CN204800812U - 液压制砖设备自动控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种液压制砖设备自动控制装置，包括带有上、下油缸充液的液压双向加压机构和压力控制系统，压力控制系统的加压采用双闭环压力控制，液压双向加压机构采用控制双向压密液压成型加压；压力传感器和位移传感器分别与油缸活塞相连接，压力控制系统采集压力内环由油缸进口压力传感器提供电流信号输入给A/D转换模块，位置外环由安装在上、下油缸间的位移传感器磁尺提供电流信号输入给A/D转换模块，该电流信号经过PID运算调节输出信号驱动伺服阀门的开度来实现精确定位，应用该制砖设备可提高粉煤灰的掺入量、降低企业成本与能耗、提高劳动生产率。该设计是具有节能环保意义和较高经济效益的面向墙体材料制造企业的一体化解决方案。

Description

液压制砖设备自动控制装置

技术领域

本实用新型涉及液压制砖设备技术领域，特别是一种液压制砖设备自动控制装置。

背景技术

当前用于液压制砖设备的自动控制方案多以单向加压、单机分体、开关量控制为主，产生了压制大尺寸制品成型困难，砖坯上下密度不一致，对于含水量不同的物料不能调节压制参数，没有充分考虑压机设备的组网要求等问题。传统的压机控制方案采用点对点的模式，PLC模块在控制柜内，光电开关、编码器等传感设备和执行元件在设备上，这样就需要从设备到控制柜大量布线，由此产生了干扰、走线等一系列问题，现有控制技术始终未形成机电一体化的全方位解决方案。

实用新型内容

本实用新型目的是克服现有技术存在不足，提供一种液压制砖设备自动控制装置。本

实用新型的目的可以通过以下措施来达到：一种液压制砖设备自动控制装置，包括带有上、下油缸充液的液压双向加压机构和压力控制系统，还包括由编程控制器、液压机构对双向加压液压压砖机和配套码坯机进行控制，通过液压阀、伺服阀门、传感器集成块、编程控制器、变频器、柱塞泵、齿轮泵工作，实现制砖设备的进料、压制、顶出、取坯、码坯动作，通过触摸屏和上位机进行人机对话；其特征在于：压力控制系统的加压采用双闭环压力控制，液压双向加压机构采用控制双向压密液压成型加压；压力传感器和位移传感器分别与油缸活塞相连接，主站PLC的CPU置于控制柜内，主站与分站之间连接数据线；压力控制系统采集的压力内环是由油缸进口压力传感器提供电流信号输入给A/D转换模块，位置外环是由安装在上、下油缸间的位移传感器磁尺提供电流信号输入给A/D转换模块，该电流信号经过PID运算调节输出信号驱动伺服阀门的开度来实现精确定位，伺服阀门阀芯的开口量与输入电流的大小成正比；PID运算后的输出数据存入PLC内部数据寄存器，经过PLC的D/A转换成模拟量输出信号后，传送给比例放大器。

双闭环压力控制中，主站PLC把压力内环、位置外环反馈来的实时信息进行分析，将其与系统要求达到的状态信息相比较，预知下一时刻执行元件的状态并发出调整后的控制信号。

压力控制系统采集压力内环由油缸进口压力传感器提供4-20mA电流信号输入给A/D转换模块，位置外环由安装在上、下油缸间的位移传感器磁尺提供4-20mA电流信号输入给A/D转换模块。

本实用新型与现有技术相比具有如下特点：1、实现了液压传动下的双向加压，系统压力高、成型压力大，改变了物料与模具侧板摩擦而造成压力衰减使砖坯上下密度比一致的弊端；2、物料适应性强，双向加压增加排气次数，提高了砖坯的成品率；3、压制成型过程中可根据物料成份调节成型压力；4、压制成型阶段采用双闭环控制，砖坯成型尺寸误差减小，压制精度达到±0.1mm；5、与传统控制方案相比减少了现场布线、提高了通讯速率、减小了干扰。

附图说明

图1为自动控制系统构成图。

图2为液压制砖设备双闭环控制流程图。

图3为液压制砖设备整体自控流程图。

图4为液压制砖设备自控系统中的液压自控示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型带有上、下油缸充液的液压双向加压机构和压力控制系统，由编程控制器、液压机构对双向加压液压压砖机和配套码坯机进行控制，通过液压阀、伺服阀门、传感器集成块、编程控制器、光电开关、物料探头、变频器、调速电机、柱塞泵、齿轮泵的工作，实现制砖设备的进料、压制、顶出、取坯、码坯动作，通过触摸屏和上位机进行人机对话；根据工况选择预制的多种控制方式，增强了控制系统的通用性和可操作性。

本实用新型应用液压技术实现上、下油缸同时加压，在加压方式上采用可控制双向压密液压成型，压力控制系统的加压采用双闭环压力控制方式。当物料注满后，喂料机构返回；喂料机构返回到原点后上油缸动作，推动上模插入模具中，完成对物料的第一次加压；当上模具运行到下始点时，下模具在下油缸的推动下开始上行对物料第二次加压；当下模具上行到中位时第二次加压结束。此时上、下油缸的互连阀打开，液压系统达到高压(30MPa)，上、下油缸共同动作，实现对物料的第三次加压。至此压制环节结束，生产线将转入码坯环节。通过三次加压，使物料三次排气，上下均匀受力，避免了单向加压的压砖机容易出现的物料分层现象，实现砖坯的均匀密实，增加了强度。

砖坯的厚度控制是通过控制上、下油缸的相对位置，即调节伺服阀门的开度实现的，同时还要保证液压系统有一定的压力。自控程序采用双闭环控制，压力内环是由油缸进口压力传感器提供4-20mA电流信号输入给A/D转换模块，位置外环是由安装在上、下油缸间的位移传感器磁尺提供4-20mA电流信号输入给A/D转换模块，该电流信号经过PID运算调节输出信号，PID调节根据这两个数据来调节伺服阀门的开度以实现精确定位。当系统刚开始压制过程时，压力值比较重要，则此时程序以压力内环控制为主。当系统压制过程快结束时，位置值比较重要，则此时程序以位置外环控制为主(见图2)。

在电气伺服控制系统中，PID控制算法的模拟表达式为：

$M\left(t\right)=\mathrm{Kp}[e\left(t\right)+\frac{1}{\mathrm{Ti}}\underset{0}{\overset{t}{\∫}}e\left(t\right)\mathrm{dt}+\frac{1}{\mathrm{Td}}\mathrm{de}\left(t\right)/\mathrm{dt}]+M0$

如图1所示，本控制装置压机与压机之间以及压机与附属传感器之间的通讯采用标准工业总线PROFIBUS方式。

采用本方案的总线通讯方式后，主站PLC的CPU置于控制柜内，在设备的传感器和执行元件集中部位设分站，主站与分站数据传输仅靠一条数据线进行，这样就大大减少了布线量、提高了数据传输的可靠性。

如图3、图4所示，液压制砖设备自动控制的工作流程主要分为压制成型和码坯两个环节。压制成型环节由双向加压液压压砖机来完成，从料斗装满物料开始，通过电振的振捣均匀的输送到喂料机构中的料箱内，然后由水平油缸沿工作台将料箱推至模具上面，此时料箱上的料刀在液压马达的作用下开始旋转，物料被均匀打入模具中，物料注满后，喂料机构返回。喂料机构返回到原点后上油缸动作，推动上模插入模具中，完成对物料的第一次加压。当上模具运行到下始点时，下模具在下油缸的推动下开始上行开始对物料的第二次加压，当下模具上行到中位时第二次加压结束。此时上下油缸的互连阀y11a打开(见图4)，液压系统达到高压(30MPa)，上下油缸共同动作，实现对物料的第三次加压，至此压制环节结束，此时上缸互连阀y11b开启泄压，上缸换向阀(y7a、y7b)连接上油缸，充液开关阀y9a连接上缸充液阀，S8为油压监测(见图4)，生产线将转入码坯环节。通过三次加压，使物料三次排气，上下均匀受力，避免了单向加压的压砖机容易出现的物料分层现象，实现砖坯的均匀密实，增加了强度。

码坯环节由码坯机来完成，码坯机在检测到出砖信号后，由液压缸驱动气动夹具纵向行走，夹砖取坯，由电动机构驱动夹具横向行走，将砖坯码垛。整个动作流程中要求压砖机、码坯机联机动作，压砖机动作的难点是动作连贯，节省动作时间，码坯机动作的难点是走位准确。

如图4所示，控制装置共用一套液压控制系统，由齿轮泵、柱塞泵各一台提供动力源，采用双电机驱动双泵工作，这是由于齿轮泵能获得较大流量，使系统动作速度加快，柱塞泵为终压时能获得较高的压力，使砖强度达到要求。通过安装在管路中的单向阀、溢流阀、充液阀的配合动作使系统高、低压之间联通或截止，高、低压系统可以互相补充，以便合理发挥泵的效率。为了提高效率增加产量，液压系统采用上下油缸充液并双向加压，从而大大提高速度，每个工作循环仅需12秒，改变了通常压机速度慢，效率低的状态。在液压系统设计中，最突出的特点是双向加压。上下油缸等缸径设计可实现同时加压，从而改善由于物料加压过程摩擦力所造成的制品上下分层密度不等的现象，由于采用双向加压成型制品高度可以加大到300mm。

本自动控制装置的加压环节采用双闭环控制方式，主站PLC把压力内环、位置外环反馈来的实时信息进行分析，将其与系统要求达到的状态信息相比较，并预知在现有的状态下，下一时刻执行元件的状态，发出调整后的控制信号，使执行元件进一步贴近控制系统要求的状态。这一环节最为重要的就是对反馈信息做出正确，及时地分析、对比。在经典的控制理论中，最常用的控制算法就是PID调节。本控制方案中主站PLC的PID控制算法设计是以连续的PID控制规律为基础的双闭环控制(见图2)。首先主站PLC根据采集的信号计算出偏差en通过PID控制算法计算出控制量，并输出控制量M(t)，pn为设定值，pvn为反馈量。输出控制量M(t)通过FX2N-4DA的D/A转换来实现。PID运算后的输出数据存入PLC内部数据寄存器(D502)。经过PLC的D/A转换成4-20mA的模拟量输出信号后，传送给比例放大器，由于伺服阀门阀芯的位置与输入电流成比例，伺服阀门阀芯的开口量与输入电流的大小成正比，从而使期望系统压力数值同液压缸的实际压力值一致，达到精确控制液压系统终压压力的目的。

Claims (3)

1.一种液压制砖设备自动控制装置，包括带有上、下油缸充液的液压双向加压机构和压力控制系统，还包括由编程控制器、液压机构对双向加压液压压砖机和配套码坯机进行控制，通过液压阀、伺服阀门、传感器集成块、编程控制器、变频器、柱塞泵、齿轮泵工作，实现制砖设备的进料、压制、顶出、取坯、码坯动作，通过触摸屏和上位机进行人机对话；其特征在于：压力控制系统的加压采用双闭环压力控制，液压双向加压机构采用控制双向压密液压成型加压；压力传感器和位移传感器分别与油缸活塞相连接，主站PLC的CPU置于控制柜内，主站与分站之间连接数据线；压力控制系统采集的压力内环是由油缸进口压力传感器提供电流信号输入给A/D转换模块，位置外环是由安装在上、下油缸间的位移传感器磁尺提供电流信号输入给A/D转换模块，该电流信号经过PID运算调节输出信号驱动伺服阀门的开度来实现精确定位，伺服阀门阀芯的开口量与输入电流的大小成正比；PID运算后的输出数据存入PLC内部数据寄存器，经过PLC的D/A转换成模拟量输出信号后，传送给比例放大器。

2.根据权利要求1所述的液压制砖设备自动控制装置，其特征在于：双闭环压力控制中，主站PLC把压力内环、位置外环反馈来的实时信息进行分析，将其与系统要求达到的状态信息相比较，预知下一时刻执行元件的状态并发出调整后的控制信号。

3.根据权利要求1所述的液压制砖设备自动控制装置，其特征在于：压力控制系统采集压力内环由油缸进口压力传感器提供4-20mA电流信号输入给A/D转换模块，位置外环由安装在上、下油缸间的位移传感器磁尺提供4-20mA电流信号输入给A/D转换模块。