本發(fā)明涉及一種500KN恒力壓力機(jī)電液伺服控制系統(tǒng)，適用于機(jī)械領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

恒力壓力機(jī)是為某特殊產(chǎn)品開發(fā)的專用設(shè)備，要求具有普通壓力機(jī)操作方便性、可靠性，同時(shí)具備試驗(yàn)機(jī)的性能。要求是加載力、位移及其速率可控、可測(cè)，既可保持加載力、位移恒定(恒值方式)，也可保持加載力、位移的速率恒定(恒速率方式)。加載力精度要達(dá)到l級(jí)壓力試驗(yàn)機(jī)水平。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種500KN恒力壓力機(jī)電液伺服控制系統(tǒng)，利用伺服比例閥實(shí)現(xiàn)了慢速調(diào)節(jié)中加載力、位移或其速率的恒定?？刂葡到y(tǒng)以小型PLC和觸摸屏為控制核心，自編的PID程序充分發(fā)揮了伺服比例閥和PIE性能，控制系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：所述的控制系統(tǒng)由參數(shù)設(shè)定和顯示(觸摸屏)、控制器(PLC)、信號(hào)調(diào)理及動(dòng)力環(huán)節(jié)4部分組成。

所述控制程序包括過程參數(shù)記錄顯示、標(biāo)定、中斷倍頻、反饋調(diào)節(jié)、零點(diǎn)調(diào)整等幾部分，其中最重要的反饋調(diào)節(jié)采用自編的全浮點(diǎn)運(yùn)算、變參數(shù)的PID程序，解決了內(nèi)置PID指令輸入范圍受限，不能實(shí)時(shí)控制的問題。

所述信號(hào)調(diào)理環(huán)節(jié)含光柵尺和壓力調(diào)理轉(zhuǎn)換模塊兩部分。光柵尺將壓力機(jī)下壓盤(活動(dòng)橫梁)的位移轉(zhuǎn)換為AB兩相脈沖，PIE采用中斷方式接受脈沖，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，再經(jīng)軟件四倍頻，從而提高位移測(cè)量精度和分辨率。

所述調(diào)理轉(zhuǎn)換模塊是提高加載力測(cè)量和控制精度的關(guān)鍵。系統(tǒng)采用了高精度、高分辨率的壓力傳感器和調(diào)理轉(zhuǎn)換模塊。壓力傳感器的滿量程精度為±0.1％，調(diào)理轉(zhuǎn)換模塊將壓力傳感器的應(yīng)變信號(hào)放大，經(jīng)24位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，編碼成浮點(diǎn)數(shù)，通過其ModBus串行總線輸出，最后PLC以通信的方式采集壓力信號(hào)，壓力值經(jīng)過標(biāo)定后轉(zhuǎn)換為力值。與位移控制不同，力的控制是半閉環(huán)的，是通過控制液壓缸壓力間接控制的，但經(jīng)過0.3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀標(biāo)定后，力的測(cè)量和控制完全能到達(dá)l級(jí)試驗(yàn)機(jī)示值誤差±l％的要求。

所述液壓系統(tǒng)的液壓缸為φ160柱塞缸，快速上升時(shí)由液壓源2的大泵供油，小泵卸載，在恒值或恒速率調(diào)節(jié)階段小泵供油，大泵卸載。調(diào)節(jié)階段的加載閥為額定流量5L/min的伺服比例閥13，其根據(jù)偏差控制進(jìn)入液壓缸的流量，實(shí)現(xiàn)恒值或恒速率輸出?；爻虝r(shí)換向閥9的電磁鐵YV3通電，打開液控單向閥10，液壓缸靠自重快速下行。

在工作空間調(diào)整上，本壓力機(jī)與試驗(yàn)機(jī)不同，試驗(yàn)機(jī)是通過電機(jī)、減速器、絲桿等一套機(jī)械裝置來實(shí)現(xiàn)上壓盤定位，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。本壓力機(jī)上橫梁即為上壓盤，液壓缸全行程，利用大泵實(shí)現(xiàn)液壓缸快速上行定位，機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。

所述伺服比例閥13出口處加一個(gè)液控單向閥12，目的是對(duì)于要求恒值精度不高的工作場(chǎng)合，可以利用該閥保壓，此時(shí)伺服比例閥停止工作，液壓泵卸載，以節(jié)約能源。為了使液控單向閥保壓到伺服比例閥調(diào)節(jié)過程中切換平穩(wěn)，卸荷閥7先通電，之后換向閥5再通電。在調(diào)節(jié)過程中，換向閥5應(yīng)始終通電。需要注意的是選擇卸荷閥3、7時(shí)，其卸荷壓力一定要低，以防止電機(jī)起動(dòng)后換向閥9、伺服比例閥13的泄漏造成液壓缸自動(dòng)上行。

本發(fā)明的有益效果是：該控制系統(tǒng)采用的工業(yè)控制常用控制器：PLC和觸摸屏。其可靠性高于工控機(jī)或嵌入式控制器，并且界面友好、操作方便，以通信方式實(shí)現(xiàn)壓力采集也較好地解決了PLC的A/D模塊性能低的問題。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的液壓系統(tǒng)原理圖。

圖2是本發(fā)明的控制方塊圖。

圖中：1．電機(jī)；2．油泵；3、7．卸荷閥；4、6．單向閥；5、9．換向閥；8．節(jié)流閥；l0、12．液控單向閥；11.二位三通電磁換向閥；13.伺服比例閥。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1，液壓系統(tǒng)的液壓缸為φ160柱塞缸，快速上升時(shí)由液壓源2的大泵供油，小泵卸載，在恒值或恒速率調(diào)節(jié)階段小泵供油，大泵卸載。調(diào)節(jié)階段的加載閥為額定流量5L/min的伺服比例閥13，其根據(jù)偏差控制進(jìn)入液壓缸的流量，實(shí)現(xiàn)恒值或恒速率輸出。回程時(shí)換向閥9的電磁鐵YV3通電，打開液控單向閥10，液壓缸靠自重快速下行。

在工作空間調(diào)整上，本壓力機(jī)與試驗(yàn)機(jī)不同，試驗(yàn)機(jī)是通過電機(jī)、減速器、絲桿等一套機(jī)械裝置來實(shí)現(xiàn)上壓盤定位，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。本壓力機(jī)上橫梁即為上壓盤，液壓缸全行程，利用大泵實(shí)現(xiàn)液壓缸快速上行定位，機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。

伺服比例閥13出口處加一個(gè)液控單向閥12，目的是對(duì)于要求恒值精度不高的工作場(chǎng)合，可以利用該閥保壓，此時(shí)伺服比例閥停止工作，液壓泵卸載，以節(jié)約能源。為了使液控單向閥保壓到伺服比例閥調(diào)節(jié)過程中切換平穩(wěn)，卸荷閥7先通電，之后換向閥5再通電。在調(diào)節(jié)過程中，換向閥5應(yīng)始終通電。需要注意的是選擇卸荷閥3、7時(shí)，其卸荷壓力一定要低，以防止電機(jī)起動(dòng)后換向閥9、伺服比例閥13的泄漏造成液壓缸自動(dòng)上行。

如圖2，控制系統(tǒng)由參數(shù)設(shè)定和顯示(觸摸屏)、控制器(PLC)、信號(hào)調(diào)理及動(dòng)力環(huán)節(jié)4部分組成。

控制程序包括過程參數(shù)記錄顯示、標(biāo)定、中斷倍頻、反饋調(diào)節(jié)、零點(diǎn)調(diào)整等幾部分，其中最重要的反饋調(diào)節(jié)采用自編的全浮點(diǎn)運(yùn)算、變參數(shù)的PID程序，解決了內(nèi)置PID指令輸入范圍受限，不能實(shí)時(shí)控制的問題。

信號(hào)調(diào)理環(huán)節(jié)含光柵尺和壓力調(diào)理轉(zhuǎn)換模塊兩部分。光柵尺將壓力機(jī)下壓盤(活動(dòng)橫梁)的位移轉(zhuǎn)換為AB兩相脈沖，PIE采用中斷方式接受脈沖，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，再經(jīng)軟件四倍頻，從而提高位移測(cè)量精度和分辨率。

調(diào)理轉(zhuǎn)換模塊是提高加載力測(cè)量和控制精度的關(guān)鍵。系統(tǒng)采用了高精度、高分辨率的壓力傳感器和調(diào)理轉(zhuǎn)換模塊。壓力傳感器的滿量程精度為±0.1％，調(diào)理轉(zhuǎn)換模塊將壓力傳感器的應(yīng)變信號(hào)放大，經(jīng)24位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，編碼成浮點(diǎn)數(shù)，通過其ModBus串行總線輸出，最后PLC以通信的方式采集壓力信號(hào)，壓力值經(jīng)過標(biāo)定后轉(zhuǎn)換為力值。與位移控制不同，力的控制是半閉環(huán)的，是通過控制液壓缸壓力間接控制的，但經(jīng)過0.3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀標(biāo)定后，力的測(cè)量和控制完全能到達(dá)l級(jí)試驗(yàn)機(jī)示值誤差±l％的要求。