JPH081567U - オープンループ電磁弁切換制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オープンループ制御方式において繰り返し動
作の毎回の到達時間そのものをダイナミックに制御して
環境条件および使用条件に左右されずに安定なサイクル
動作を実現できる電磁弁切換制御装置を提供する。 【解決手段】 油圧アクチュエータによる負荷の往復運
動の各周期の到達時間を毎回実績値として制御弁手段の
電気系に取り込み、記憶されている初期値との差が生じ
たときには次の周期でこれを補正し、毎回の到達時間を
ほぼ初期値に等しく保持する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

この考案はオープンループ電磁弁切換制御装置に関するものであり、とくに一 対の位置検出器と電磁方向制御弁とを用いてオープンループ制御方式で油圧アク チュエータを位置決め制御することにより、前記油圧アクチュエータに連結した 負荷を第１の位置と第２の位置との間で移動させるための電磁弁切換制御装置に 関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

油圧シリンダを使用して工作機械の加工テーブルなどの負荷を往復移動させる 場合の発進停止位置決めは、発進および停止位置にリミットスイッチや近接スイ ッチなどの位置検出器を組込み、その検出出力により電磁切換弁の開閉動作を行 わせるのが一般的である。

【０００３】 図２に従来の一般的な装置の構成例を示す。図２において、油圧シリンダ２１ は負荷２２を駆動し、リミットスイッチ２３ａと２３ｂは負荷２２によって作動 されてそれが第１の位置と第２の位置に達したことを検出する。油圧シリンダ２ １は電磁方向切換弁２４と流量制御弁２５とを介して油圧源２６に接続されてお り、電気回路２０によって発進・停止指令信号と前記リミットスイッチ２３ａ， ２３ｂからの検出信号とにより電磁方向切換弁２４のソレノイド装置ａ，ｂの励 磁切換えを制御するようになっている。

【０００４】 今、発進指令信号Ｓ₁ によって電気回路２０を介してソレノイド装置ａが励磁 されると、シリンダ２１のピストンロッドが延びて負荷２２を前進させる。負荷 ２２がリミットスイッチ２３ｂに達するとリミットスイッチ２３ｂからの信号で 電気回路２０を介してソレノイド装置ａが消磁され、代りにソレノイド装置ｂが 励磁される。これによってシリンダ２１への圧油の向きが逆になり、シリンダ２ １がそのピストンロッドを引き込むので負荷２２が後退される。負荷２２がリミ ットスイッチ２３ａに達すると、リミットスイッチ２３ａからの信号でソレノイ ド装置ｂが消磁され、代りにソレノイド装置ａが励磁される。このようにして負 荷２２の往復移動が繰り返し行われ、停止指令信号Ｓ₂ が与えられるまで継続す る。この間の油圧シリンダ２１の作動速度は流量制御弁２５で制御される。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

図２に示したような従来の装置では、発進・停止の際にショックのない滑らか な作動を行わせるために、電磁切換弁自体に切換時の開度変化が徐々に行われる ように油圧絞りを付加したものを用いるのが一般的であるが、この場合、シリン ダ作動の速度パターンは電磁切換弁の切換特性で一義的に定まってしまい、ショ ックのない作動を任意の速度パターンで行わせることはできない。また、発進と 停止の位置はリミットスイッチによって検出されるので或る精度範囲内に収める ことはできるが、例えばサイクル動作の制御において往復の周期の時間的再現性 をも期待する場合は、シリンダへの供給流量を温度変化などに対して厳密に制御 する必要があってやっかいである。

【０００６】 即ち、この方式ではリミットスイッチによって到達位置の精度は保たれるが、 図３に示すように、任意の１ストロークにおける発進時点ｔ₀ からストローク端 へ到達するまでの到達時間Ｔ₁ は、流量Ｑの時間積分値が一定という制限がある ため、流量ＱがΔＱだけ微小変化すると到達時間も変化して例えばＴ₂ （＝Ｔ₁ ＋ΔＴ）となる。この流量Ｑの制御は到達時間が長くなるほど積分を長くするこ とになり、またシリンダの受圧面積が小さいほど時間的誤差として多く現れるの で、油圧流量制御の限界からΔＴを厳密に零に制御することは不可能である。

【０００７】 このことは、特に図２の電磁切換弁として比例電磁方向流量制御弁を使用して ショックのない切換動作をさせたり、或いは所望の速度パターンを電気回路で発 生させて発進・停止位置は位置検出器で制御する所謂オープンループ制御方式で は繰り返し作動時の毎回の到達時間が変動するという致命的な欠陥となる。

【０００８】 このように従来の方式では繰り返し動作の毎回の到達時間の変動を押えるため には油圧回路内の作動油の温度などをかなり厳密に管理したり、電気回路系のド リフトを軽減するなど、システムの複雑化を余儀なくされ、それに比して効果が 薄いという嫌いがあった。

【０００９】 この考案の目的は、前述のようなオープンループ制御方式のものにおいて、繰 り返しの動作の毎回の到達時間そのものをダイナミックに制御して環境条件およ び使用条件に左右されずに所定の速度変化パターンを維持したまま安定なサイク ル動作を実現できる電磁弁切換制御装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

前述の課題を達成するために、この考案のオープンループ電磁弁切換制御装置 では、一対の位置検出器と電磁方向制御弁とを用いてオープンループ制御方式で 油圧アクチュエータを位置決め制御することにより、前記油圧アクチュエータに 連結した負荷を第１の位置と第２の位置との間で移動させるものにおいて、前記 電磁方向制御弁として通過圧油の流量を電気入力信号に比例した値に制御する比 例電磁制御弁またはサーボ弁などの制御弁手段を設け、この制御弁手段への入力 信号の制御系として、前記負荷の移動による前記第１と第２の位置間の到達時間 を計測して内部記憶情報の初期値との時間差に相当する補正信号を出力する時間 計測手段と、前記油圧アクチュエータの発進・停止間の速度パターンを与えるた めに予め定められた信号変化パターンで経時的に変化する制御信号を発生するパ ターン発生手段と、該パターン発生手段から出力される制御信号を増幅して前記 制御弁手段へ前記入力信号として与える増幅手段と、前記速度パターンが前記信 号変化パターンの相似パターンを保ったまま前記時間差を補償して前記到達時間 が前記初期値に保たれるように前記パターン発生手段から出力される制御信号の 利得を前記時間計測手段からの補正信号により補正する利得補正手段とを設けた ものである。

【００１１】 本考案のオープンループ電磁弁切換制御装置では、一対の位置検出器と、通過 圧油の流量を電気入力信号に比例した値に制御する比例電磁制御弁またはサーボ 弁などの制御弁手段とを用いてオープンループ制御方式で油圧アクチュエータを 位置決め制御し、これにより、油圧アクチュエータに連結した負荷を第１の位置 と第２の位置との間で繰り返し移動させる。往復移動のためには、制御弁手段の 圧油の方向切換を制御弁手段の例えばソレノイド装置やフォースモータなどの電 気−油圧駆動系への入力電流の切換によって行うが、往復移動の各ストローク期 間中の油圧アクチュエータの速度パターンは、各期間中の制御弁手段への入力電 流の経時的変化をパターン発生手段から発生される予め定められた信号変化パタ ーンの制御信号に従って変化させることにより経時的に制御される。

【００１２】 時間計測手段は、一対の位置検出器からの信号に基づいて負荷の移動による第 １と第２の位置間の到達時間を計測し、また内部記憶情報としてこの到達時間の 初期値を記憶可能である。この初期値としては予めプログラム設定してメモリに 書込んでおいてもよく、或いは負荷の繰り返し往復運動の予め定められた周期に ついての第１と第２の位置間の到達時間を時間計測手段自身で計測し、これを初 期値として記憶するようにしてもよい。この場合、往復運動の周期としては好ま しくは安定作動状態の１周期または複数周期をとることができ、複数周期の場合 にはその間の平均値をとって初期値とすればよい。時間計測手段は、更に毎回の 到達時間を取り込んで初期値との時間差に相当する補正信号を出力する。

【００１３】 利得補正手段は、時間計測手段からの補正信号により時間差を補償、即ち、前 記速度パターンが前記信号変化パターンの相似パターンを保ったまま、この時間 差がなくなるように制御信号に対する利得を補正し、この電気系のゲイン補正に よって、油圧アクチュエータによる所定の速度変化パターンでの負荷の往復運動 の毎回の到達時間が往路または復路の対応する初期値にほぼ一致して保たれるよ うになる。勿論、往路と復路で前記初期値が同じ場合もあり、また別々の場合も ある。

【００１４】 このように本考案の装置では、油圧アクチュエータによる負荷の往復運動の各 周期の到達時間が毎回実績値として制御弁手段の電気系に取り込まれ、記憶され ている初期値との差が生じたときには次の周期でこれを補正し、所定の速度変化 パターンを維持したまま孵化の往復運動の毎回の到達時間がほぼ一定に保持され るものである。

【００１５】 本考案の特徴と利点を一層明確にするために、本考案の好ましい実施の形態を 図面と共に説明すれば以下の通りである。

【００１６】

【考案の実施の形態】

図１ににおいて、油圧シリンダ１１は負荷１２を駆動し、リミットスイッチ１ ３ａと１３ｂは負荷１２によって作動されてそれが第１の位置と第２の位置に達 したことを検出する。油圧シリンダ１１は比例電磁方向流量制御弁１４を介して 油圧源１６に接続されており、制御弁１４のソレノイド装置ａ，ｂへの励磁電流 を電気制御回路１０によって切換えて油圧シリンダ１１への圧油の向き、従って 負荷１２の往復移動を制御するようになっている。

【００１７】 電気制御回路１０は、パターン発生器１と、時間計測回路２と、利得補正回路 ３と、駆動増幅器４と、タイミング制御回路５とを備え、スタート信号Ｓ₁ を受 けたときに制御弁１４の切換動作を開始し、ストップ信号Ｓ₂ を受けたときにそ れを停止する。

【００１８】 パターン発生器１は、スタート信号Ｓ₁ またはタイミング制御回路５からのパ ルス信号を受けたときに、負荷の移動の往復で同一または各々別々に設定された 経時的に所定の設定パターンで変化する制御信号を内部のゲイン設定器１ａで設 定調整された所望のゲインで出力する。

【００１９】 時間計測回路２は、この実施例では内部メモリ２ａを有する例えばプログラマ ブルコントローラのようなマイクロコンピュータで構成され、両リミットスイッ チ１３ａ，１３ｂ間の負荷１２の到達時間を初期値Ｔ_S として所望値にプログラ ム設定可能である。またこの時間計測回路２は、リミットスイッチ１３ａ，１３ ｂから負荷の到達検出信号をうけて内部クロックにより両リミットスイッチ間の そのときの負荷の到達時間を検出する機能を有し、そして例えば到達時間をプロ グラム設定した状態でスタート信号Ｓ₁ によって一旦往復動作を開始した負荷が 所望の安定動作状態になったときなど、任意のときにスタート信号または別の書 込み指令信号を与えることによってそのときの負荷の到達時間の一周期分の値ま たは複数周期分の平均値を初期値Ｔ_S として取り込んで内部メモリー２ａの記憶 内容を書き換える機能を有している。

【００２０】 更に時間計測回路２は、毎回の負荷１２の移動時に検出される到達時間Ｔを往 路と復路の各々の周期について別々にメモリー２ａ内に記憶された初期値Ｔ_S と 比較して、実際の到達時間と記憶初期値との間の時間差ΔＴ＝Ｔ−Ｔ_S に相当す る補正信号を往路と復路の各周期について毎回出力する機能を有する。

【００２１】 利得補正回路３は、パターン発生器１からの制御信号と時間計測回路２からの 補正信号に内部の調整器３ａで所定のゲイン調整を行ったものとを掛算器３ｂに より掛算し、これによって得た補正量を加算器３ｃによって制御信号に加えて利 得補正を行う。調整器３ａによる修正ゲインは、ΔＴという時間的ずれに見合う 補正量とできるような値に予め設定される。尚、図示の例では利得補正を掛算器 ３ｂを利用して得ているが、疑似的には加算回路で構成してもほぼ同様の効果が 得られる。

【００２２】 利得補正回路３で補正された制御信号は駆動増幅器４によって電流増幅されて 各ソレノイド装置ａ，ｂに交互に与えられる。このソレノイド装置ａ，ｂへの励 磁電流の切換は、リミットスイッチ１３ａ，１３ｂからの接点信号を受けて作動 するタイミング制御回路５からのパルス信号によって増幅器４内のスイッチング 回路４ａを制御して行われる。タイミング制御回路５はその出力パルス信号によ りパターン発生器１をリセットする役目も果たしている。

【００２３】 上記の構成を備えた実施例装置の作動を説明すれば、先ず、二つのリミットス イッチ１３ａ，１３ｂを所定距離Ｌで配置し、その間を負荷１２が或る定められ た時間Ｔ_S で移動するものとする。時間計測回路２内のメモリ２ａにはこの時間 Ｔ_S を初期値として書込んでおき、またパターン発生器１には時間Ｔ_S の間に負 荷１２がショックなしに発進して距離Ｌでショックなしに停止するための滑らか な流量制御パターンを設定しておく。

【００２４】 負荷１２がリミットスイッチ１３ａを作動させている位置にある場合、スター ト信号Ｓ₁ を制御回路１０に与えると、パターン発生器１からの制御信号に従っ て経時的に変化する励磁電流が増幅器４からソレノイド装置ａに与えられる。こ の場合、或る方向への負荷１２の最初の移動周期に対しては時間計測回路２はそ の出力の補正信号が零となるようにプログラムされているので、パターン発生器 １からの制御信号には補正がかかることはない。

【００２５】 励磁電流がソレノイド装置ａに流れることによって制御弁１４が圧油供給源１ ６からの圧油を制御信号の経時変化パターンに従って油圧シリンダ１１のヘッド 側に導き、これによって負荷１２がショックなく滑らかに発進してリミットスイ ッチ１３ｂへと向う。このとき負荷１２が発進したときのリミットスイッチ１３ ａの接点信号を受けて時間計測回路２が計時を始める。負荷１２が前記パターン に従って所定の速度パターンで移動し、リミットスイッチ１３ｂの近くに達する と設定速度パターンに応じて徐々に減速してリミットスイッチ１３ｂに達し、そ れを作動させると、それまでの所要時間、即ち往路の到達時間Ｔ_a が時間計測回 路２内で検出され、内部メモリ２ａに記憶される。

【００２６】 このときのリミットスイッチ１３ｂからの接点信号に基づくタイミング制御回 路５からのパルス信号によって増幅器４内のスイッチング回路４ａが作動し、こ れによってソレノイド装置ａの励磁が断たれて制御弁１４が中立ポジションに戻 り、パターン発生器１もリセットされる。

【００２７】 復路についても同様であるが、この復路の負荷１２の発進はスタート信号また はタイミング制御回路５からのパルス信号によってパターン発生器１から対応す る設定パターンに応じた制御信号を出力させて、スイッチング回路４ａによりソ レノイド装置ｂを励磁することで行われる。この復路で計測されてメモリ２ａ内 に記憶された実際の到達時間をＴ_b とする。

【００２８】 負荷の最初の一往復が終ると、時間計測回路２内の内部メモリ２ａには初期値 Ｔ_S と負荷１２の往復についてのそれぞれ実際の到達時間Ｔ_a 及びＴ_b が記憶さ れることになる。

【００２９】 二回目の往路移動の発進は前記最初の復路の終端で負荷がリミットスイッチ１ ３ａを作動させることによって生じるタイミング制御回路５からのパルス信号で 開始される。この場合、励磁電流の制御はほぼ同様であるが、時間計測回路２か らはΔＴ_a ＝Ｔ_a −Ｔ_S の時間差に相当する出力が生じており、これが補正回路 ３においてゲイン調整器３ａによる修正ゲインＫを与えられたうえで掛算器３ｂ によりパターン発生器１からの制御信号と掛算されて補正信号として加算器３ｃ によって制御信号に加えられる。

【００３０】 この補正動作により増幅器４への入力信号のゲインが制御され、例えばΔＴ_a が正の場合はゲインを増加して前周期の往路移動よりもシリンダ１１への流量が 相似パターンのまま相対的に増加するように、逆にΔＴ_a が負の場合はゲインを 減少して前周期の往路移動よりもシリンダ１１への流量が相似パターンのまま相 対的に減少するように自動制御が行われる。

【００３１】 二回目の復路も同様であり、二回目の往路移動の終端で負荷がリミットスイッ チ１３ｂを作動させることによって生じるタイミング制御回路５からのパルス信 号でスイッチング回路４ａがソレノイド装置ａを消磁し代りにｂを励磁すると共 にパターン発生器１をリセットして負荷１２の反転が行われる。この場合も、励 磁電流の制御はほぼ同様であるが、補正動作は、時間計測回路２から出力される ΔＴ_b ＝Ｔ_b −Ｔ_S の時間差に相当する信号に基づいて行われることは述べるま でもない。

【００３２】 以下、この繰返しにより、毎回の往復の各周期について、内部記憶された初期 値Ｔ_S を基準として対応する一つ前の周期の実績値との比較結果に基づいて到達 時間が制御弁１４の励磁電流制御によって一定に制御される。

【００３３】 尚、以上に述べた例では制御弁１４に比例電磁方向流量制御弁を用いた場合を 示したが、他の比例弁や電気油圧サーボ弁に置き換えても同様である。

【００３４】 また以上に述べた例では負荷の往復移動の夫々について補正動作を行う場合を 示したが、本考案は往路または復路の何れか一方のみに補正動作をかけるものを 除外するものではなく、また一方向への移動中に複数の位置検出手段によって検 出した位置毎にアクチュエータへの制御流量を段階的に変えるようにパターン発 生器で電流制御するような場合にも適用可能である。

【００３５】

【考案の効果】

以上に述べたように、本考案によれば、負荷を二位置間に所定速度パターンで 繰り返し移動させる油圧アクチュエータの油圧制御において位置と動作時間を同 時に精度よく制御するのに有効であり、比例電磁流量制御弁等の制御弁要素をオ ープンループ制御で用いて繰り返し動作の毎回の動作時間そのものをダイナミッ クに制御することができ、環境条件および使用条件に左右されずに安定なサイク ル動作を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例装置の構成を示す電気油圧回路
図である。

【図２】従来例を示す油圧回路図である。

【図３】負荷を二位置間に移動させるときの油圧シリン
ダへの流量変化による到達時間の変化の様子を説明する
ための線図である。

【符号の説明】

１：パターン発生器 ２：時間計測回路 2a：内部メモリ ３：利得補正回路 ４：駆動増幅器 ５：タイミング制御回路 10：電気制御回路 11：油圧シリンダ 12：負荷 13a,13b:リミットスイッチ 16：油圧供給源 14：比例電磁方向流量制御弁

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の位置検出器と電磁方向制御弁とを
   用いてオープンループ制御方式で油圧アクチュエータを
   位置決め制御することにより、前記油圧アクチュエータ
   に連結した負荷を第１の位置と第２の位置との間で移動
   させるものにおいて、前記電磁方向制御弁として通過圧
   油の流量を電気入力信号に比例した値に制御する比例電
   磁制御弁またはサーボ弁などの制御弁手段を有し、この
   制御弁手段への入力信号の制御系として、前記負荷の移
   動による前記第１と第２の位置間の到達時間を計測して
   内部記憶情報の初期値との時間差に相当する補正信号を
   出力する時間計測手段と、前記油圧アクチュエータの発
   進・停止間の速度パターンを与えるために予め定められ
   た信号変化パターンで経時的に変化する制御信号を発生
   するパターン発生手段と、該パターン発生手段から出力
   される制御信号を増幅して前記制御弁手段へ前記入力信
   号として与える増幅手段と、前記速度パターンが前記信
   号変化パターンの相似パターンを保ったまま前記時間差
   を補償して前記到達時間が前記初期値に保たれるように
   前記パターン発生手段から出力される制御信号の利得を
   前記時間計測手段からの補正信号により補正する利得補
   正手段とを有することを特徴とするオープンループ電磁
   弁切換制御装置。