟量输入输出模块9的电源输入端都与24V直流电源10的输出端连接；油泵3-5的输出管路的输出端口与液压支承元件5的输入端口连接。
本发明具有以下几方面优点：
（1）本液压站使用压力闭环，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；
（2）本液压站使用触摸屏对系统进行实时监测和控制，并带有警报功能，方便操作员获取信息数据，提高油压控制精度，使用安全；
（3）本液压站进行一体化集成设计，简洁美观，操作十分方便；
（4）利用改变流量的方式调节油压，没有溢流阀、减压阀等耗能元件，具有节能环保的作用。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是具体实施方式二的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式由液压油油箱1、吸油过滤器2、液压油泵执行总成3、伺服驱动器4、触摸屏6、警报灯7、PLC控制器8、模拟量输入输出模块9、24V直流电源10组成；
液压油泵执行总成3包括底座3-1、伺服电机3-2、十字滑块联轴器3-3、压力传感器3-4、油泵3-5、蓄能器3-6、温度传感器3-7、安全阀3-8；伺服电机3-2和油泵3-5都安装在底座3-1上，伺服电机3-2通过十字滑块联轴器3-3与油泵3-5传动连接，压力传感器3-4、蓄能器3-6、温度传感器3-7和安全阀3-8都安装在油泵3-5的输出管路上；油泵3-5的输入端口与吸油过滤器2的输出端口连通，吸油过滤器2浸在液压油油箱1中的液压油内；
PLC控制器8的显示和控制数据输入输出端与触摸屏6的数据输入输出端连接，PLC控制器8的报警灯驱动输出端连接警报灯7，PLC控制器8的数据总线端与模拟量输入输出模块9的数据总线端连接，模拟量输入输出模块9的模拟量输出端与伺服驱动器4的控制输入端连接，伺服驱动器4的输出输入控制端与液压油泵执行总成3中伺服电机3-2的输入输出控制端连接，模拟量输入输出模块9的温度信号输入端与液压油泵执行总成3中温度传感器3-7的信号输出端连接，模拟量输入输出模块9的压力信号输入端与液压油泵执行总成3中压力传感器3-4的信号输出端连接；触摸屏6、PLC控制器8和模拟量输入输出模块9的电源输入端都与24V直流电源10的输出端连接；油泵3-5的输出管路的输出端口与液压支承元件5的输入端口连接。
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S7-200224XP；模拟量输入输出模块9的型号为西门子EM235；油泵3-5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。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本具体实施方式与具体实施方式一的不同点在于触摸屏6上设置有流量模式和压力模式选项；当选择流量模式时，PLC控制器8自动按照公式计算出伺服电机3-2转速n，让伺服电机3-2恒转速n运行，此时油泵3-5排量与转速的乘积就是输出流量；同时PLC控制器8根据油泵3-5输出油路的压力变化判断油泵3-5输出油路是否泄露或者堵塞；当选择压力模式时，先输入压力设定值，然后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3-2转速，即油泵3-5转速，P为液压站输出压力，Vr为油泵3-5的理论排量，Rh为供油对象的液阻，通过伺服电机3-2驱动油泵3-5恒压压力闭环条件转动工作；同时PLC控制器8根据伺服电机3-2的转速是否发生变化，来判断油泵3-5的输出油路是否泄露或者堵塞。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
本实施方式能适应多种工作模式，能实现压力闭环工作和速度闭环工作，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。
具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本具体实施方式在具体实施方式一的基础上增加有箱体11；箱体11总共分为上中下三层；
警报灯7和触摸屏6都设置箱体11的上部面板上；伺服驱动器4、PLC控制器8、模拟量输入输出模块9和24V直流电源10都设置在箱体11的上层内；液压油泵执行总成3设置在箱体11的中层内；液压油油箱1和吸油过滤器2都设置在箱体11的下层内。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
本实施方式为一体化集成设计，简洁美观，操作十分方便；
工作原理：
在运行系统之前，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，需要得到静压导轨正常运行时所需的流量；若是负载不稳定，则采用压力模式，需要得到静压导轨正常运行时所需的压力。之后将液压站的液压油输出端与静压导轨液压油输入端相连，保证油路没有泄露后；
1、对于负载稳定的工况，在触摸屏6中选择流量模式，并且输入流量设定值，点击触摸屏6中“开始”按钮，此时PLC控制器8会根据触摸屏6输入的设定命令和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3-5转动工作，在上述流量模式下，PLC控制器8自动按照公式计算出伺服电机3-2转速n，让伺服电机3-2恒转速n运行，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3-5排量与转速的乘积就是本液压站的输出流量。
2、对于负载不稳定的工况，在触摸屏6中选择压力模式，并且输入压力设定值，点击触摸屏6中“开始”按钮，此时PLC控制器8会启用程序中PID算法，同时PLC控制器8根据压力传感器3-4采集的压力信号数据，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3-5按特定转速转动工作，控制输出流量，达到控制压力的目的。
同时PLC控制器8通过温度传感器3-7、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3-5排量Vr的选择上，根据公式，应使得油泵3-5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 (2)

1.一种基于PLC控制的集成式液压站，其特征在于它包括液压油油箱（1）、吸油过滤器（2）、液压油泵执行总成（3）、伺服驱动器（4）、触摸屏（6）、警报灯（7）、PLC控制器（8）、模拟量输入输出模块（9）、24V直流电源（10）；
液压油泵执行总成（3）包括底座（3-1）、伺服电机（3-2）、十字滑块联轴器（3-3）、压力传感器（3-4）、油泵（3-5）、蓄能器（3-6）、温度传感器（3-7）、安全阀（3-8）；伺服电机（3-2）和油泵（3-5）都安装在底座（3-1）上，伺服电机（3-2）通过十字滑块联轴器（3-3）与油泵（3-5）传动连接，压力传感器（3-4）、蓄能器（3-6）、温度传感器（3-7）和安全阀（3-8）都安装在油泵（3-5）的输出管路上；油泵（3-5）的输入端口与吸油过滤器（2）的输出端口连通，吸油过滤器（2）浸在液压油油箱（1）中的液压油内；
PLC控制器（8）的显示和控制数据输入输出端与触摸屏（6）的数据输入输出端连接，PLC控制器（8）的报警灯驱动输出端连接警报灯（7），PLC控制器（8）的数据总线端与模拟量输入输出模块（9）的数据总线端连接，模拟量输入输出模块（9）的模拟量输出端与伺服驱动器（4）的控制输入端连接，伺服驱动器（4）的输出输入控制端与液压油泵执行总成（3）中伺服电机（3-2）的输入输出控制端连接，模拟量输入输出模块（9）的温度信号输入端与液压油泵执行总成（3）中温度传感器（3-7）的信号输出端连接，模拟量输入输出模块（9）的压力信号输入端与液压油泵执行总成（3）中压力传感器（3-4）的信号输出端连接；触摸屏（6）、PLC控制器（8）和模拟量输入输出模块（9）的电源输入端都与24V直流电源（10）的输出端连接；油泵（3-5）的输出管路的输出端口与液压支承元件（5）的输入端口连接，触摸屏（6）上设置有流量模式和压力模式选项；当选择流量模式时，PLC控制器（8）自动按照公式计算出伺服电机（3-2）转速n，让伺服电机（3-2）恒转速n运行，此时油泵（3-5）排量与转速的乘积就是输出流量；同时PLC控制器（8）根据油泵（3-5）输出油路的压力变化判断油泵（3-5）输出油路是否泄露或者堵塞；当选择压力模式时，先输入压力设定值，然后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（3-2）转速，即油泵（3-5）转速，P为液压站输出压力，Vr为油泵（3-5）的理论排量，Rh为供油对象的液阻，通过伺服电机（3-2）驱动油泵（3-5）恒压压力闭环条件转动工作；同时PLC控制器（8）根据伺服电机（3-2）的转速是否发生变化，来判断油泵（3-5）的输出油路是否泄露或者堵塞。
2.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的集成式液压站，其特征在于增加有箱体（11）；箱体（11）总共分为上中下三层；警报灯（7）和触摸屏（6）都设置箱体（11）的上部面板上；伺服驱动器（4）、PLC控制器（8）、模拟量输入输出模块（9）和24V直流电源（10）都设置在箱体（11）的上层内；液压油泵执行总成（3）设置在箱体（11）的中层内；液压油油箱（1）和吸油过滤器（2）都设置在箱体（11）的下层内。
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