CN105822815B - 高精度带预计算的脉冲式电磁阀自动位置控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种高精度带预计算的脉冲式电磁阀自动位置控制方法，包括步骤：计算每次动作的油缸速度V_i；在油缸每次动作过程中不断更新其实际速度V；计算指令脉冲宽度t；通过计算得出准确的脉冲长度后，通过PLC给出定长的脉宽指令，以此控制电磁阀，使油缸准确、快速的定位；以及将本次动作的距离和时间根据油缸速度V_i的计算公式计算出本次速度后放入堆栈，剔除掉最早的速度，用以更新速度V，实现速度的自学习。本发明具有高精度、高速度、自学习的特点，能够使用于各种电磁阀控制的油缸设备，不限制任何的产品；一次计算设定成功后不需要进行维护；而一旦现场作业情况发生改变，能够通过自学习进行自动调整，完全不用人工干预而达到自动学习。

Description

高精度带预计算的脉冲式电磁阀自动位置控制方法

技术领域

本发明涉及一种电磁阀控制设备的自动控制方法，具体说，涉及一种电磁阀控制设备的高精度自动位置控制的方法。

背景技术

现有的自动位置控制(Auto Position Control,简称APC)的原理在于位置反馈控制，即根据设定位置与反馈位置得到的偏差值进行速度给定，从而以平滑的速度使机构动作到设定位置。

APC控制的使用按执行机构可分为两种方式：方式一，速度可变的控制，方式二，速度不可变的控制。其中，执行机构如是电机、伺服阀等控制的油缸为方式一，由于其速度可变，APC执行速度较快，精度较高。执行机构为电磁阀控制的油缸为方式二，其速度难以精确控制，就具有速度慢、精度低，且一旦现场改变就需重新调整的适应性差的缺点。

方式一的APC控制如图1所示。可编程逻辑控制器(PLC)给出目标位置，现场的检测元件测量当时的实际位置，并将其返回PLC。位置控制单元将目标位置与实际位置的差值经过增益，产生速度，以此来控制电机等装置，使其动作到目标位置。这类APC速度输出控制曲线如图2所示。在距离目标较远时，装置以最高速度运行；到达距离达到P2之前，速度按照曲线方式运行，然后沿曲线运行到爬行速度，当到达APC精度范围P1时停止。这种控制方式有定位快，精度高的优点。

方式二APC的控制图如图3所示。现场的使用中，根据需要也有很多电磁阀驱动油缸来进行APC控制的方式二。由于电磁阀不能调节速度，其油缸动作的快慢由进油、出油速度和油缸本身特性决定的，一般难以精确控制。APC速度曲线如图4所示。图4中，P1为方式二的APC精度。

针对方式二，可以看出，如果用户不希望油缸动作的时间太长，那么其速度必须设置的较快。这样，带来的后果有两个：1、APC精度必须设置的较大；2、APC过程有可能达不到设置精度范围内。这两个问题通常也是息息相关的。如果牺牲APC精度，将APC精度设置的较大，则油缸速度能够调整的较快，且APC过程很容易达到精度范围内；但APC精度设置的较小，则油缸速度就必须设置的较慢，否则很容易出现APC进不到精度范围内的情况。并且，方式二的APC存在的另一个问题在于，如果现场使用的条件发生了变化，如油路老化等，导致其油缸动作速度变慢，则需要维护人员手动重新调整APC精度，以维持正常使用。因此，目前方式二的电磁阀控制油缸的APC具有速度慢、精度差、不具备自动调整的缺点。因此针对方式二的缺点需要设计一种新型的自动位置控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度带预计算的脉冲式电磁阀自动位置控制方法，可克服现有的电磁阀控制油缸速度慢、精度差、不具备自动调整的缺陷。

本发明的高精度带预计算的脉冲式电磁阀自动位置控制方法，包括以下步骤：计算每次动作的油缸速度V_i；在油缸每次动作过程中不断更新其实际速度V；计算指令脉冲宽度t；通过计算得出准确的脉冲长度后，通过PLC给出定长的脉宽指令，以此控制电磁阀，使油缸准确、快速的定位；以及将本次动作的距离和时间根据油缸速度V_i的计算公式计算出本次速度后放入堆栈，剔除掉最早的速度，用以更新速度V，实现速度的自学习。

油缸第i次动作的油缸速度V_i根据以下公式计算：其中：T1_i是动作指令给出的时间，T2_i是动作指令结束的时间，L1_i和L2_i是设备的实际位置检测元件能够检测出动作前后的油缸行程。

不断更新的实际速度V是在第i次油缸动作时的油缸速度，根据以下公式计算：其中i是动作次数，M是速度个数。

指令脉冲宽度t根据以下公式计算：其中：L2为目标位置，L1为初始位置。

脉宽指令控制电磁阀，使油缸准确、快速的定位。

油缸速度记录实现方法包括：建立大小为M的内存块，以堆栈的方式记录下M个速度，当速度个数大于M时，剔除掉最早的速度，在内存块的最上方放入最新的速度，以使内存块中所有速度的平均值体现的当前油缸的状态及速度。

内存块的大小M根据系统选择合适的值。

系统选择合适的值M＝5。

还包括在计算每次动作的油缸速度V_i前手动动作几次油缸，次数大于M。

本发明高精度带预计算的脉冲式电磁阀自动位置控制方法，具有高精度、高速度、自学习的特点，能够使用于各种电磁阀控制的油缸设备，不限制任何的产品；本控制方法由于是程序设定的自动控制方法，一次计算设定成功后不需要进行维护；而一旦现场作业情况发生改变，能够通过自学习进行自动调整，完全不用人工干预而达到自动学习。

附图说明

图1是现有技术中执行机构为电机的油缸APC控制图；

图2是图1的电机APC速度-距离曲线示意图；

图3是现有技术中执行机构为电磁阀控制的油缸APC控制图；

图4是图2的电磁阀控制APC速度-距离曲线示意图；

图5是本发明一个实施例的高精度带预计算的脉冲式电磁阀自动位置控制方法的流程示意图；

图6是图5的脉冲式电磁阀自动位置控制方法中速度记录方式示意图；

图7是作为本发明方案的一个应用实例的宝钢1580mm热轧大侧压机导板油路示意图；以及

图8是本发明一个实施例的效果显示图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。首先需要说明的是，本发明并不限于下述具体实施方式，本领域的技术人员应该从下述实施方式所体现的精神来理解本发明，各技术术语可以基于本发明的精神实质来作最宽泛的理解。

如图5所示，本发明一个实施例的的高精度带预计算的脉冲式电磁阀自动位置控制方法，包括以下步骤：

步骤1，计算每次动作的油缸速度V_i；

步骤2，在油缸每次动作过程中不断更新其实际速度V；

步骤3，计算指令脉冲宽度t即脉冲时间t长度；

步骤4，通过计算得出准确的脉冲长度后，通过PLC给出定长的脉宽指令，以此控制电磁阀，使油缸准确、快速的定位；以及

步骤5，将本次动作的距离和时间根据油缸速度V_i的计算公式计算出本次速度后放入堆栈，剔除掉最早的速度，用以更新速度V，实现速度的自学习。

如图5所示，预计算阶段包括步骤1和步骤2，自动位置控制阶段包括步骤3和步骤4，自动调整阶段包括步骤5.

现对上述各步骤作进一步详细说明。

在步骤1中，在正式使用上述实施例方案前，必须先手动动作几次油缸，次数必须大于步骤2中设定的堆栈大小M。由于电磁阀控制的油缸速度与进油速度、出油速度、现场状况、响应时间等密切相关，因此，该速度无法从设备资料中直接获取，且不会是一个定值，而是一个随着设备使用状态略有变化的量。油缸第i次动作时，可编程逻辑控制器(PLC)会记录下动作指令给出的时间T1_i与动作指令结束的时间T2_i，设备的实际位置检测元件能够检测出动作前后的油缸行程L1_i和L2_i。那么油缸第i次动作的速度V_i为：

步骤2是本发明的关键步骤，通过该步骤计算获得准确的油缸动作速度V。当现场工况出现变化时，如油路、油质变化、设备老化等，速度就会缓慢的发生变化，如果速度计算值不能根据实际情况进行变化，那么精度将难以保证。本发明使用的油缸速度是根据每次动作时自动参与学习变化的，因此，系统能够根据现场工况的变化而自动调节。本发明的速度记录实现方法如图6所示：建立大小为M的内存块，以堆栈的方式记录下M个速度，当速度个数大于M时，剔除掉最早的速度，在内存块的最上方放入最新的速度。这样，内存块中所有速度的平均值体现的当前油缸的状态及速度。当工况变化造成油缸速度发生变化时，由于使用的速度V是不断替换的速度，因此，系统能够自动调节，以满足精度需求。内存块的大小M应根据系统选择合适的值，一般系统M＝5已足够。当然，M越大，系统越稳定，其变化也越小。由于油缸的速度每次都会略有差别，因此，在步骤2中，对于最终第i次油缸动作时方案使用的油缸速度为：

在步骤3中，利用步骤2计算出的速度V和指定的行程计算出指令脉冲宽度t。计算公式为：

公式3中，L2为目标位置，L1为初始位置。

在步骤5中，将本次动作的距离和时间计算入步骤1中的公式1，计算出本次速度后放入堆栈，剔除掉最早的速度，用以更新速度V，实现速度的自学习。

下面通过具体应用实例来进一步说明本发明的技术方案。以宝钢1580mm热轧大侧压机导板为例。

图7中，该导板(ENTRY SIDE GUIDE)由油缸H300控制开闭，油缸由PLC发指令给电磁阀S3005来进行控制,其位置反馈是由装在导板上的PLG303反馈给PLC的。

以下结合附图对本发明的电磁阀控制油缸的高精度自动位置控制的方法的步骤流程和工作原理进行详细说明以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。

步骤1

首先设置大小M＝5的内存块，以堆栈的形式记录每次动作时的速度。由于刚采用本技术时，从未计算过油缸速度，因此此时内存块的5个地址中都为0.

手动动作5次油缸，PLC记录下每次动作前后的位置和动作时间，并根据公式1进行计算，得出的速度值记录进内存块，越早的速度值越往下存放。

为了更好的说明，通过在线检测软件记录下这5次动作情况，表格如下：

PLC将这些速度值放入内存块，此时计算的速度V＝(70.2+70.1+70+69.7+70.3)/5＝70.06mm/s。此时已经能够进行自动位置控制了。

步骤2

经过5次手动动作，目前的油缸行程L1为997.3mm，PLC给出一个目标值L2，如1200mm，那么将L1、L2、V＝70.06mm/s(步骤S100计算所得)写入公式3，可得脉冲宽度t：

因此，PLC对电磁阀送出脉宽为2.89秒的脉冲信号，实现精确定位。

然后，本次2.89秒的脉冲行程结束后，实际位置为1199.2mm，计算本次速度为(1199.2-997.3)/2.89＝69.9mm/s。

将该速度放入内存块中，同时剔除掉第一次动作的速度70.3mm/s，下一次动作的速度V＝(69.9+70.2+70.1+70+69.7)/5＝69.98mm/s。

之后每次的动作都以此类推，使用最近的速度替换掉最早的速度，以此实现自学习。

使用本发明技术方案前，宝钢1580mm热轧大侧压机导板装置使用的是原有日本三菱提供的位置反馈式的APC，即实时监测现场位置，当实际位置到达目标位置的精度范围内后将速度信号切断，其APC精度较低，仅为30mm，且导板动作速度只能设置为70mm/s左右,如果速度设置太大，就无法保证30mm的精度了。采用了本发明技术方案后，APC精度大为提高，目前一直使用的APC精度为3mm，并且，由于精度达标后，将导板动作速度调整为95mm左右，大大提高了速度和精度，且本控制系统实现了免维护，自动计算速度。其技术效果显示于图8。

综上所述，本发明所述的高精度带预计算的脉冲式电磁阀自动位置控制方法，针对现场电磁阀控制的油缸精度差的缺点，从控制方法上进行改进，具有高精度、高速度、自学习的特点。本方法能够使用于各种电磁阀控制的油缸设备，不限制任何的产品；本控制方法由于是程序设定的自动控制方法，一次计算设定成功后不需要进行维护；而一旦现场作业情况发生改变，能够通过自学习进行自动调整，完全不用人工干预而达到自动学习。本发明改变目前电磁阀控制设备动作速度与精度矛盾的现状，并具有自调节的优点。这对于产品质量、设备精度都有很好的现场意义。并且，本技术适用性广泛，能用在大多数电磁阀控制的设备中，有很好的推广前景。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种高精度带预计算的脉冲式电磁阀自动位置控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

计算每次动作的油缸速度V_i；

在油缸每次动作过程中不断更新其实际速度V；

计算指令脉冲宽度t；

通过计算得出准确的脉冲长度后，通过PLC给出定长的脉宽指令，以此控制电磁阀，使油缸准确、快速的定位；以及

将本次动作的距离和时间根据油缸速度V_i的计算公式计算出本次速度后放入堆栈，剔除掉最早的速度，用以更新速度V，实现速度的自学习。

2.根据权利要求1所述的高精度带预计算的脉冲式电磁阀自动位置控制方法，其特征在于，油缸第i次动作的油缸速度V_i根据以下公式计算：其中：T1_i是动作指令给出的时间，T2_i是动作指令结束的时间，L1_i和L2_i是设备的实际位置检测元件能够检测出动作前后的油缸行程。

3.根据权利要求1所述的高精度带预计算的脉冲式电磁阀自动位置控制方法，其特征在于，不断更新的实际速度V是在第i次油缸动作时的油缸速度，根据以下公式计算：其中i是动作次数，M是速度个数。

4.根据权利要求1所述的高精度带预计算的脉冲式电磁阀自动位置控制方法，其特征在于，指令脉冲宽度t根据以下公式计算：其中：L2为目标位置，L1为初始位置。

5.根据权利要求1至4至任一项所述的高精度带预计算的脉冲式电磁阀自动位置控制方法，其特征在于，油缸速度记录实现方法包括：建立大小为M的内存块，以堆栈的方式记录下M个速度，当速度个数大于M时，剔除掉最早的速度，在内存块的最上方放入最新的速度，以使内存块中所有速度的平均值体现的当前油缸的状态及速度。

6.根据权利要求5所述的高精度带预计算的脉冲式电磁阀自动位置控制方法，其特征在于，内存块的大小M根据系统选择合适的值。

7.根据权利要求6所述的高精度带预计算的脉冲式电磁阀自动位置控制方法，其特征在于，系统选择合适的值M＝5。

8.根据权利要求3所述的高精度带预计算的脉冲式电磁阀自动位置控制方法，其特征在于，在计算每次动作的油缸速度V_i前手动动作几次油缸，次数大于M。