SE456458B - Reglerkrets - Google Patents

Description

456 458 Styrningen utföres numera oftast med hjälp av en eller flera mikro- processorer där varje processor styr var sin elhydrauliska servo- krets med servoventil och tillhörande manöverdon (hydraulcylinder). Även om en hydraulpress av det slag som beskrivits ovan är mycket flexibel jämfört med en mekanisk press har emellertid problem upp- stått med styrning av en sådan press då materialegenskaper, press- krafter och pressförlopp varierar inom stora områden. Speciellt i sådana fall där minsta möjliga presscykeltid eftersträvas har tidigare kända reglersystem visat sig otillräckliga.

Föreliggande uppfinning avser därför en ny reglerkrets vilken ger avsevärda förbättringar jämfört med konventionella reglerkretsar för styrning av exempelvis en pulverpress. Reglerkretsen är avsedd att kunna användas i en mångfald applikationer där kraven pá nog- grannhet, snabbhet och flexibilitet är stora, i första hand pà pressar och andra typer av materialbearbetningsmaskiner.

Reglerkretsen kännetecknas därvid i första hand av att pådragsor- ganet utgöres av en flödesreglerande servoventil, att den elektro- hydrauliska servoloopen för kraftreglering innefattar en kraftgiva- re för bestämning av den kraft som verkar på verktyget och är anordnad att inkopplas först då verktyget hos maskinen befinner sig på ett fastställt avstånd från sin slutposition, företrädesvis i slutfasen av ett bearbetningsförlopp.

I det följande skall uppfinningen närmare beskrivas i anslutning till bifogade ritningar varvid figur 1 visar en principskiss över en hydraulisk pulverpress inklu- sive förflyttningsdiagram för pressens form och stans, figur 2 visar en reglerkrets med grundservoloop för lägesstyrning av formen hos pulverpressen, och figur 3 visar en reglerkrets enligt uppfinningen för kombinerad kraft- och lägesstyrning av stansen hos pulverpressen. 456 458 En hydraulisk pulverpress vars principiella uppbyggnad visas i figur la består av ett stativ 1, en form 2 (formverktyg eller dyna), en stans 3 och tillhörande manöverdon i form av hydraulcylindrar 4, 5 för positionering av form och stans. Dessutom ingår utrustningar för materialtranspcrt såsom doserare för påfyllning av pulver och en plockningsanordning för utplockning av färdigpressade detaljer.

Under en presscykel förs formen 2 först till ett noggrant bestämt läge för påfyllning av pulver. Efter pàfyllningen förs stansen 3 snabbt ner till ett presstartläge, varefter pressning sker till ett noggrant bestämt slutläge, alternativt till en noggrant bestämd slutkraft. Under pressgángen skall stans- och formförflyttningarna ske med varierbara och samordnade hastigheter. I slutläget kan en viss hàlltid med bibehållen presskraft dessutom erfordras, var- efter presskraften reduceras till en hàllkraft efter en varierbar tidsfunktion (se förflyttningsdiagrammet i figur lb).

Efter det sålunda beskrivna pressförloppet förs formen 2 ned så att den färdigpressade detaljen frilägges och kan plockas ut ur pressen. Efter utplockningen går stansen 3 snabbt upp till sitt övre läge och formen Z till påfyllnadsläget varefter en ny press- cykel startar.

Pressförloppet styrs av ett reglersystem vilket innefattar en reg- lerkrets för pressformen och en reglerkrets för stansen. I figur 2 visas en i och före sig förut känd elhydraulisk reglerkrets för reglering av läget hos pressformen 2. För att åstadkomma en snabb och noggrann lägesreglering av formen utgöres den verkställande en- heten i kretsen av en hydraulcylinder 4 vilken med hjälp av en kolvstàng 6 styr läget hos pressformen 2. Reglerkretsen innefattar vidare ett pàdragsorgau i form av en flödesrewlerande servoventil 7 som omvandlar den elektriska styrsignalen i till en hydraulisk ut- storhet i form av ett oljeflöde g till hydraulcylindern 4.

I det aktuella fallet genereras reglerkretsens börvärdesfunktion x(t) i en mikroprocessorbaserad dator 8. Eftersom hög noggrannhet 456 458V: krävs (i detta fall 0,05 O/oo) mäts ärvärdet y(t) digitalt med en linjär inkremental lägesgivare 9. Den i summationspunkten 10 digi- talt bildade skillnadssignalen, e=z-y, omvandlas till analog form i en D/A-omvandlare 11 och styr via en PI-regulator 12 (propor- tionalintegral reglering) strömmen i till servoventilen 7.

Sá länge krafterna på kolvstángen 6 varierar måttligt är oljeflödet q till hydraulcylindern och därmed kolvstángshastigheten proportio- nell mot strömmen i frekvensområdet 0 - ca 100 Hz vilket möjliggör en stor bandbredd hos reglerloopen och därmed stor noggrannhet och snabbhet. De enskilda komponenterna i reglerkretsen i figur 2 är för övrigt väl kända inom reglertekniken och beskrivs därför ej närmare.

Reglersystemet innefattar också en reglerkrets för styrning av stansen 3. I upp- och nedstyrningsfaserna samt i begynnelsefasen av pressförloppet lägesregleras stansen 3 och krafterna pà kolv- stången varierar måttligt. I dessa faser kan då en likadan regler- krets som för formen 2 användas, jämför figur 2. I slutfasen av pressförloppet växer emellertid kolvkraften dramatiskt och sambandet mellan kolvläge och ventilström i ändrar helt karaktär.

Enligt uppfinningen kompletteras då den beskrivna grundservoloopen med en ytterligare reglerkrets för att uppnå erforderlig noggrann- het i lägesregleringen för stansen 3 och för att åstadkomma erfor- derlig kraftreglering, se figur 3.

I likhet med grundservoloopen enligt figur 3 innefattar regler- kretsen för stansen 3 en D/A-omvandlare 11' som omvandlar skill- nadssignalen e mellan börvärdet x(t) och ärvärdet y(t) till ana- log form. Den analoga signalen el styr via P och I regulatorer l2', l2" strömmen i till servoventilen 7'. Servoventilen 7' omvandlar den elektriska styrsignalen i till en hydraulisk utstor- het i form av ett oljeflöde q till stansens hydraulcylinder 5 vars kolvstáng 6' styr läget hos stansen 3. Börvärdet x(t) genereras i en mikroprocessorbaserad dator 8' och ärvärdet y(t) mäts digitalt med en linjär inkremental lägesgivare 9'. 456 458 Som framgår av figur 3 innefattar reglerkretsen dessutom en servo- loop med en kraftgivare 13 för bestämning av den kraft som verkar på stansen 3 och en PD-regulator 14 (proportional- och derivator- funktion) för signalbehandling av skillnadssignalen mellan kraftens bör och är-värde.

För att optimera lägesregleringen i slutfasen av ett pressförlopp med hänsyn till materialegenskaper och presskrafter innefattar reg- lerkretsen dessutom en extra D/A-omvandlare 15 för omvandling av skillnadssignalen e i läge, funktionsomkopplare S1, S2, S3 och S4 vilka ingriper i olika skeden under pressförloppet samt ingångar för kraftbörvärden FP, FM och tidfunktion T . En integrator 16 samt två multiplikatorer 17, 18 vars funktion näïmare skall beskrivas nedan ingår också i kretsen. Även dessa komponenter är i och för sig förut kända och beskrivs därför ej närmare. Multiplikatorerna 17, 18 kan exempelvis utgöras av multiplicerande potentiometrar (omkopplingsbara motstàndsnät) eller elektroniska spänningsmulti- plikatorer. Funktionsomkopplarna S1~S4 kan vara mekaniska panelom- kopplare, datorstyrda elektroniska switcher eller reläer. Integra- torn 16 kan vara en RC-kopplad operationsförstärkare eller ett digitalt register.

Reglerkretsen enligt uppfinningen fungerar på följande sätt. Då stansen 3 nätt ett i datorprogrammet fastställt avstånd från slut- positionen sker en omkoppling från lägesreglering till kraftregle- ring genom att switchen S1 ställs i läge 2 genom datorn 8'. Fram till denna tidpunkt hålls signalen a till I-regulatorn 12" pà vär- det noll genom áterkoppling av signalen till integratorn 16. Sam- tidigt med omkopplingen tvingas signalen FBÖR genom áterkopplingen av signalen a att bli lika med signalen FÅR från kraftgivaren 13 varigenom en störningsfri övergång till kraftstyrning sker.

Då switchen S1 intar läge 2 kommer ärsignalen FÄR från kraftgivaren 13 att följa FBÖR I-regulatorn 12", servoventilen 7', hydraulcylindern 5 och med hjälp av reglerloopen: PD-regulatorn 14, kraftgivaren 13. Grundloopen omfattande P-regulatorn 12' degenere- rar samtidigt pà grund av kraftuppväxten. 456 458 Switchen S3 är på förhand ställd i läget 1 eller 2 beroende på om pressning sker mot en slutkraft eller ett slutläge. Med switchen S3 i läge l styrs signalen FBÖR torn 16 anta slutkraftvärdet FP. Övergången till FP sker med en tidsfunktion som bestäms av motkopplingsgraden över integratorn 16.

Med switchen S3 i läge 2 styrs F av en med integratorn 16 inte- grerad lägesskillnadssígnal e2. âgšigenom bildas en via kraftregler- kretsen sluten yttre lägesreglerloop. Då rätt läge har uppnåtts er- hålls då en signal tillgänglig så att utgångskraften för den nämnda bibehållningen av slutkraften och nedstyrningen av kraften kan ut- föras.

För optimering av noggrannheten används en multiplikator 17 med vars hjälp förstärkningen i lägesloopen kompenseras för den inver- kan som materialet har pà sambandet mellan ventilströmmen i och läget y. (Stor presskraft ger en liten kvot yli). Omkopplaren S4 förinställs beroende på aktuellt material.

Då inställt värde på slutläge eller slutkraft har uppnåtts och den tidigare nämnda hàlltiden löpt ut ges en signal som ställer switchen S2 i läge 2. F reduceras då till mothållskraften FM BÖR genom återkoppling av integratorn 16 via multiplikatorn 18. Tids- BÖR från slutpresskraften FS till mot- hàllskraften FM bestäms av multíplikatorn 17. Dä mothàllskraften uppnåtts och den färdigpressade detaljen tagits av plockaren styrs funktionen i övergången F stansen upp till sin övre position med grundloopen för lägesregle- ring. Samtidigt återgår switcharna Sl och S2 till position 1, var- vid en presscykel genomlönts. att via motkoppling över integra- a

Claims (6)

456 458 PATENTKRAV

1. Reglerkrets för styrning av en materialbearbetningsma- skin, företrädesvis en hydraulisk pulverpress, med avseende på kraft och läge innefattande dels en elektrohydraulisk grundser- voloop för lägesreglering i vilken ingår ett pádragsorgan och en verkställande enhet i form av en hydraulcylínder (4) för styr- ning av läget hos verktyget (3) hos maskinen och dels en elektrohydraulisk servoloop (13, 14, 12") för kraftreglering k ä n n e t e c k n a d a v att pådragsorganet utgöres av en flödesreglerande servoventil (7), att den elektrohydrauliska servoloopen för kraftreglering innefattar en kraftgivare (13) för bestämning av den kraft som verkar pá verktyget (3) och är anordnad att inkopplas först då verktyget (3) hos maskinen be- finner sig pà ett fastställt avstånd från sin slutposition, före- trädesvis i slutfasen av ett bearbetningsförlopp.

2. Reglerkrets enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d a v att den elektrohydrauliska servoloopen för kraftregleríng innefattar en PD-regulator (14) för signalbehandling av skillnads- signalen mellan kraftens bör- och ärvärde (F - FÅR) samt i BÖR kombination med grundservoloopen en I-regulator (12"), servo- ventilen (7') och hydraulcylindern (5).

3. Reglerkrets enligt patentkrav 2 k ä n n e t e c k n a d a v att kraftens börvärde (F ) styrs via en integrator (16) BÖR för att i ett visst läge under pressförloppet, företrädesvis i slutfasen, bibehålla kraften på en viss nivå.

4. Reglerkrets enligt patentkrav 3 k ä n n e t e c k n a d 456 458 a V att integratorn (16) är anordnad att inkopplas så att kraf- tens börvärde (F ) vid inkopplingen av den hydrauliska servo- BÖR loopen för kraftreglering är lika med kraftens ärvärde (FÅR) upp- mätt med kraftgivaren (13) och att därefter integratorn är omkopp- lingsbar mellan ett kraftbörvärde (F ) som antingen överensstäm- BÖR mer med inställt slutkraftvärde (FP) eller med det kraftbörvärde (FBÖR) som erfordras för att verktyget (3) skall uppnå ett in- ställt slutläge.

5. Reglerkrets enligt patentkrav 4 k ä n n e t e c k n a d a v en ytterligare servoloop för lägesreglering innefattande en D/A-omvandlare (15) för omvandling av den digitala lägesskillnads- signalen (e) i grundservoloopen, en multiplikator (17) för för-. stärkningsjustering samt integratorn (16) för att alstra nämnda av lägesskillnadssignalen beroende kraftbörvärdet (FBÖR).

6. Reglerkrets enligt patentkrav 3 k ä n n e t e c k n a d av att integratorn (16), dà inställt värde på slutläge eller slut- kraft (FP) uppnåtts och en viss hålltid utlöpt, är anordnad att inkopplas så att kraftens börvärde (FBÖR) reduceras till en in- ställbar hállkraft (FM) med ett inställbart tidsberoende (TM).