CN206317443U - 伺服油压机高精度位置控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种伺服油压机高精度位置控制系统，本实用新型所要解决的技术问题，在于克服背景技术中提及的现有技术中伺服油压机存在的控制精度较低的技术缺陷。技术方案是：一种伺服油压机高精度位置控制系统，包括主控制器，运动控制器，伺服驱动器，伺服电机，定量泵，阀组切换控制系统和位移传感器。优点，本系统通过这种运动控制模块与主PLC控制信号交互的方式，普通逻辑控制与运动控制运算可以分开进行，节省调试时间的同时。只要在原有常规的普通伺服油压机进行改进，即可轻松实现普通伺服液压机的高精度位置控制。

Description

伺服油压机高精度位置控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种伺服油压机高精度位置控制系统。

背景技术

近几年国内伺服油压机，由于将传统的普通三相异步电机替换为伺服电机，将传统变量泵替换为定量泵组，能够在设备待机状态下，控制电机停止运行，因此具备节能、降噪等优势。滑块位置控制做为伺服油压机的基本功能之一，其控制精度在特定产品的压制过程中起着重要作用。但大多数伺服油压机的位置控制精度均较低。目前为了获得较高的位置控制精度，采取的常见的方式为一：在滑块工进阶段，通过PLC检测位移传感器数据与目标位置进行比较，当接近目标位置时，逐步减小伺服电机的转速，使滑块速度降下来，慢慢接近最终目标位置。方式二：借助机械死挡块或模具进行位置限位。

但是第一种方式由于PLC顺序扫描时间的不确定性及模拟量位移传感器在检测长距离位移时分辨率较低，导致每次定位判断都存在不确定性，因此控制精度较低，一般控制精度在±0.5mm。在对位置精度要求高的应用场合，很难保产品加工的工艺要求。第二种方式采取机械死挡块，这种调整不同的位置时，调整繁琐，费时费力。如果靠模具闭合来保证产品精度，不同的产品均需要对模具施加较高压力，压制力往往不能根据工件实际所需压力进行加压，额外增加设备负担，对模具也有一定损伤。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题，在于克服背景技术中提及的现有技术中伺服油压机存在的控制精度较低的技术缺陷。

本实用新型的设计思想是，采用主控制器与运动控制器组合的方式对油缸的控制功能进行分工。运动控制器作为子模块，完成各个工况中的高精度位置控制的任务，而主控制器负责常规油缸的逻辑动作控制任务。

本实用新型目的，提出了一种实现简便，易于维护，经济的液压机高精度位置控制系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案是：

一种伺服油压机高精度位置控制系统，包括主控制器，与主控制器电连接的运动控制器，与运动控制器电连接的伺服驱动器，与伺服驱动器电连接的伺服电机，伺服电机通过联轴器连接定量泵，定量泵电连接阀组切换控制系统，阀组切换控制系统电连接油缸，运动控制器与主控制器分别电连接阀组切换控制系统；

运动控制器电连接位移传感器，位移传感器设置在油缸侧面的滑块上用于检测油缸的实时位置。

本实用新型的伺服油压机位置控制系统的原理：当油缸在快下、泄压、回程时常规逻辑应用场合，闭环位置功能关闭，运动控制器通过RS485通讯接收主控制器的速度、压力指令，只起中间过渡作用传递给伺服驱动器进行转速调节。当在工进阶段启动高精度闭环指令，闭环位置功能启动，运动控制器进行闭环算法控制，输出经过计算的速度指令，控制伺服电机速度，实现高精度定位控制，控制精度达±0.01mm。

本实用新型技术方案中采用运动控制器，直接取油缸侧面滑块上的位移传感器的滑块的位置脉冲信号通过比例、积分、前馈的方式对误差信号进行运算处理，而不是传统的位置信号进主PLC控制器的方式，避免了位置信号的精度损失。

本实用新型技术方案中的伺服驱动器接收的速度指令为运动控制模块经过闭环运算的速度指令模拟量信号，而不直接主控制器的模拟量输出信号。

对本实用新型技术方案的改进，主控制器采用PLC控制器。

对上述技术方案的进一步改进，运动控制器采用RS485通讯协议接收PLC控制器的指令。运动控制器采用的是现有技术中的埃斯顿ESMotion系列运动控制器。

对本实用新型技术方案的改进，伺服油压机高精度位置控制系统还包括在运动控制器与伺服驱动器之间设置安全检测系统，安全检测系统包括串联的通讯检测继电器、外部急停继电器和外部准备就绪继电器。当以上均正常时，总的正常信号继电器接入到运动控制器的模拟量输出端，接通速度指令输出。

对本实用新型技术方案的改进，阀组切换控制系统包括用于控制液压油路的压力、流量和方向的电磁阀组和用于控制电磁阀电源的切换电路。1)在电磁阀的电源回路中，串入固态继电器的输出触点通断控制，正常使用时该输出触点一直处于接通状态，使外部PLC主控制可以直接控制电磁阀。2)在运动控制器11采用闭环控制时，当运动控制器11检测到油缸110位置的到位信号后，随即输出固态继电器断开信号，达到快速切断电磁阀电源的目的，进而控制油缸110精准定位。3)成功切断电磁阀组电源后，该电磁阀组控制电路进行复位，使得该电磁阀组满足PLC进行非闭环控制时的控制。本实用新型在做高精度位置控制时，对加压电磁阀进行了额外处理。为了避免位置控制到位时，由PLC切断电磁阀延迟所导致的位置偏差问题，特采用固态继电器作为电磁阀切断回路。由运动控制器判断位置到位信号后直接控制电磁阀的电源切断回路。同时运动控制器外接安全检查回路，实时检测与主PLC的通讯状态，检测到通讯或系统错误时，直接触发安全报警机制。

本实用新型与现有技术相比的优点：

1、本实用新型通过这种运动控制模块与主PLC控制信号交互的方式，普通逻辑控制与运动控制运算可以分开进行，节省调试时间的同时。只要在原有常规的普通伺服油压机进行改进，即可轻松实现普通伺服液压机的高精度位置控制。

2、本实用新型采用主控制器与运动控制模块组合的方式对液压机的控制功能进行分工。运动控制模块作为子模块，完成各个工况中的高精度位置控制的任务。而主PLC控制器负责常规液压机的逻辑动作控制任务。

3、本实用新型采用运动控制器，直接取滑块的位置脉冲信号通过比例、积分、前馈的方式对误差信号进行运算处理，运用基于误差控制的PI控制原理，同时引入前馈控制，运动控制器根据接收到的目标位置、目标速度参数进行理想的位置曲线进行规划。当实际反馈位置与规划位置误差较大时，比例环节的作用使得运动控制模块的输出转速指令，使得液压轴尽快解决目标位置。

4、本实用新型伺服驱动器接收的速度指令为运动控制模块经过闭环运算的速度指令模拟量信号，而不直接主控制器的模拟量输出信号。

附图说明

图1是伺服油压机高精度位置控制系统的控制图。

其中，10、主控制器，11、运动控制器，12、伺服驱动器，13、伺服电机，14、定量泵，30、阀组切换控制系统，100、位移传感器，110、油缸，140、安全检测系统。

具体实施方式

为使本实用新型的内容更加明显易懂，以下结合附图1和具体实施方式做进一步的描述。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

图1是本实施例的伺服油压机高精度位置控制系统的系统图，伺服油压机高精度位置控制系统，包括主控制器10、运动控制器11、伺服驱动器12、伺服电机13、定量泵14、阀组切换控制系统30、油缸110、安全检测系统140和位移传感器100。

运动控制器11与主控制器10电连接，本实施例中的主控制器10采用的是现有技术中的常规技术产品PLC控制器。本实施例中的运动控制器11采用的是现有技术中的埃斯顿ESMotion系列运动控制器。运动控制器11采用RS485通讯协议接收PLC控制器10的指令，PLC控制器与运动控制器11通过通讯连接完成伺服油压机的逻辑运算和运动控制运算。伺服驱动器12接收运动控制器11的模块模拟量信号，控制伺服电机13转速。伺服电机13驱动定量泵14调节输出流量。

伺服驱动器12与运动控制器11电连接，伺服电机13与伺服驱动器12电连接，伺服电机13通过联轴器连接定量泵14，定量泵14电连接阀组切换控制系统30，阀组切换控制系统电30连接油缸110，运动控制器11与主控制器10分别电连接阀组切换控制系统30；运动控制器11电连接位移传感器100，位移传感器100设置在油缸110侧面的滑块上用于检测油缸的实时位置。

安全检测系统设置在运动控制器与伺服驱动器之间，安全检测系统140包括串联的通讯检测继电器、外部急停继电器和外部准备就绪继电器。当以上均正常时，总的正常信号继电器接入到运动控制器的模拟量输出端，接通速度指令输出。

阀组切换控制系统30包括电磁阀组和切换电路；在电磁阀的电源回路中，串入固态继电器的输出触点通断控制，正常使用时该输出触点一直处于接通状态，使外部PLC主控制可以直接控制电磁阀。2)在运动控制器11采用闭环控制时，当运动控制器11检测到油缸110位置的到位信号后，随即输出固态继电器断开信号，达到快速切断电磁阀电源的目的，进而控制油缸110精准定位。3)成功切断电磁阀组电源后，该电磁阀组控制电路进行复位，使得该电磁阀组满足PLC进行非闭环控制时的控制。

本实施例中的运动控制模块将采集的位置脉冲信号转换为位置信息给PLC，PLC根据当前外部条件和位置信息运算伺服油压机的逻辑动作：快下，慢下，保压，泄压，回程。

快下阶段：PLC接收启动指令后，电磁阀组内的电磁换向阀YV2、YV4、YV5得电，同时将油缸滑块运动的速度、快下到位信息通讯传递给运动控制模块。此阶段运动控制模块将速度参数转换为模拟量信号给伺服驱动器，伺服电机带动定量泵和充液阀系统实现油缸的快速下行。

慢下阶段：运动控制器根据接收的快下到位信号，作为位置闭环的启动信号，由PLC控制电磁阀组内的电磁换向阀YV2、YV3、YV5得电，油液通过油缸上腔进行进油，通过油缸下腔进行排油。运用基于误差控制的PI控制原理，同时引入前馈控制，运动控制器根据接收到的目标位置、目标速度参数进行理想的位置曲线进行规划。当实际反馈位置与规划位置误差较大时，比例环节的作用使得运动控制模块的输出转速指令，使得液压轴尽快解决目标位置。通过前馈控制，使得系统实时性更强，反应速度更快。进入到位信号窗口后，这里优先将信号传递给固态继电器，控制断开电磁阀电源，然后切断动力源伺服电机及泵转速。

泄压阶段：进入泄压阶段前，固态继电器提前打开电源回路，使得电磁阀组内的泄压电磁阀YV1可以接收PLC控制，泄压电磁阀YV1得电实现压力释放。

回程阶段：伺服电机接收由PLC传递给运动控制器的速度指令，YV2、YV6、YV9得电。定量泵提供大流量实现油缸的快速回程。

本实施例的工作过程：

1)PLC接收系统最终控制的目标位置，运行速度信号，和闭环启动信号后，通过RS485接口通讯传递给运动控制器11。运动控制器11实时通过外部检测电路判断系统是否处于正常状态。

当外部安全检测系统140电路不正常时，该电路切断运动控制器11的模拟量输出电路。

2)在正常就绪状态下，启动信号生效，运动控制器11根据内部曲线规划计算出伺服电机13的运行速度，通过连在伺服电机13上的定量泵14调节液压系统的流量。

3)带有流量调节的液压油路经过阀组切换控制系统30与油缸110相连，控制油缸110上下运动。

4)安装在油缸110上的总线位移传感器100实时检测油缸110的位置，并将该位置通过CANopen总线协议传递给运动控制器11。

5)运动控制器11根据反馈过来的位置信号，进一步计算调节伺服电机13速度模拟量输出电压。

6)当反馈过来的位置信号到达设定的目标位置后，立即触发电磁阀切换电路，切断电磁阀电源，控制油缸精准定位。

7)成功切断电磁阀电源后，该控制电路进行复位，使得该电磁阀满足PLC进行非闭环控制时的控制。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种伺服油压机高精度位置控制系统，其特征在于，包括主控制器，与主控制器电连接的运动控制器，与运动控制器电连接的伺服驱动器，与伺服驱动器电连接的伺服电机，伺服电机通过联轴器连接定量泵，定量泵电连接阀组切换控制系统，阀组切换控制系统电连接油缸，运动控制器与主控制器分别电连接阀组切换控制系统；

运动控制器电连接位移传感器，位移传感器设置在油缸侧面的滑块上用于检测油缸的实时位置。

2.如权利要求1所述的伺服油压机高精度位置控制系统，其特征在于，主控制器采用PLC控制器。

3.如权利要求2所述的伺服油压机高精度位置控制系统，其特征在于，运动控制器采用RS485通讯协议接收PLC控制器的指令。

4.如权利要求1所述的伺服油压机高精度位置控制系统，其特征在于，伺服油压机高精度位置控制系统还包括在运动控制器与伺服驱动器之间设置安全检测系统，安全检测系统包括串联的通讯检测继电器、外部急停继电器和外部准备就绪继电器。

5.如权利要求1所述的伺服油压机高精度位置控制系统，其特征在于，阀组切换控制系统包括用于控制液压油路的压力、流量和方向的电磁阀组和用于控制电磁阀电源的切换电路。