CN110871591A - 高速成型压机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速成型压机控制系统，包括通过第一伺服阀BY1与高速成型压机的主缸的上腔连通的上腔伺服泵及蓄能组件、通过第二伺服阀BY2与所述主缸的下腔连通的下腔伺服泵及蓄能组件、设于上腔与下腔之间的油路上的开关阀Y3、用于控制高速成型压机顺序动作的主控PLC、与所述主控PLC双向实时通讯的用于主动控制压机速度和压力的运动控制器、用于检测检测高速成型压机滑块油缸压力并将检测到的压力信号传送至所述运动控制器的上腔压力传感器B1和下腔压力传感器B2、用于检测高速成型压机滑块位移并将位移信号发送至所述运动控制器的位移传感器A；所述开关阀Y3、上腔伺服泵及蓄能组件、下腔伺服泵及蓄能组件均与所述主控PLC连接以受所述主控PLC的控制。

Description

高速成型压机控制系统

技术领域

本发明涉及一种高速成型压机控制系统。

背景技术

传统的高速成型压机的一般采用异步电机和泵的组合方式。在压机不需要工作的时候，异步电机一直在工作耗能，并且需要的泵数量较多，增加成本，响应速度慢，预存性较差。另外，传统的方式中上腔供油方式采用的非差动供油方式，在换阶段时，容易出现卡顿现象，压力控制精度待提高。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种节能、响应快、控制精准的高速成型压机控制系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种高速成型压机控制系统，包括通过第一伺服阀BY1与高速成型压机的主缸的上腔连通的上腔伺服泵及蓄能组件、通过第二伺服阀BY2与所述主缸的下腔连通的下腔伺服泵及蓄能组件、一设于上腔与下腔之间的油路上的开关阀Y3、一用于控制高速成型压机顺序动作的主控PLC、一与所述主控PLC双向实时通讯的用于主动控制压机速度和压力的运动控制器、一用于检测检测高速成型压机滑块油缸压力并将检测到的压力信号传送至所述运动控制器的上腔压力传感器B1和下腔压力传感器B2、一用于检测高速成型压机滑块位移并将位移信号发送至所述运动控制器的位移传感器A；所述开关阀Y3、上腔伺服泵及蓄能组件、下腔伺服泵及蓄能组件均与所述主控PLC连接以受所述主控PLC的控制，所述第一伺服阀BY1及第二伺服阀BY2均与所述运动控制器电连接，所述第二伺服阀BY2用于根据所述运动控制器的控制信号进行动作以使高速成型压机滑块快速下行、上行动作，所述第一伺服阀BY1用于根据所述运动控制器的控制信号进行动作以使控制滑块压制、升压、保压、开模上行动作。

进一步的，高速压机滑块的工作包括依次进行快速下行、一次压制、二次压制、升压、保压、慢速开模回程、快速回程七个阶段；

当运动控制器向第二伺服阀BY2发出-10V～0V的区间信号时，实现滑块的快速下行，同时下腔的排油全部进入上腔，信号值越小速度越快；

当运动控制器向第一伺服阀BY1发出0V～+10V的区间信号时，实现滑块的一次及二次压制，信号值越大压制速度越快；

当运动控制器向第一伺服阀BY1发出0V～+10V的区间信号时，实现滑块的升压；

当运动控制器向第一伺服阀BY1发出-2V～+2V的信号时，实现滑块的压力动态平衡，保证保压期间的压力精度；

当运动控制器向第一伺服阀BY1给出-5V～0V的信号时，实现滑块的慢速平稳开模，所述滑块的实际开模速度由第一伺服阀BY1和第二伺服阀BY2的共同控制；

当运动控制器向第二伺服阀BY2发出0V～+10V的区间信号时，实现滑块的慢速开模回程及快速回程，信号值越大速度越快。

进一步的，所述运动控制器通过以下公式计算得到液压系统所需提供的上腔实际进油流量q以及下腔实际排油流量q′，在快速下行过程中，从而控制所述第二伺服阀BY2的开量，在一次压制、二次压制两个阶段过程中，从而控制所述第一伺服阀BY1的开量：

式(一)中，q是液压系统所需提供的上腔实际进油流量，q′是下腔实际排油流量，D是主缸直径，d是指主缸的活塞杆直径，v₃是指滑块的实际压制速度；根据上腔实际进油流量q以及下腔实际排油流量q′，优先控制所述油路上的开关阀Y3打开以将下腔液压油送入上腔，所述下腔实际排油流量q′小于上腔实际进油流量q，根据具体差值控制所述第一伺服阀BY1的开量，从而保证上腔实际进油量。

进一步的，在升压阶段过程中，通过切断所述开关阀Y3从而断开下腔差动油路，运动控制器并检测出前一个阶段下腔油路的压力，从而计算知道滑块的自重压力，在该升压阶段过程中，所述运动控制器通过所需要的真实施加给上腔的推力F₃、滑块及模具的自重力F₀、工艺需要的设定压力F得到所需控制的上腔的目标压力p₁有如下关系，公式如下：

通过上述式(二)得到的上腔目标压力以及与上腔压力传感器所检测到的实时压力进行反复对比，当所检测到的压力值到达所述目标压力p₁且换算成推力后与F₃相等后，进入保压阶段，升压完成。

进一步的，当得到所需控制的目标压力p₁进入保压阶段时，通过通过以下耦合方式将速度轴切换为压力轴，：

S_P＝S_V+S′ (三)

式(三)及(四)中，S_P表示运行压力轴时目标位置，S_v表示速度轴切换至压力轴之前的那一瞬时的速度轴的目标位置，S′表示固定的偏移量，c表示通过压力轴的手动运行测试出来的一个常量系数。

进一步的，在开模回程阶段，所述运动控制器通过以下公式计算得到所需控制的下腔的目标压力p₂：

式(五)中，F₃表示工艺设定需要施加在上腔防止工件反弹的力，F₂表示通过控制第二伺服阀BY2后真实施加给下腔的压力，F₀表示滑块及模具的自重，F₁表示开模时下腔的受力有工件的反弹力，通过上述式(五)得到的下腔压力以及下腔压力传感器所检测到的实时压力进行反复对比，当所检测到的压力值到达所述目标压力p₂时，所述运动控制器控制第二电磁阀BY2的开量保持以使开模回程阶段的目标压力p₂恒定不变，同时在开模回程阶段，运动控制器按工艺设定开模速度控制第一伺服阀BY1，实现开模回程的速度控制。

本发明高速成型压机控制系统采用的高速成型液压机的控制方式，使得系统更加节能，响应更快，柔韧性更好，速度、压力控制精度更加精准，并且控制方式更加多样。该压机的实际控制精度要求：快下速度最大1000mm/s，回程最大900mm/s，压制40-250mm/s，压力精度额定压力的0.5％，其中快下采用的是差动控制方式，压力控制是在压制过程速度轴耦合实现的，具有工艺上防止工件反弹功能。

附图说明

图1是本发明高速成型压机控制系统一实施例的方框图。

图2是本发明高速成型压机控制系统一实施例的结构示意图。

图3是本发明高速成型压机的流量分析、受力分析示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1及图2，本实施例的一种高速成型压机控制系统，包括通过第一伺服阀BY1与高速成型压机的主缸的上腔连通的上腔伺服泵及蓄能组件1、通过第二伺服阀BY2与所述主缸的下腔连通的下腔伺服泵及蓄能组件2、一用于连通所述主缸的下腔与上腔的油路3、一设于所述油路3上的开关阀Y3、一用于控制高速成型压机顺序动作的主控PLC、一与所述主控PLC双向通讯的用于主动控制压机速度和压力的运动控制器、一用于检测检测高速成型压机滑块压力并将检测到的压力信号传送至所述运动控制器的上腔压力传感器B1和下腔压力传感器B2、一用于检测高速成型压机滑块位移并将位移信号发送至所述运动控制器的位移传感器A；所述开关阀Y3、上腔伺服泵及蓄能组件1、下腔伺服泵及蓄能组件2均与所述主控PLC均以受所述主控PLC的控制，所述第一伺服阀BY1及第二伺服阀BY2均与所述运动控制器电连接，所述第二伺服阀BY2用于根据所述运动控制器的控制信号进行动作以使高速成型压机滑块快速下行、上行动作，所述第一伺服阀BY1用于根据所述运动控制器的控制信号进行动作以使控制滑块压制、升压、保压、开模上行动作。伺服高速成型压机的速度、压力主动控制电气控制系统由主控PLC和运动控制器通过实时以太网连接配合控制，由PLC进行控制指令发送，运动控制器接收位移传感器A实时位置反馈信号和压力传感器的实时压力反馈信息，通过运动控制器进行程序计算，最终由高频响应伺服阀进行主动输出，从而实现主缸的分阶段主动速度、主动压力控制。本方案采用两套压制、回程系统，压机滑块主油缸的压制、回程系统独立分开，每个系统的动力油源由伺服泵+蓄能器方式提供(伺服泵不断的向蓄能器注入能量，当不需要注入能量时伺服泵自动待机；蓄能器作用是提供足够的动力源，同时降低系统的装机功率从而降低能耗)，通过控制伺服阀的开度和开口方向实现滑块的上下控制。

高速压机滑块的工作包括依次进行快速下行、一次压制、二次压制、升压、保压、慢速开模回程、快速回程七个阶段：

当运动控制器向第二伺服阀BY2发出-10V～0V的区间信号时，实现滑块的快速下行，同时下腔的排油全部进入上腔，信号值越小速度越快；

当运动控制器向第一伺服阀BY1发出0V～+10V的区间信号时，实现滑块的一次及二次压制，信号值越大压制速度越快；

当运动控制器向第一伺服阀BY1发出0V～+10V的区间信号时，实现滑块的升压；

当运动控制器向第一伺服阀BY1发出-2V～+2V的信号时，实现滑块的压力动态平衡，保证保压期间的压力精度；

当运动控制器向第一伺服阀BY1给出-5V～0V的信号时，实现滑块的慢速平稳开模，所述滑块的实际开模速度由第一伺服阀BY1和第二伺服阀BY2的共同控制；

当运动控制器向第二伺服阀BY2发出0V～+10V的区间信号时，实现滑块的慢速开模回程及快速回程，信号值越大速度越快。

请参见图3，在快速下行、一次压制及二次压制三个阶段过程中，所述运动控制器通过以下公式计算得到液压系统所需提供的上腔实际进油流量q以及下腔实际排油流量q′，从而控制所述第一伺服阀BY1的开量以及开关阀Y3的开量：

式(一)中，q是液压系统所需提供的上腔实际进油流量，q′是下腔实际排油流量，D是主缸直径，d是指主缸的活塞杆直径，v₃是指滑块的实际压制速度；根据上腔实际进油流量q以及下腔实际排油流量q′，优先控制所述油路3上的开关阀Y3打开以将下腔液压油送入上腔，所述下腔实际排油流量q′小于上腔实际进油流量q的情况下，根据具体差值控制所述第一伺服阀BY1的开量，从而保证上腔实际进油量。这种方式与传统的采用的非差动连接方式相比，节省流量Δq＝q′，而且使得从第一阶段转第二阶段的时候无缝衔接即无停顿现象。

在第四阶段的升压阶段过程中，通过切换所述开关阀Y3从而断开下腔差动油路3以使得下腔油路3保持前一阶段的压力，从而抵消滑块的自重压力，实现负载的受力F更加可控，完全不受滑块及模具自重力影响。在该升压阶段过程中，所述运动控制器通过所需要的真实施加给上腔的推力F₃、滑块及模具的自重力F₀得到所需控制的上腔的目标压力p₁，公式如下：

通过上述式(二)得到的上腔压力以及上腔压力传感器所检测到的实时压力进行反复对比，当所检测到的压力值到达所述目标压力p₁且换算成推力后与F₃相等后，进入保压阶段，升压完成。

在第四、五阶段，当已得到所需控制目标压力p₁，此时需要从速度轴切换到压力轴，这里采用了一种耦合方式。常规办法是在运行速度轴时有控制目标位置S_V和目标速度V_V，在运行压力轴时有控制目标位置S_P和目标速度V_P，在速度轴切压力轴时就是重新初始化目标位置和目标速度，执行效率会比较低。而本方案则采用耦合方式，在速度轴切压力轴时，不进行重新初始化，而是目标位置S_P＝S_V+S′，其中S′为一个固定的偏移量；目标速度直接切换到V_P，提高了系统执行效率，压力控制更加精准，优化了控制曲线。

此处的S_v为轴切换瞬时的速度轴目标位置，c为一测试出来适应系统的常量。也即，当得到所需控制的目标压力p₁进入保压阶段时，通过通过以下耦合方式将速度轴切换为压力轴，：

S_P＝S_V+S′ (三)

式(三)及(四)中，S_P表示运行压力轴时目标位置，S_v速度轴切换至压轴轴之前的速度轴的目标位置，S′表示固定的偏移量，c表示通过压力轴的手动运行测试出来的一个常量系数。

在第六阶段的开模回程阶段，大部分工艺要求能控制热成型工件的反弹力，防止反弹造成工件不合格或其他损害。原理：开模时下腔的受力有工件的反弹力F₁、BY2通过在下腔施加的一个压力F₂(下腔推力)、滑块及模具的自重F₀三部分组成；

此时F₁比F₃大很多，滑块处于被反弹状态，控制BY1按照设定的开模速度V被动开模，同时BY2打开一定的开口保证下腔油液充足，判断当BY2不施加力时下腔的力为滑块及模具自重，说明反弹力消失，开模完成。此被动开模过程始终保持上腔压力恒定实现平稳开模，假定上腔设定推力F3，则下腔控制目标压力为：

式(五)中，F₂表示通过控制第二伺服阀BY2后真实施加给下腔的压力，F₀表示滑块及模具的自重，F₁表示开模时下腔的受力有工件的反弹力，通过上述式(五)得到的下腔压力以及下腔压力传感器所检测到的实时压力进行反复对比，当所检测到的压力值到达所述目标压力p₂时，所述运动控制器控制第二电磁阀BY2的开量保持以使开模回程阶段的目标压力p₂恒定不变，同时在开模回程阶段，运动控制器按工艺设定开模速度控制第一伺服阀BY1，实现开模回程的速度控制。

本发明的高速成型压机控制系统，采用以上方案使得：1)滑块速度V36控制达到指标要求，在下行行程800mm，其中快下行程600mm，压制行程200mm，从开始下行到加压到额定压力800吨完成时间仅2.1S，接近国际最先进的2.0S。2)速度的柔性精确控制，各个阶段的实际跟设定基本相同，其中在快下切换到压制时实现了无缝衔接，解决了传统方式在这个过程会有停顿的现象。3)在很快速的加压过程中，最终压力控制过冲不超过10吨，持压控制精度在±5吨范围内，实现很好的压力控制效果。4)实现了真正意义的防止工件反弹，平稳开模功能。5)采用伺服泵+蓄能器的液压系统，总装机功率比同样参数压机常规配置降低了40％，降低了系统噪音，同时几乎没有能耗浪费。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种高速成型压机控制系统，包括通过第一伺服阀BY1与高速成型压机的主缸的上腔连通的上腔伺服泵及蓄能组件、通过第二伺服阀BY2与所述主缸的下腔连通的下腔伺服泵及蓄能组件、一设于上腔与下腔之间的油路上的开关阀Y3、一用于控制高速成型压机顺序动作的主控PLC、一与所述主控PLC双向实时通讯的用于主动控制压机速度和压力的运动控制器、一用于检测检测高速成型压机滑块油缸压力并将检测到的压力信号传送至所述运动控制器的上腔压力传感器B1和下腔压力传感器B2、一用于检测高速成型压机滑块位移并将位移信号发送至所述运动控制器的位移传感器A；所述开关阀Y3、上腔伺服泵及蓄能组件、下腔伺服泵及蓄能组件均与所述主控PLC连接以受所述主控PLC的控制，所述第一伺服阀BY1及第二伺服阀BY2均与所述运动控制器电连接，所述第二伺服阀BY2用于根据所述运动控制器的控制信号进行动作以使高速成型压机滑块快速下行、上行动作，所述第一伺服阀BY1用于根据所述运动控制器的控制信号进行动作以使控制滑块压制、升压、保压、开模上行动作。

2.如权利要求1所述的高速成型压机控制系统，其特征在于：高速压机滑块的工作包括依次进行快速下行、一次压制、二次压制、升压、保压、慢速开模回程、快速回程七个阶段；

当运动控制器向第二伺服阀BY2发出-10V～0V的区间信号时，实现滑块的快速下行，同时下腔的排油全部进入上腔，信号值越小速度越快；

当运动控制器向第一伺服阀BY1发出0V～+10V的区间信号时，实现滑块的一次及二次压制，信号值越大压制速度越快；

当运动控制器向第一伺服阀BY1发出0V～+10V的区间信号时，实现滑块的升压；

当运动控制器向第一伺服阀BY1发出-2V～+2V的信号时，实现滑块的压力动态平衡，保证保压期间的压力精度；

当运动控制器向第一伺服阀BY1给出-5V～0V的信号时，实现滑块的慢速平稳开模，所述滑块的实际开模速度由第一伺服阀BY1和第二伺服阀BY2的共同控制；

当运动控制器向第二伺服阀BY2发出0V～+10V的区间信号时，实现滑块的慢速开模回程及快速回程，信号值越大速度越快。

3.如权利要求2所述的高速成型压机控制系统，其特征在于：所述运动控制器通过以下公式计算得到液压系统所需提供的上腔实际进油流量q以及下腔实际排油流量q^′，在快速下行过程中，从而控制所述第二伺服阀BY2的开量，在一次压制、二次压制两个阶段过程中，从而控制所述第一伺服阀BY1的开量：

式(一)中，q是液压系统所需提供的上腔实际进油流量，q′是下腔实际排油流量，D是主缸直径，d是指主缸的活塞杆直径，v₃是指滑块的实际压制速度；根据上腔实际进油流量q以及下腔实际排油流量q′，优先控制所述油路上的开关阀Y3打开以将下腔液压油送入上腔，所述下腔实际排油流量q′小于上腔实际进油流量q，根据具体差值控制所述第一伺服阀BY1的开量，从而保证上腔实际进油量。

4.如权利要求3所述的高速成型压机控制系统，其特征在于：在升压阶段过程中，通过切断所述开关阀Y3从而断开下腔差动油路，运动控制器并检测出前一个阶段下腔油路的压力，从而计算知道滑块的自重压力，在该升压阶段过程中，所述运动控制器通过所需要的真实施加给上腔的推力F₃、滑块及模具的自重力F₀、工艺需要的设定压力F得到所需控制的上腔的目标压力p₁有如下关系，公式如下：

通过上述式(二)得到的上腔目标压力以及与上腔压力传感器所检测到的实时压力进行反复对比，当所检测到的压力值到达所述目标压力p₁且换算成推力后与F₃相等后，进入保压阶段，升压完成。

5.如权利要求4所述的高速成型压机控制系统，其特征在于：当得到所需控制的目标压力p₁进入保压阶段时，通过通过以下耦合方式将速度轴切换为压力轴，：

S_P＝S_V+S′ (三)

式(三)及(四)中，S_P表示运行压力轴时目标位置，S_v表示速度轴切换至压力轴之前的那一瞬时的速度轴的目标位置，S′表示固定的偏移量，c表示通过压力轴的手动运行测试出来的一个常量系数。

6.如权利要求5所述的高速成型压机控制系统，其特征在于：在开模回程阶段，所述运动控制器通过以下公式计算得到所需控制的下腔的目标压力p₂：

式(五)中，F₃表示工艺设定需要施加在上腔防止工件反弹的力，F₂表示通过控制第二伺服阀BY2后真实施加给下腔的压力，F₀表示滑块及模具的自重，F₁表示开模时下腔的受力有工件的反弹力，通过上述式(五)得到的下腔压力以及下腔压力传感器所检测到的实时压力进行反复对比，当所检测到的压力值到达所述目标压力p₂时，所述运动控制器控制第二电磁阀BY2的开量保持以使开模回程阶段的目标压力p₂恒定不变，同时在开模回程阶段，运动控制器按工艺设定开模速度控制第一伺服阀BY1，实现开模回程的速度控制。

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