一種基于plc液壓站的壓力/流量的閉環(huán)控制方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是精密加工機床的液壓支承元件的供油技術(shù)領域。
【背景技術(shù)】
[0002] 液壓支承元器件因為其自身的剛度高、承載大、精度高等優(yōu)勢已在許多超精密加 工機床上得到廣泛應用，主要包括靜壓導軌、靜壓軸承以及靜壓絲杠螺母副等。這類液壓元 器件的正常使用需要液壓站提供一定的油壓和流量，由于電機轉(zhuǎn)速變化、負載變化、流量脈 動等因素，液壓站的輸出壓力總是會發(fā)生波動。壓力的波動會使得液壓支承元件的油膜厚 度發(fā)生變化，這些油膜厚度的改變對超精密加工來說其影響是不可忽略的。另一方面，其壓 力波動頻率與機床頻率發(fā)生耦合，更加會帶來各種振動，使得機床特性變差。
[0003] 現(xiàn)有的液壓站多采用三相異步電機帶動油泵，采用溢流閥調(diào)壓，由于三相異步電 機轉(zhuǎn)速的不穩(wěn)定、無壓力閉環(huán)的控制，使得油壓和流量會有較大的波動，三相異步電機工作 所產(chǎn)生的噪聲和振動也大于伺服電機；而且，當液壓支承元件的工作負載發(fā)生變化時，以 往的液壓站由于缺乏實時的壓力反饋，系統(tǒng)無法及時使壓力恢復到設定值而產(chǎn)生一定的偏 差；另外，以往的液壓站采用溢流閥+減壓閥的形式調(diào)壓會造成一定程度的能量損失，損失 的能量轉(zhuǎn)化為熱量，導致油路溫度的上升，不利于系統(tǒng)冷卻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種基于PLC液壓站的壓力/流量的閉環(huán)控制方法，本發(fā)明 是為了克服現(xiàn)有液壓站通常采用三相異步電機帶動油泵，采用溢流閥減壓閥進行調(diào)壓，使 用壓力表對壓力進行監(jiān)測，使其存在測量的分辨率不足，及工作時所帶來的振動、噪聲和壓 力波動較大等因素，而對機床加工精度造成影響很大的問題。本發(fā)明的一種基于PLC液壓 站的壓力/流量的閉環(huán)控制方法，它的控制方法步驟為： 步驟一：首先判斷超精密機床的液體靜壓導軌的液壓支承元件5所處的工況，若是負 載穩(wěn)定，則采用流量模式，若是負載不穩(wěn)定，則采用壓力模式； 步驟二：在觸摸屏6上選擇流量模式選項或壓力模式選項；當選擇流量模式選項后，輸 入流量設定值，再點擊觸摸屏6中"開始"按鈕；當選擇壓力模式選項后，輸入壓力設定值， 再點擊觸摸屏6中"開始"按鈕； 步驟三：當PLC控制器8接到觸摸屏6傳過來的流量模式指令和流量設定值時，PLC控 制器8將按照公式^ ρ = 計算出伺服電機3-2轉(zhuǎn)速n，PLC控制器8通過模擬量 輸入輸出模塊9、伺服驅(qū)動器4、伺服電機3-2驅(qū)動油泵3-3按恒轉(zhuǎn)速η運行，將液壓油油 箱1中的液壓油通過吸油過濾器2過濾后泵到液壓支承元件5內(nèi)，由于本液壓站的油路系 統(tǒng)輸出壓力較低，泄漏可忽略不計，此時油泵3-3排量與轉(zhuǎn)速的乘積就是本液壓站的輸出 流量；當PLC控制器8接到觸摸屏6傳過來的壓力模式指令和壓力設定值時，PLC控制器8 根據(jù)壓力傳感器3-4采集的壓力信號數(shù)據(jù)，及輸出壓力與伺服電機3-2轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系式： P = / 60 , η為伺服電機轉(zhuǎn)速，即泵轉(zhuǎn)速，P為液壓站輸出壓力，Vr為油泵的理 論排量，Rh為供油對象的液阻，經(jīng)過計算得到轉(zhuǎn)速參數(shù)，通過模擬量輸入輸出模塊9、伺服 驅(qū)動器4、伺服電機3-2驅(qū)動油泵3-3按特定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動工作，將液壓油油箱1中的液壓油通 過吸油過濾器2過濾后泵到液壓支承元件5內(nèi)，即控制輸出流量，達到控制壓力的目的； 步驟四：PLC控制器8在通過模擬量輸入輸出模塊9、伺服驅(qū)動器4、伺服電機3-2驅(qū)動 油泵3-3轉(zhuǎn)動工作時，PLC控制器8還時實通過溫度傳感器3-1、壓力傳感器3-4的檢測數(shù) 據(jù)及伺服驅(qū)動器4的反饋參數(shù)數(shù)據(jù)，對壓力不足、壓力過高、油溫過高和伺服電機3-2過載 等故障會進行警報處理，即驅(qū)動警報燈7發(fā)光報警，并同時在觸摸屏6中實時顯示出詳細信 肩、。
[0005] 本發(fā)明具有以下幾方面優(yōu)點： (1)通過壓力閉環(huán)的控制，其壓力輸出精度得到了提高，穩(wěn)定性也得到了改善。
[0006] (2)使用高分辨率具有數(shù)顯的壓力傳感器，其壓力的測量精度比普通壓力表要高 出很多，而且其數(shù)顯功能讀取壓力值更加直觀。
[0007] (3)利用觸摸屏，對液壓站輸出壓力和輸出流量可以進行數(shù)值化控制，相比于用溢 流閥或流量閥來說，更加簡便；另外，觸摸屏還可以將液壓站的壓力值、電機轉(zhuǎn)速值等一系 列信號顯示出來，方便讀取。
[0008] (4)使用伺服電機調(diào)速來控制壓力和流量，相比于溢流閥來說，減小了能量的損 耗，因此油溫也不會因此而大幅度升高，有利于系統(tǒng)的冷卻。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0010]
【具體實施方式】一：結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的控制方法步驟為： 步驟一：首先判斷超精密機床的液體靜壓導軌的液壓支承元件5所處的工況，若是負 載穩(wěn)定，則采用流量模式，若是負載不穩(wěn)定，則采用壓力模式； 步驟二：在觸摸屏6上選擇流量模式選項或壓力模式選項；當選擇流量模式選項后，輸 入流量設定值，再點擊觸摸屏6中"開始"按鈕；當選擇壓力模式選項后，輸入壓力設定值， 再點擊觸摸屏6中"開始"按鈕； 步驟三：當PLC控制器8接到觸摸屏6傳過來的流量模式指令和流量設定值時，PLC控 制器8將按照公式十算出伺服電機3-2轉(zhuǎn)速n，PLC控制器8通過模擬量 輸入輸出模塊9、伺服驅(qū)動器4、伺服電機3-2驅(qū)動油泵3-3按恒轉(zhuǎn)速η運行，將液壓油油 箱1中的液壓油通過吸油過濾器2過濾后泵到液壓支承元件5內(nèi)，由于本液壓站的油路系 統(tǒng)輸出壓力較低，泄漏可忽略不計，此時油泵3-3排量與轉(zhuǎn)速的乘積就是本液壓站的輸出 流量；當PLC控制器8接到觸摸屏6傳過來的壓力模式指令和壓力設定值時，PLC控制器8 根據(jù)壓力傳感器3-4采集的壓力信號數(shù)據(jù)，及輸出壓力與伺服電機3-2轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系式： P = WFrjRfe / 60，η為伺服電機轉(zhuǎn)速，即泵轉(zhuǎn)速，P為液壓站輸出壓力，Vr為油泵的理 論排量，Rh為供油對象的液阻，經(jīng)過計算得到轉(zhuǎn)速參數(shù)，通過模擬量輸入輸出模塊9、伺服 驅(qū)動器4、伺服電機3-2驅(qū)動油泵3-3按特定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動工作，將液壓油油箱1中的液壓油通 過吸油過濾器2過濾后泵到液壓支承元件5內(nèi)，即控制輸出流量，達到控制壓力的目的； 步驟四：PLC控制器8在通過模擬量輸入輸出模塊9、伺服驅(qū)動器4、伺服電機3-2驅(qū)動 油泵3-3轉(zhuǎn)動工作時，PLC控制器8還時實通過溫度傳感器3-1、壓力傳感器3-4的檢測數(shù)據(jù) 及伺服驅(qū)動器4的反饋參數(shù)數(shù)據(jù)，對壓力不足、壓力過高、油溫過高和伺服電機3-2過載故 障會進行警報處理，即驅(qū)動警報燈7發(fā)光報警，并同時在觸摸屏6中實時顯示出詳細信息。 [0011] 所述伺服驅(qū)動器4可選擇電源為三相380V交流電的驅(qū)動器，具體型號可選擇 安川S⑶V-5R5A01A;觸摸屏6的型號為威綸通MT6056i ;PLC控制器8的型號為西門子 S7-200 224XP ;模擬量輸入輸出模塊9的型號為西門子EM235 ;油泵3-3的型號為不二越 內(nèi)嚙合齒輪泵IPH-2A-6. 5 ;壓力傳感器3-4的分辨率達到0.0 OlMPa，其型號可選SMC公司 ISE80-02-R ;伺服電機3-2的型號為安川SGMJV-08ADE6S。
[0012] 同時PLC控制器8通過溫度傳感器3-1、壓力傳感器3-4的檢測數(shù)據(jù)及伺服驅(qū)動器 4的反饋參數(shù)數(shù)據(jù)，能對于壓力不足、壓力過高、油溫過高、伺服電機3-2過載等故障會進行 警報處理，并且在觸摸屏6中實時顯示出詳細信息。
[0013] 考慮到伺服電機3-2運行的穩(wěn)定，抑制噪聲和振動，在油泵3-3排量Vr的選擇上， 根據(jù)公式β = n FrZtfO ,應使得油泵3-3轉(zhuǎn)速η在500r/min~1000r/min左右，過高的轉(zhuǎn) 速會帶來振動和噪聲的加劇。
【主權(quán)項】
1. 一種基于PLC液壓站的壓力/流量的閉環(huán)控制方法，其特征在于它的控制方法步驟 為： 步驟一：首先判斷超精密機床的液體靜壓導軌的液壓支承元件（5)所處的工況，若是 負載穩(wěn)定，則采用流量模式，若是負載不穩(wěn)定，則采用壓力模式； 步驟二：在觸摸屏（6)上選擇流量模式選項或壓力模式選項；當選擇流量模式選項后， 輸入流量設定值，再點擊觸摸屏（6)中"開始"按鈕；當選擇壓力模式選項后，輸入壓力設定 值，再點擊觸摸屏（6)中"開始"按鈕； 步驟三：當PLC控制器（8)接到觸摸屏（6)傳過來的流量模式指令和流量設定值時， PLC控制器（8)將按照公式ρ = 況？ ·計算出伺服電機（3-2)轉(zhuǎn)速η，PLC控制器（8) 通過模擬量輸入輸出模塊（9)、伺服驅(qū)動器（4)、伺服電機（3-2)驅(qū)動油泵（3-3)按恒轉(zhuǎn)速η 運行，將液壓油油箱（1)中的液壓油通過吸油過濾器（2)過濾后泵到液壓支承元件（5)內(nèi)， 由于本液壓站的油路系統(tǒng)輸出壓力較低，泄漏可忽略不計，此時油泵（3-3)排量與轉(zhuǎn)速的乘 積就是本液壓站的輸出流量；當PLC控制器（8)接到觸摸屏（6)傳過來的壓力模式指令和 壓力設定值時，PLC控制器（8)根據(jù)壓力傳感器（3-4)采集的壓力信號數(shù)據(jù)，及輸出壓力與 伺服電機（3-2)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系式：P = ?++2?ζ_ΛΑ / 60 ,η為伺服電機轉(zhuǎn)速，即泵轉(zhuǎn)速，P 為液壓站輸出壓力，Vr為油泵的理論排量，Rh為供油對象的液阻，經(jīng)過計算得到轉(zhuǎn)速參數(shù)， 通過模擬量輸入輸出模塊（9)、伺服驅(qū)動器（4)、伺服電機（3-2)驅(qū)動油泵（3-3)按特定轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)動工作，將液壓油油箱（1)中的液壓油通過吸油過濾器（2)過濾后泵到液壓支承元件（5) 內(nèi)，即控制輸出流量，達到控制壓力的目的； 步驟四：PLC控制器（8)在通過模擬量輸入輸出模塊（9)、伺服驅(qū)動器（4)、伺服電機 (3-2)驅(qū)動油泵（3-3)轉(zhuǎn)動工作時，PLC控制器（8)還時實通過溫度傳感器（3-1)、壓力傳感 器（3-4)的檢測數(shù)據(jù)及伺服驅(qū)動器（4)的反饋參數(shù)數(shù)據(jù)，對壓力不足、壓力過高、油溫過高 和伺服電機（3-2)過載故障會進行警報處理，即驅(qū)動警報燈（7)發(fā)光報警，并同時在觸摸屏 (6)中實時顯示出詳細信息。
【專利摘要】一種基于PLC液壓站的壓力/流量的閉環(huán)控制方法，它涉及的是精密加工機床的液壓支承元件的供油技術(shù)領域。本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有液壓站存在測量的分辨率不足，及工作時所帶來的振動、噪聲和壓力波動較大等因素，而對機床加工精度造成影響很大的問題。它的控制方法步驟為：步驟一：判斷應選擇流量模式或壓力模式；步驟二：在觸摸屏上選擇；步驟三：當PLC控制器接到流量模式指令時，驅(qū)動油泵按恒轉(zhuǎn)速n運行；當PLC控制器接到壓力模式指令時，驅(qū)動油泵按特定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動工作；步驟四：PLC控制器還時實將故障信息在觸摸屏中實時顯示出詳細信息。本發(fā)明使用壓力閉環(huán)，速度閉環(huán)，其壓力輸出精度高，振動小，噪聲小，對超精密加工機床的加工造成的影響大大降低。
【IPC分類】F15B21-04, B23Q1-38, F15B11-02
【公開號】CN104668974
【申請?zhí)枴緾N201510077599
【發(fā)明人】王波, 賴志鋒, 喬政
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月13日