EP1264110A1 - Device for controlling a hydraulic actuator - Google Patents

Device for controlling a hydraulic actuator

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Publication number
EP1264110A1
EP1264110A1 EP01903765A EP01903765A EP1264110A1 EP 1264110 A1 EP1264110 A1 EP 1264110A1 EP 01903765 A EP01903765 A EP 01903765A EP 01903765 A EP01903765 A EP 01903765A EP 1264110 A1 EP1264110 A1 EP 1264110A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
controller
actuator
valve
control
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP01903765A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1264110B1 (en
Inventor
Albert KÖCKEMANN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bosch Rexroth AG
Original Assignee
Mannesmann Rexroth AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mannesmann Rexroth AG filed Critical Mannesmann Rexroth AG
Publication of EP1264110A1 publication Critical patent/EP1264110A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1264110B1 publication Critical patent/EP1264110B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/08—Servomotor systems incorporating electrically operated control means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/0401—Valve members; Fluid interconnections therefor
    • F15B2013/0409—Position sensing or feedback of the valve member

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling a hydraulic actuator with an electrically operated valve which controls the pressure medium flow to and from the actuator, with a controller for the position of the valve piston which is integrated in the housing of the valve or is held there in a separate housing.
  • a position sensor for the position of the valve piston converts the position of the valve piston into an electrical signal, which is fed to a position controller as an actual value.
  • the regulator for the position of the valve piston is arranged in a separate housing which is held on the housing of the valve.
  • the controller ensures that the valve piston follows a position setpoint that the controller uses as an electrical input variable, e.g. B. is supplied in the form of a voltage.
  • the position of the valve piston determines the size of the passage cross section of the valve. With such valves, the pressure medium flow to and from an actuator, for. B. a hydraulic cylinder controlled.
  • a digital controller assembly for electromechanical and electrohydraulic drives is known from publication RD 30 131-P / 10.99 "HNC 100 Series 2X" from Mannesmann Rexroth AG. With such a controller assembly, up to two can be used different drives can be controlled independently.
  • the controller module is intended for installation in a control cabinet. Preferably, several of these modules are assembled together in a control cabinet. From there, electrical signal lines for the transmission of setpoints lead to the drive and further signal lines, which serve for the transmission of actual values, lead back from the drive to the controller modules arranged in the control cabinet.
  • the controller assemblies provide the setpoint for the position of the valve piston of an electrically operated hydraulic valve that controls the flow of pressure medium to and from a hydraulic actuator.
  • the invention has for its object to provide a device of the type mentioned, which is inexpensive to use in control systems with multiple electrohydraulic drives.
  • the higher-level controller is designed as a programmable logic controller (PLC) or as a PC. It gives z. B. the setpoints of the regulated variables of the motion sequence of the actuator. In the form of subordinate control loops, the pressure of the pressure medium supplied to the actuator is regulated alone or in conjunction with a Regulation of the amount of pressure medium supplied to the actuator is possible.
  • the design of the controller for the variable representative of the movement of the actuator as a microprocessor-controlled digital controller allows the implementation of a wide variety of algorithms.
  • the control parameters can also be changed during operation.
  • the arrangement of the components of the interfaces for the bus coupling on a separate board, which is held on a base board by a plug connection, enables the device to be easily adapted to different bus systems.
  • FIG. 1 shows a view of a hydraulic valve with a housing held thereon for receiving an electrical circuit in a partially sectioned illustration
  • FIG. 2 shows the block diagram of a device according to the invention for controlling a hydraulic actuator, which is connected on the input side to two bus systems and on the output side to a synchronous cylinder, and
  • FIG. 1 shows the view of a device 10 for controlling a hydraulic actuator.
  • a housing 12 is held on a hydraulic valve 11.
  • the valve 11 is shown seen from the side.
  • the valve 11 controls the pressure medium flow from a pump to a hydraulic one
  • the actuator is a hydraulic cylinder, which is shown in FIGS. 2 and 3 as a synchronous cylinder 13.
  • a differential cylinder or a hydraulic motor can serve as the actuator.
  • the hydraulic connections of the valve 11 are designated P for the pump connection, T for the tank connection and A and B for the connections of the synchronous cylinder 13.
  • a displacement transducer 14 for the position x of the valve piston projects into the housing 12.
  • the displacement transducer 14 converts the position x of the valve piston into an electrical signal xi, which is fed to a controller 15 shown in FIG. 2 as the actual value.
  • the components of the controller 15 are together with a controller 16 described in more detail below in connection with FIG. 2 for the position s of the piston rod of the
  • Synchronous cylinder 13 arranged on a board 17 which is held in the housing 12.
  • a second circuit board 18 is held on the circuit board 17 via plug connections 19 and 20.
  • the plug connections 19 and 20 serve both for the electrical connection of conductor tracks of the circuit board 17 with conductor tracks of the circuit board 18 and for the mechanical connection of the circuit boards 17 and 18.
  • the circuit board 18 carries interfaces , via which the device 10 can be coupled to bus systems used for signal transmission. By replacing the board 18, the device 10 can be easily adapted to different bus systems.
  • FIG. 2 shows the block diagram of the device 10 shown in FIG. 1 for controlling the synchronous cylinder 13. The same components are the same
  • the controller 15 for the position x of the valve piston of the valve 11 is supplied with the output signal xi of the displacement sensor 14 as the actual value and a setpoint xs as input signals.
  • the output stage of the controller 15 supplies the coils 11a and 11b of the valve 11 with the currents ia and ib, which serve as a manipulated variable and deflect the valve piston in accordance with the control deviation and the transmission behavior of the controller 15 in such a way that the valve piston assumes the one specified by the signal xs Takes position. So that the actual value of the position of the valve piston follows its setpoint as quickly as possible, the controller 15 is designed as an analog controller.
  • the connections A and B of the valve 11 are connected to the synchronous cylinder 13 via hydraulic lines 21 and 22, respectively.
  • the piston rod of the synchronous cylinder 13 is provided with a displacement sensor 23, which converts the position of the piston rod into an electrical signal si.
  • the signal si is supplied to the controller 16 as an actual position value.
  • a pressure sensor 24 detects the pressure in the area of the connection A of the valve 11 and feeds a signal pA corresponding to this pressure to a computing circuit 25.
  • Another pressure sensor 26 detects the pressure in the area of the connection B of the valve 11 and supplies the computing circuit 25 with a signal pB corresponding to this pressure.
  • the arithmetic circuit 25 is supplied with the actual value xi of the position of the valve piston.
  • the arithmetic circuit 25 forms an actual pressure value pi from the weighted pressure difference of the signals pA and pB, which is also a measure of the force acting on the piston rod of the synchronous cylinder 13.
  • the signal pi is the controller 16 z. B. supplied as the actual value of a subordinate pressure control loop. If desired, the arithmetic circuit 24 forms from the
  • Signals pA, pB and xi additionally have an actual quantity value Qi.
  • This signal is fed to the controller 16 as the actual value of a subordinate quantity control loop.
  • a selection circuit not shown here, ensures that either the pressure control loop or the quantity control loop is effective.
  • the controller 16 is designed as a microprocessor-controlled digital controller. In addition to the algorithms for position control of the piston rod of the synchronous cylinder 13, he is therefore able to process the algorithms for pressure or quantity regulation of the pressure medium supplied to the synchronous cylinder 13. Instead of the position control described, speed control, force control or pressure control can also be implemented with the digital controller 16.
  • the output signal of an electronic control 27 serves as the setpoint for the controller 16.
  • the control 27 is a freely programmable sequence control with NC and / or PLC functionality.
  • NC is the name used for machine controls for "numeric control”
  • PLC the common name for "programmable logic controllers", for which the term PLC for "programmable logic controls” is also used in the English-speaking world.
  • the sequential control system can be programmed by the user. The independence of the user when programming from the manufacturer results in a very high flexibility of the device according to the invention. Above all, however, the process know-how of the user remains protected.
  • the controller 27 has a first interface 30 to a local bus system 31. With this bus system - as shown in FIG.
  • the controller 27 has an interface 32 to a global bus system 33, via which the device 10 is connected to a higher-order controller 34 shown in FIG.
  • the interfaces 30 and 32 are arranged on the circuit board 18 shown in FIG. 1. By exchanging the circuit board 18, the device 10 can be connected to different bus systems in a simple manner.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the device 10 and two further devices 10 'and 10 "of the same design.
  • a synchronous cylinder 13, 13' and 13" are connected to the devices 10, 10 ', 10 "
  • the devices 10, 10 ', 10 " are connected to the local bus system 31 and to the global bus system 33.
  • the local bus system 31 is, for example, a CAN bus. It connects the devices 10, 10 ', 10 "and, if appropriate, further similar inputs (not shown here) directions with each other. It allows data to be exchanged between several drives. This data exchange can be used e.g. B. Realize synchronism control of the piston rods of the synchronous cylinders 13, 13 ', 13 ".
  • the global bus system 33 connects the devices 10, 10', 10" with the higher-order controller 34. It serves for communication of the individual devices 10, 10 ', 10 "with the higher-level control 34.
  • This is shown in FIG. 3 as a programmable logic controller (PLC), but it can also be implemented by a PC.
  • PLC programmable logic controller
  • the higher-level control 34 gives the setpoints of the regulated variables of the motion sequence of the actuator
  • the regulated variables of the motion sequence of the actuator are, for example, the position s of the piston rod of the synchronous cylinder 13 or its speed or the force acting on the piston rod of the synchronous cylinder 13.
  • the superordinate Control 34 the various actual values of the drive, such as xi, si, pi, Qi, for example for monitoring purposes.
  • FIG. 1 a separate housing 12 for receiving the boards 17 and 18, which carry the electronic circuits, is held on the valve 11.
  • the housing of the valve it is also possible to design the housing of the valve so that the circuit boards 17 and 18 carrying the electronic circuits are held directly in the housing of the valve. In this case it is advantageous to provide partitions in the housing of the valve which prevent pressure medium from reaching the area in which the circuit boards are held.

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Abstract

The aim of the invention is to control the flow of pressure means to and from a hydraulic actuator (22). A device comprising a valve (11) that is actuated electrically and a control device (15) that is used for the position of the valve piston and is integrated in the housing of the valve or is held on said housing and in a housing of said control device (15) is provided. The aim of the invention is to be able to use such devices in control and regulating systems in a cost-effective manner, whereby said systems have several electrohydraulic drives. A control device for a variable that is representative for the movement of the actuator and an electronic control device (27) for the sequence of motion of the actuator are arranged in the same housing (2) as the control device that is used for the position of the valve piston. Such devices are used in all fields where electrohydraulic drives are controlled, in machine tools for instance.

Description

Beschreibungdescription
Einrichtung zur Steuerung eines hydraulischen AktuatorsDevice for controlling a hydraulic actuator
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung eines hydraulischen Aktuators mit einem elektrisch betätigten Ventil, das den Druckmittelfluß zu und von dem Aktuator steuert, mit einem in das Gehäuse des Ventils integrierten oder an diesem in einem eigenen Gehäuse gehaltenen Regler für die Position des Ventilkolbens.The invention relates to a device for controlling a hydraulic actuator with an electrically operated valve which controls the pressure medium flow to and from the actuator, with a controller for the position of the valve piston which is integrated in the housing of the valve or is held there in a separate housing.
Ein derartige Einrichtung mit einem elektrisch betätigten hydraulischen Ventil ist aus der DE 195 30 935 C2 bekannt.Such a device with an electrically operated hydraulic valve is known from DE 195 30 935 C2.
Ein Wegaufnehmer für die Position des Ventilkolbens formt die Position des Ventilkolbens in ein elektrisches Signal um, das einem Positionsregler als Istwert zugeführt ist. Der Regler für die Position des Ventilkolbens ist in einem eigenen Gehäuse angeordnet, das an dem Gehäuse des Ventils gehalten ist. Der Regler sorgt dafür, daß der Ventilkolben einem Positions-Sollwert folgt, der dem Regler als elektrische Eingangsgröße, z. B. in Form einer Spannung, zugeführt ist. Dabei bestimmt die Position des Ventilkolbens die Größe des Durchlaßquerschnitts des Ventils. Mit derartigen Ventilen wird der Druckmittelfluß zu und von einem Aktuator, z. B. einem hydraulischen Zylinder, gesteuert.A position sensor for the position of the valve piston converts the position of the valve piston into an electrical signal, which is fed to a position controller as an actual value. The regulator for the position of the valve piston is arranged in a separate housing which is held on the housing of the valve. The controller ensures that the valve piston follows a position setpoint that the controller uses as an electrical input variable, e.g. B. is supplied in the form of a voltage. The position of the valve piston determines the size of the passage cross section of the valve. With such valves, the pressure medium flow to and from an actuator, for. B. a hydraulic cylinder controlled.
Aus der Druckschrift RD 30 131-P/10.99 „HNC 100 Serie 2X" der Mannesmann Rexroth AG ist eine digitale Reglerbaugruppe für elektromechanische und elektrohydraulische Antriebe bekannt. Mit einer derartigen Reglerbaugruppe können bis zu zwei unterschiedliche Antriebe unabhängig voneinander geregelt werden. Die Reglerbaugruppe ist für den Einbau in einem Schaltschrank vorgesehen. Vorzugsweise werden mehrere dieser Baugruppen gemeinsam in einem Schaltschrank montiert. Von dort aus führen elektrische Signalleitungen für die Übertragung von Sollwerten zu dem Antrieb und weitere Signalleitungen, die für die Übertragung von Istwerten dienen, von dem Antrieb zurück zu den in dem Schaltschrank angeordneten Reglerbaugruppen. Im Fall von elektrohydraulischen Antrieben liefern die Reglerbaugruppen den Sollwert für die Position des Ventilkolbens eines elektrisch betätigten hydraulischen Ventils, das den Druckmittelfluß zu und von einem hydraulischen Aktuator steuert. Von dem Antrieb werden verschiedene Istwerte, wie die Position des Ventilkolbens oder die Drücke im Bereich der Ausgangsanschlusse des Ventils, an die Reglerbaugruppe zurückgeführt . Dies führt zu einem nicht unerheblichen schaltungstechnischen Aufwand. Dazu kommt, daß aufgrund der Vielzahl elektrischer Leitungen, die in dem Schaltschrank anzuschließen sind, die Gefahr von Fehlschaltungen bei der Montage und bei der Inbetriebnahme besteht.A digital controller assembly for electromechanical and electrohydraulic drives is known from publication RD 30 131-P / 10.99 "HNC 100 Series 2X" from Mannesmann Rexroth AG. With such a controller assembly, up to two can be used different drives can be controlled independently. The controller module is intended for installation in a control cabinet. Preferably, several of these modules are assembled together in a control cabinet. From there, electrical signal lines for the transmission of setpoints lead to the drive and further signal lines, which serve for the transmission of actual values, lead back from the drive to the controller modules arranged in the control cabinet. In the case of electrohydraulic drives, the controller assemblies provide the setpoint for the position of the valve piston of an electrically operated hydraulic valve that controls the flow of pressure medium to and from a hydraulic actuator. Various actual values, such as the position of the valve piston or the pressures in the area of the outlet connections of the valve, are fed back from the actuator to the controller module. This leads to a not insignificant amount of circuitry. In addition, due to the large number of electrical lines that are to be connected in the control cabinet, there is a risk of incorrect switching during assembly and commissioning.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die kostengünstig in Steuerungs- und Regelungssystemen mit mehreren elektrohydraulischen Antrieben einsetzbar ist.The invention has for its object to provide a device of the type mentioned, which is inexpensive to use in control systems with multiple electrohydraulic drives.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Durch die Integration der Baugruppen für die Steuerung des Antriebs in das hydraulische Ventil verringert sich der Aufwand für die Verkabelung, insbesondere verkürzt sich die Länge der Signalleitungen von den Sensoren für die Zustandsgrößen des Antriebs. Gleichzeitig verringert sich der im Schaltschrank erforderliche Platzbedarf, da dort nur noch Platz für die Aufnahme der übergeordneten Steuerung benötigt wird. Darüber hinaus ist es möglich, den Antrieb für eine Achse als Gesamtsystem zusammenzustellen und vorzuprüfen. Da an dieses beim Einbau, z. B. in eine Werkzeugmaschine, nur noch die Versorgungsleitungen anzuschließen sind, verringern sich die Kosten der Inbetriebnahmekosten deutlich.This object is achieved by the features characterized in claim 1. The integration of the modules for the control of the drive in the hydraulic valve reduces the wiring effort, in particular shortens it the length of the signal lines from the sensors for the state variables of the drive. At the same time, the space required in the control cabinet is reduced, since only space is needed there to accommodate the higher-level control. In addition, it is possible to assemble and test the drive for an axis as a complete system. Because of this during installation, e.g. B. in a machine tool, only the supply lines have to be connected, the costs of commissioning are significantly reduced.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter- ansprüchen gekennzeichnet. Durch die Ausbildung der elektronischen Steuerung als frei programmierbare Ablaufsteuerung ergibt sich eine hohe Flexibilität. Durch Schnittstellen zu einem lokalen Bussystem, an das weitere gleich aufgebaute Einrichtungen anschließbar sind, können diese untereinander vernetzt werden. Diese Vernetzung erlaubt einen allgemeinen Datenaustausch zwischen mehreren Antrieben, z. B. zur Realisierung von Gleichlaufregelungen . Durch das lokale Bussystem ergibt sich ein modular skalierbares Automatisierungskonzept. Schnittstellen zu einem globalen Bussystem, z. B. einem Feldbussystem, erlauben eine Kommunikation mit übergeordneten Steuerungen. Hierfür geeignete Feldbussysteme sind z. B. unter den Bezeichnungen PROFIBUS-DB, INTERBUS-S und CA bekannt. Die übergeordnete Steuerung ist als speicherpro- grammierbare Steuerung (SPS) oder als PC ausgebildet. Sie gibt z. B. die Sollwerte der geregelten Größen des Bewegungsablaufs des Aktuators vor. In Form von unterlagerten Regelkreisen ist eine Regelung des Drucks des dem Aktuator zugeführten Druckmittels allein oder in Verbindung mit einer Regelung der Menge des dem Aktuator zugeführten Druckmittels möglich. Die Ausbildung des Reglers für die für die Bewegung des Aktuators repräsentative Größe als mikroprozessorgesteu- erter digitaler Regler erlaubt die Realisierung unterschied- lichster Algorithmen. Dabei ist eine Änderung der Regelparameter auch während des laufenden Betriebs möglich. Durch die Anordnung der Bauteile der Schnittstellen für die Busankopp- lung auf einer gesonderten Platine, die durch eine Steckverbindung auf einer Grundplatine gehalten ist, ist eine ein- fache Anpassung der Einrichtung an verschiedene Bussysteme möglich .Advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims. The design of the electronic control as a freely programmable sequence control results in a high degree of flexibility. Interfaces to a local bus system, to which further devices of the same structure can be connected, can be networked with one another. This networking allows a general data exchange between several drives, e.g. B. for realizing synchronous control. The local bus system results in a modular, scalable automation concept. Interfaces to a global bus system, e.g. B. a fieldbus system, allow communication with higher-level controls. Suitable fieldbus systems are e.g. B. known under the names PROFIBUS-DB, INTERBUS-S and CA. The higher-level controller is designed as a programmable logic controller (PLC) or as a PC. It gives z. B. the setpoints of the regulated variables of the motion sequence of the actuator. In the form of subordinate control loops, the pressure of the pressure medium supplied to the actuator is regulated alone or in conjunction with a Regulation of the amount of pressure medium supplied to the actuator is possible. The design of the controller for the variable representative of the movement of the actuator as a microprocessor-controlled digital controller allows the implementation of a wide variety of algorithms. The control parameters can also be changed during operation. The arrangement of the components of the interfaces for the bus coupling on a separate board, which is held on a base board by a plug connection, enables the device to be easily adapted to different bus systems.
Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelheiten anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail below with its further details using an exemplary embodiment shown in the drawings. Show it
Figur 1 die Ansicht eines hydraulischen Ventils mit einem an diesem gehaltenen Gehäuse zur Aufnahme einer elektrischen Schaltung in teilweise geschnittener Darstellung,FIG. 1 shows a view of a hydraulic valve with a housing held thereon for receiving an electrical circuit in a partially sectioned illustration,
Figur 2 das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ein- richtung zur Steuerung eines hydraulischen Aktuators, die eingangsseitig an zwei Bussysteme und ausgangsseitig an einen Gleichgangzylinder angeschlossen ist undFIG. 2 shows the block diagram of a device according to the invention for controlling a hydraulic actuator, which is connected on the input side to two bus systems and on the output side to a synchronous cylinder, and
Figur 3 eine schematische Darstellung von drei erfindungs- gemäßen Einrichtungen, die an ein lokales und an ein globales Bussystem angeschlossen sind. Die Figur 1 zeigt die Ansicht einer Einrichtung 10 zur Steuerung eines hydraulischen Aktuators. An einem hydraulischen Ventil 11 ist ein Gehäuse 12 gehalten. Das Ventil 11 ist von der Seite gesehen dargestellt. Das Ventil 11 steuert den Druckmittelfluß von einer Pumpe zu einem hydraulischenFigure 3 is a schematic representation of three devices according to the invention, which are connected to a local and a global bus system. FIG. 1 shows the view of a device 10 for controlling a hydraulic actuator. A housing 12 is held on a hydraulic valve 11. The valve 11 is shown seen from the side. The valve 11 controls the pressure medium flow from a pump to a hydraulic one
Aktuator und von diesem zurück zu einem Tank. In dem Aus- führungsbeispiel ist der Aktuator ein hydraulischer Zylinder, der in den Figuren 2 und 3 als Gleichgangzylinder 13 dargestellt ist. Alternativ kann als Aktuator ein Differential- zylinder oder ein Hydromotor dienen. Die hydraulischen Anschlüsse des Ventils 11 sind mit P für den Pumpenanschluß, mit T für den Tankanschluß sowie mit A und B für die Anschlüsse des Gleichgangzylinders 13 bezeichnet . In das Gehäuse 12 ragt ein Wegaufnehmer 14 für die Position x des Ventilkolbens. Der Wegaufnehmer 14 formt die Position x des Ventilkolbens in ein elektrisches Signal xi um, das einem in der Figur 2 dargestellten Regler 15 als Istwert zugeführt ist. Die Bauteile des Reglers 15 sind zusammen mit einem weiter unten im Zusammenhang mit der Figur 2 näher beschrie- benen Regler 16 für die Position s der Kolbenstange desActuator and from this back to a tank. In the exemplary embodiment, the actuator is a hydraulic cylinder, which is shown in FIGS. 2 and 3 as a synchronous cylinder 13. Alternatively, a differential cylinder or a hydraulic motor can serve as the actuator. The hydraulic connections of the valve 11 are designated P for the pump connection, T for the tank connection and A and B for the connections of the synchronous cylinder 13. A displacement transducer 14 for the position x of the valve piston projects into the housing 12. The displacement transducer 14 converts the position x of the valve piston into an electrical signal xi, which is fed to a controller 15 shown in FIG. 2 as the actual value. The components of the controller 15 are together with a controller 16 described in more detail below in connection with FIG. 2 for the position s of the piston rod of the
Gleichgangzylinders 13 auf einer Platine 17 angeordnet, die in dem Gehäuse 12 gehalten ist. An der Platine 17 ist eine zweite Platine 18 über Steckverbindungen 19 und 20 gehalten. Die Steckverbindungen 19 und 20 dienen sowohl zur elektri- sehen Verbindung von Leiterbahnen der Platine 17 mit Leiterbahnen der Platine 18 als auch zur mechanischen Verbindung der Platinen 17 und 18. Wie im Folgenden anhand der Figuren 2 und 3 beschrieben ist, trägt die Platine 18 Schnittstellen, über die die Einrichtung 10 an zur Signalübertragung dienende Bussysteme ankoppelbar ist. Durch einen Austausch der Platine 18 ist eine einfache Anpassung der Einrichtung 10 an unterschiedliche Bussysteme möglich.Synchronous cylinder 13 arranged on a board 17 which is held in the housing 12. A second circuit board 18 is held on the circuit board 17 via plug connections 19 and 20. The plug connections 19 and 20 serve both for the electrical connection of conductor tracks of the circuit board 17 with conductor tracks of the circuit board 18 and for the mechanical connection of the circuit boards 17 and 18. As described below with reference to FIGS. 2 and 3, the circuit board 18 carries interfaces , via which the device 10 can be coupled to bus systems used for signal transmission. By replacing the board 18, the device 10 can be easily adapted to different bus systems.
Die Figur 2 zeigt das Blockschaltbild der in der Figur 1 dargestellten Einrichtung 10 zur Steuerung des Gleichgang- Zylinders 13. Dabei sind für gleiche Bauteile die gleichenFIG. 2 shows the block diagram of the device 10 shown in FIG. 1 for controlling the synchronous cylinder 13. The same components are the same
Bezugszeichen wie in der Figur 1 verwendet. Dem Regler 15 für die Position x des Ventilkolbens des Ventils 11 sind das Aus- gangssignal xi des Wegaufnehmers 14 als Istwert und ein Sollwert xs als Eingangssignale zugeführt. Die Endstufe des Reglers 15 führt den Spulen 11a und 11b des Ventils 11 die Ströme ia bzw. ib zu, die als Stellgröße dienen und den Ventilkolben entsprechend der Regelabweichung und dem Übertragungsverhalten des Reglers 15 derart auslenken, daß der Ventilkolben die durch das Signal xs vorgegebene Position einnimmt. Damit der Istwert der Position des Ventilkolbens möglichst schnell seinem Sollwert folgt, ist der Regler 15 als analoger Regler ausgebildet. Die Anschlüsse A und B des Ventils 11 sind über hydraulische Leitungen 21 bzw. 22 mit dem Gleichgangzylinder 13 verbunden. Die Kolbenstange des Gleichgangzylinders 13 ist mit einem Wegaufnehmer 23 versehen, der die Position der Kolbenstange in ein elektrisches Signal si umformt. Das Signal si ist dem Regler 16 als Positions-Istwert zugeführt. Durch Differenzieren des Signals xi erhält man bei Bedarf den für eine Geschwindigkeitsregelung benötigten Istwert der Geschwindigkeit der Kolbenstange des Gleichgangzylinders 13. Ein Drucksensor 24 erfaßt den Druck im Bereich des Anschlusses A des Ventils 11 und führt einer Rechenschaltung 25 ein diesem Druck entsprechendes Signal pA zu. Ein weiterer Drucksensor 26 erfaßt den Druck im Bereich des Anschlusses B des Ventils 11 und führt der Rechenschaltung 25 ein diesem Druck entsprechendes Signal pB zu. Zusätzlich zu den Signalen pA und pB ist der Rechenschaltung 25 der Istwert xi der Position des Ventilkolbens zugeführt. Die Rechenschaltung 25 bildet aus der gewichteten Druckdifferenz der Signale pA und pB einen Druck- Istwert pi, der auch ein Maß für die auf die Kolbenstange des Gleichgangzylinders 13 wirkenden Kraft ist. Das Signal pi ist dem Regler 16 z. B. als Istwert eines unterlagerten Druckregelkreises zugeführt. Sofern gewünscht, bildet die Rechenschaltung 24 aus denReference numerals as used in Figure 1. The controller 15 for the position x of the valve piston of the valve 11 is supplied with the output signal xi of the displacement sensor 14 as the actual value and a setpoint xs as input signals. The output stage of the controller 15 supplies the coils 11a and 11b of the valve 11 with the currents ia and ib, which serve as a manipulated variable and deflect the valve piston in accordance with the control deviation and the transmission behavior of the controller 15 in such a way that the valve piston assumes the one specified by the signal xs Takes position. So that the actual value of the position of the valve piston follows its setpoint as quickly as possible, the controller 15 is designed as an analog controller. The connections A and B of the valve 11 are connected to the synchronous cylinder 13 via hydraulic lines 21 and 22, respectively. The piston rod of the synchronous cylinder 13 is provided with a displacement sensor 23, which converts the position of the piston rod into an electrical signal si. The signal si is supplied to the controller 16 as an actual position value. By differentiating the signal xi, the actual value of the speed of the piston rod of the synchronous cylinder 13 required for a speed control is obtained if necessary. A pressure sensor 24 detects the pressure in the area of the connection A of the valve 11 and feeds a signal pA corresponding to this pressure to a computing circuit 25. Another pressure sensor 26 detects the pressure in the area of the connection B of the valve 11 and supplies the computing circuit 25 with a signal pB corresponding to this pressure. In addition to the signals pA and pB, the arithmetic circuit 25 is supplied with the actual value xi of the position of the valve piston. The arithmetic circuit 25 forms an actual pressure value pi from the weighted pressure difference of the signals pA and pB, which is also a measure of the force acting on the piston rod of the synchronous cylinder 13. The signal pi is the controller 16 z. B. supplied as the actual value of a subordinate pressure control loop. If desired, the arithmetic circuit 24 forms from the
Signalen pA, pB und xi zusätzlich einen Mengen- Istwert Qi . Dieses Signal ist dem Regler 16 als Istwert eines unterlagerten Mengenregelkreises zugeführt. Eine hier nicht näher dargestellte Auswahlschaltung sorgt dafür, daß entweder der Druckregelkreis oder der Mengenregelkreis wirksam ist. Der Regler 16 ist als mikroprozessorgesteuerter digitaler Regler ausgeführt. Er ist daher in der Lage, zusätzlich zu den Algorithmen der Positionsregelung der Kolbenstange des Gleichgangzylinders 13 die Algorithmen der Druck- oder Mengenrege- lung des dem Gleichgangzylinders 13 zugeführten Druckmittels abzuarbeiten. Anstelle der beschriebenen Positionsregelung ist auch eine Geschwindigkeitsregelung, eine Kraftregelung oder eine Druckregelung mit dem digitalen Regler 16 realisierbar.Signals pA, pB and xi additionally have an actual quantity value Qi. This signal is fed to the controller 16 as the actual value of a subordinate quantity control loop. A selection circuit, not shown here, ensures that either the pressure control loop or the quantity control loop is effective. The controller 16 is designed as a microprocessor-controlled digital controller. In addition to the algorithms for position control of the piston rod of the synchronous cylinder 13, he is therefore able to process the algorithms for pressure or quantity regulation of the pressure medium supplied to the synchronous cylinder 13. Instead of the position control described, speed control, force control or pressure control can also be implemented with the digital controller 16.
Als Sollwert für den Regler 16 dient das Ausgangssignal einer elektronischen Steuerung 27. Bei der Steuerung 27 handelt es sich um eine frei programmierbare Ablaufsteuerung mit NC- und/oder SPS-Funktionalität . Dabei ist NC die bei Maschinensteuerungen gebräuchliche Bezeichnung für „numeric control" und SPS die gebräuchliche Bezeichnung für „speicherprogrammierbare Steuerungen", für die im englischen Sprachraum auch die Bezeichnung PLC für „programmable logic controls" verwendet wird. Die Programmierung der Ablaufsteuerung kann anwen- derseitig erfolgen. Durch die Unabhängigkeit des Anwenders beim Programmieren von dem Hersteller ergibt sich eine sehr hohe Flexibilität der erfindungsgemäßen Einrichtung. Vor allem aber bleibt auf diese Weise das Prozeß-Know-how des Anwenders geschützt. Die Steuerung 27 weist eine erste Schnittstelle 30 zu einem lokalen Bussystem 31 auf. Mit diesem Bussystem sind - wie in der Figur 3 dargestellt - weitere Einrichtungen 10', 10" zur Steuerung jeweils eines weiteren Gleichgangzylinders 13', 13" verbunden. Die Steuerung 27 weist eine Schnittstelle 32 zu einem globalen Bus- System 33 auf, über das die Einrichtung 10 mit einer in der Figur 3 dargestellten übergeordneten Steuerung 34 verbunden ist. Die Schnittstellen 30 und 32 sind auf der in der Figur 1 dargestellten Platine 18 angeordnet . Durch einen Austausch der Platine 18 läßt sich die Einrichtung 10 auf einfache Weise mit unterschiedlichen Bussystemen verbinden.The output signal of an electronic control 27 serves as the setpoint for the controller 16. The control 27 is a freely programmable sequence control with NC and / or PLC functionality. NC is the name used for machine controls for "numeric control" and PLC the common name for "programmable logic controllers", for which the term PLC for "programmable logic controls" is also used in the English-speaking world. The sequential control system can be programmed by the user. The independence of the user when programming from the manufacturer results in a very high flexibility of the device according to the invention. Above all, however, the process know-how of the user remains protected. The controller 27 has a first interface 30 to a local bus system 31. With this bus system - as shown in FIG. 3 - further devices 10 ', 10 "for controlling a further synchronous cylinder 13', 13" are connected. The controller 27 has an interface 32 to a global bus system 33, via which the device 10 is connected to a higher-order controller 34 shown in FIG. The interfaces 30 and 32 are arranged on the circuit board 18 shown in FIG. 1. By exchanging the circuit board 18, the device 10 can be connected to different bus systems in a simple manner.
Die Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung die Einrichtung 10 sowie zwei weitere gleichartig aufgebaute Einrichtungen 10' und 10". An die Einrichtungen 10, 10', 10" sind aus- gangsseitig je ein Gleichgangzylinder 13, 13' bzw. 13" ange- schlössen. Eingangsseitig sind die Einrichtungen 10, 10', 10" an das lokale Bussysstem 31 und an das globale Bussystem 33 angeschlossen. Das lokale Bussystem 31 ist beispielsweise ein CAN-Bus. Er verbindet die Einrichtungen 10, 10', 10" sowie ggf. weitere - hier nicht dargestellte - gleichartige Ein- richtungen miteinander. Es erlaubt den Austausch von Daten zwischen mehreren Antrieben. Über diesen Datenaustausch lassen sich z. B. Gleichlaufregelungen der Kolbenstangen der Gleichgangzylinder 13, 13', 13" realisieren. Das globale Bus- system 33 verbindet die Einrichtungen 10, 10', 10" mit der übergeordneten Steuerung 34. Es dient zur Kommunikation der einzelnen Einrichtungen 10, 10', 10" mit der übergeordneten Steuerung 34. Diese ist in der Figur 3 als speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) dargestellt, sie kann aber auch durch einen PC realisiert sein. Die übergeordnete Steuerung 34 gibt z. B. die Sollwerte der geregelten Größen des Bewegungsablaufs des Aktuators vor. Bei den geregelten Größen des Bewegungsablauf des Aktuators handelt es sich z. B. um die Position s der Kolbenstange des Gleichgangzylinders 13 oder um ihre Geschwindigkeit oder um die auf die Kolbenstange des Gleichgangzylinders 13 wirkende Kraft. Über das globale Bussystem 33 können der übergeordneten Steuerung 34 die verschiedenen Istwerte des Antriebs, wie xi , si, pi, Qi, z. B. zu Überwachungswecken zugeführt werden.FIG. 3 shows a schematic representation of the device 10 and two further devices 10 'and 10 "of the same design. On the output side, a synchronous cylinder 13, 13' and 13" are connected to the devices 10, 10 ', 10 " On the input side, the devices 10, 10 ', 10 "are connected to the local bus system 31 and to the global bus system 33. The local bus system 31 is, for example, a CAN bus. It connects the devices 10, 10 ', 10 "and, if appropriate, further similar inputs (not shown here) directions with each other. It allows data to be exchanged between several drives. This data exchange can be used e.g. B. Realize synchronism control of the piston rods of the synchronous cylinders 13, 13 ', 13 ". The global bus system 33 connects the devices 10, 10', 10" with the higher-order controller 34. It serves for communication of the individual devices 10, 10 ', 10 "with the higher-level control 34. This is shown in FIG. 3 as a programmable logic controller (PLC), but it can also be implemented by a PC. The higher-level control 34, for example, gives the setpoints of the regulated variables of the motion sequence of the actuator The regulated variables of the motion sequence of the actuator are, for example, the position s of the piston rod of the synchronous cylinder 13 or its speed or the force acting on the piston rod of the synchronous cylinder 13. Via the global bus system 33, the superordinate Control 34 the various actual values of the drive, such as xi, si, pi, Qi, for example for monitoring purposes.
In der Figur 1 ist ein gesondertes Gehäuse 12 zur Aufnahme der Platinen 17 und 18, die die elektronischen Schaltungen tragen, an dem Ventil 11 gehalten. Es ist aber auch möglich, das Gehäuse des Ventils so auszubilden, daß die die elektronischen Schaltungen tragenden Platinen 17 und 18 direkt in dem Gehäuse des Ventils gehalten sind. In diesem Fall ist es vorteilhaft, in dem Gehäuse des Ventils Trennwände vorzusehen, die verhindern, daß Druckmittel in den Bereich gelangt, in dem die Platinen gehalten sind. In FIG. 1, a separate housing 12 for receiving the boards 17 and 18, which carry the electronic circuits, is held on the valve 11. But it is also possible to design the housing of the valve so that the circuit boards 17 and 18 carrying the electronic circuits are held directly in the housing of the valve. In this case it is advantageous to provide partitions in the housing of the valve which prevent pressure medium from reaching the area in which the circuit boards are held.

Claims

Patentansprüche claims
1. Einrichtung zur Steuerung eines hydraulischen Aktuators mit einem elektrisch betätigten Ventil, das den Druckmittelfluß zu und von dem Aktuator steuert, mit einem in das Gehäuse des Ventils integrierten oder an diesem in einem eigenen Gehäuse gehaltenen Regler für die Position des Ventilkolbens, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regler (16) für eine für die Bewegung des Aktuators (13) repräsentative Größe (s) sowie eine elektronische Steuerung (27) für den Bewegungsablauf des Aktuators (13) in demselben Gehäuse (12) wie der Regler (15) für die Position (x) des Ventilkolbens angeordnet sind.1. A device for controlling a hydraulic actuator with an electrically operated valve which controls the pressure medium flow to and from the actuator, with a controller for the position of the valve piston integrated in the housing of the valve or held thereon in its own housing, characterized in that that a controller (16) for a representative of the movement of the actuator (13) size (s) and an electronic control (27) for the movement of the actuator (13) in the same housing (12) as the controller (15) for the Position (x) of the valve piston are arranged.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerung (27) eine frei program ier- bare Ablaufsteuerung mit NC- und/oder SPS-Funktionalität ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the electronic control (27) is a freely programmable sequence control with NC and / or PLC functionality.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerung (27) eine Schnittstelle (30) zu einem lokalen Bussystem (31) aufweist, an das weitere Einrichtungen (10', 10") zur Steuerung von jeweils einem weiteren Aktuator (13', 13") anschließbar sind.3. Device according to claim 1 or claim 2, characterized in that the electronic control (27) has an interface (30) to a local bus system (31) to which further devices (10 ', 10 ") for controlling one each additional actuator (13 ', 13 ") can be connected.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerung (27) eine Schnittstelle (32) zu einem globalen Bussystem (33) aufweist, über das die Einrichtung (10) mit einer übergeordneten Steuerung (34) verbindbar ist. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic control (27) has an interface (32) to a global bus system (33), via which the device (10) can be connected to a higher-level control (34).
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die übergeordnete Steuerung (34) eine speicherprogrammierbare Steuerung ist .5. Device according to claim 4, characterized in that the higher-level controller (34) is a programmable logic controller.
6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die übergeordnete Steuerung (34) durch einen PC erfolgt.6. Device according to claim 4, characterized in that the higher-level control (34) is carried out by a PC.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (11) mit zwei Drucksensoren (24, 26) versehen ist, die die Drücke (pA, pB) im Bereich der Ausgangsanschlusse (A, B) des Ventils (11) erfassen, daß die Ausgangssignale (pA, pB) der Drucksensoren (24, 26) einer Rechenschaltung (25) zugeführt sind, die die ihr zugeführten Signale (pA, pB) zu einem Druck-Istwert (pi) für die Druckregelung verknüpft, und daß die Rechenschaltung (25) in demselben Gehäuse (12) wie der Regler (15) für die Position (x) des Ventilkolbens angeordnet ist.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the valve (11) is provided with two pressure sensors (24, 26) which the pressures (pA, pB) in the region of the outlet connections (A, B) of the valve (11 ) detect that the output signals (pA, pB) of the pressure sensors (24, 26) are fed to a computing circuit (25) which links the signals (pA, pB) supplied to them to form an actual pressure value (pi) for the pressure control, and that the computing circuit (25) is arranged in the same housing (12) as the controller (15) for the position (x) of the valve piston.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Positions-Istwert (xi) der Rechenschaltung (25) zugeführt ist und daß die Rechenschaltung (25) die ihr zugeführten Signale (pA, pB, xi) zu einem Mengen- Istwert (Qi) für die Mengenregelung des Druckmittels verknüpft.8. Device according to claim 7, characterized in that the actual position value (xi) of the arithmetic circuit (25) is supplied and that the arithmetic circuit (25) the signals supplied to it (pA, pB, xi) to an actual quantity value (Qi ) linked for the quantity control of the pressure medium.
9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (16) für die für die Bewegung des Aktuators (13) repräsentative Größe (s) als mikroprozessorgesteuerter digitaler Regler ausgebildet ist. 9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the controller (16) for the representative of the movement of the actuator (13) size (s) is designed as a microprocessor-controlled digital controller.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwerte (ss) für die geregelten Größen (s) des Bewegungsablaufs des Aktuators (13) durch digitale Steuersignale einstellbar sind, die der Einrichtung (10) über das globale Bussystem (33) zugeführt sind.10. The device according to claim 9, characterized in that the target values (ss) for the controlled variables (s) of the movement sequence of the actuator (13) are adjustable by digital control signals which are supplied to the device (10) via the global bus system (33) are.
11. Einrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4 in Verbindung mit einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile der elektronischen Steuerung (27) auf einer ersten Platine (17) angeordnet sind, daß die Bauteile der Busankopplung (30, 32) auf einer weiteren11. The device according to claim 3 or claim 4 in connection with one of the following claims, characterized in that the components of the electronic control (27) are arranged on a first circuit board (17), that the components of the bus coupling (30, 32) another
Platine (18) angeordnet sind und daß die weitere Platine (18) über eine Steckverbindung (19, 20) an der ersten Platine (17) gehalten ist . Circuit board (18) are arranged and that the further circuit board (18) is held on the first circuit board (17) via a plug connection (19, 20).
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