專利名稱：液壓機運行速度的控制系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種液壓機運行速度的控制系統(tǒng)及控制方法，特別是涉及一種采用閉環(huán)自動PID控制的液壓機運行速度的控制系統(tǒng)及控制方法。
背景技術(shù)：
隨著鍛壓行業(yè)的飛速發(fā)展，要求壓力機的技術(shù)性能也越來越高，閉環(huán)自動PID控制運行速度技術(shù)應用而生。鍛壓不同的鍛件要求有穩(wěn)定，且可隨工藝的不同進行快速的穩(wěn)定的速度隨時調(diào)節(jié)。通常我們?yōu)榱诉_到速度壓力等要求，選用的流量都是恒定的，且不可線性隨即調(diào)節(jié)。這就限制了壓機的工藝需求。如果在液壓機運行速度的控制上采用西門子PLC的軟件 PID調(diào)節(jié)功能，就可以達到線性隨即調(diào)節(jié)。閉環(huán)自動PID控制運行速度的技術(shù)大體如下
1、PID是一個閉環(huán)控制算法。因此要實現(xiàn)PID算法，必須在硬件上具有閉環(huán)控制，就是得有反饋。比如控制一個電機的轉(zhuǎn)速，就得有一個測量轉(zhuǎn)速的傳感器，并將結(jié)果反饋到控制路線上。2、PID是比例(P)、積分(I)、微分⑶控
制算法。但并不是必須同時具備這三種算法，也可以是PD，PI,甚至只有P算法控制。3、比例(P)、積分(I)、微分⑶控制算法各有作用比例，反
應系統(tǒng)的基本(當前)偏差e(t)，系數(shù)大，可以加快調(diào)節(jié)，減小誤差，但過大的比例使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定；積分，反應系統(tǒng)的累計偏差
Σ eft) = e(t) - eft-1) + e(t-2) +…—e(l),使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度，因為有誤
V J-\ jr\J-V Jtfν /
差，積分調(diào)節(jié)就進行，直至無誤差；微分，反映系統(tǒng)偏差信號的變化率e (t) -e (t-Ι)，
具有預見性，能預見偏差變化的趨勢，產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除，因此可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。但是微分對噪聲干擾有放大作用，加強微分對系統(tǒng)抗干擾不利。積分和微分都不能單獨起作用，必須與比例控制配合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種利用西門子PLC的軟件的 PID調(diào)節(jié)功能來實現(xiàn)液壓機的速度隨時可快速穩(wěn)定線性調(diào)節(jié)的液壓機運行速度的控制系統(tǒng)及控制方法。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是提供一種液壓機運行速度的控制系統(tǒng)及控制方法。其中液壓機運行速度的控制系統(tǒng)，包括有液壓機控制單元PLC，所述的PLC上分別設置有模擬信號輸入模塊、數(shù)字信號輸入模塊、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，在液壓機的滑塊上設置滑塊位移傳感器，在液壓機的油路上分別設置集成有第一伺服放大板的6通徑流量控制伺服閥、集成有第二伺服放大板的10通徑流量控制伺服閥、連接比例泵控制電磁閥的比例泵放大板、電流型壓力傳感器以及集成有放大板的壓力控制比例溢流閥，所述的滑塊位移傳感器連接模擬信號輸入模塊，所述的第一伺服放大板和第二伺服放大板分別連接第一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述的比例泵放大板連接數(shù)字信號輸入模塊，所述的電流型壓力傳感器連接第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述的放大板連接第二數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。所述的第一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和第二數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊采用型號為6ES7 135 4FB52 OABO 的西門子數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。所述的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用型號為6ES7 134 4LB02 OABO 的西門子模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。所述的模擬信號輸入模塊采用型號為6ES7-138-4dB03-0AB0西門子模擬信號輸入模塊。所述的數(shù)字信號輸入模塊采用型號為6ES7-135-4FB52-0AB0西門子數(shù)字信號輸入模塊。本發(fā)明的用于液壓機運行速度的控制系統(tǒng)的控制方法，是在液壓機控制單元PLC 中安裝有西門子S7-300/400軟件，包括如下步驟
1)給定速度設定，在觸摸屏上輸入給定的速度，液壓機運行；
2)在液壓機運行時，通過滑塊位移傳感器，測定液壓機位置變化，并將得到的速度數(shù)據(jù)實時傳送到西門子軟件中的PID控制單元中的反饋輸入位中；
3)通過設置在伺服閥前端和后端的電流型壓力傳感器，將模擬量信號傳送給PLC的模擬量與數(shù)字量轉(zhuǎn)換模塊中，這時當有一個壓力差時，PLC得出一具體的壓力差值，當所述的壓力差值大于0.3兆帕時給PID控制模塊的自動運行位一個常閉的信號，否則給常開信號。4)在PID控制模塊運行后，這時通過PLC的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊把輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成一個模擬量；
5)PLC的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸出一個模擬量到比例泵放大板的6 6c端子上得到需要的電壓，使比例泵給定一個粗調(diào)的流量，當速度調(diào)整到設定的精度范圍時維持電壓不變。6)改成PID輸出位輸出將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成的模擬量，傳送給6通徑流量控制伺服閥或10通徑流量控制伺服閥，進行閉環(huán)控制；
7)同時伺服閥將本身的運行情況反饋到PLC的地址PIW520和PIW522。步驟2所述的測定液壓機位置變化，是采用西門子軟件中的10毫秒中斷模塊0B38 進行位置采樣，得出的位置量再乘以100就得到了液壓機每秒運行的速度。步驟6所述的傳送給6通徑流量控制伺服閥或10通徑流量控制伺服閥，進行閉環(huán)控制，是當反饋給PID控制單元的液壓機速度小于設定速度時，使用6通徑流量控制伺服閥，否則使用10通徑流量控制伺服閥。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是本發(fā)明的液壓機運行速度的控制系統(tǒng)及控制方法，采用的PID控制，控制效果好，運行穩(wěn)定可靠，且不需要被控對象的精準數(shù)學模型，結(jié)構(gòu)簡單，有較強的靈活性和適應性，使用方便?？梢赃M行高精度控制，在提高產(chǎn)品的精度和質(zhì)量跨上一個更高的臺階，可以制造出高精尖的鍛壓件產(chǎn)品。


圖1是本發(fā)明的液壓原理的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的第一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的接線原理圖；圖3是本發(fā)明的第二數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的接線原理圖； 圖4是本發(fā)明的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的接線原理圖； 圖5是本發(fā)明的第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的接線原理圖； 圖6是本發(fā)明的伺服閥放大板接線原理圖； 圖7是本發(fā)明的比例泵放大板與對應模塊的接線原理圖； 圖8是本發(fā)明的位移傳感器與西門子模塊的接線原理圖。
具體實施例方式為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲列舉以下實施例，并配合附圖詳細說明本發(fā)明的液壓機運行速度的控制系統(tǒng)及控制方法如下
本發(fā)明的液壓機運行速度的控制系統(tǒng)及控制方法，利用西門子PLC的軟件的PID調(diào)節(jié)功能來實現(xiàn)液壓機的速度隨時可快速穩(wěn)定的線性調(diào)節(jié)。在西門子S7-300/400軟件中西門子提供了集成的PID控制塊SFB 41/FB 41的功能。在西門子S7-300/400軟件的0B35塊中調(diào)用PID控制塊SFB 41，可實現(xiàn)其功能的應用。其實現(xiàn)的過程是利用電控比例泵與電控高精度流量伺服閥配合，通過西門子PLC 軟件PID閉環(huán)控制，從而實現(xiàn)液壓機速度的快速，穩(wěn)定，區(qū)間的可調(diào)。圖1是本發(fā)明的液壓原理的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，M7是200千瓦的電機，B2是力士樂牌的比例泵型號A4VS0250E02，AJ1是對應比例泵的控制電路放大板，11 (YAD)是6通徑流量控制伺服閥與放大板是集成型的，12 (YAE)是10通徑流量控制伺服閥與放大板是集成型的，13是20通徑單向閥，14 (SP5)是單向壓力繼電器，15 (BP2)是電流型壓力傳感器，16 (YAF)是壓力控制比例溢流閥與放大板集成型。圖2是西門子數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的接線圖，型號6ES7 135 4FB52 0ΑΒ0，分別接線到伺服閥放大板YAE線號為QV4+，QV4-，YAD伺服閥放大板分線號為QV5+，QV5_。西門子內(nèi)部軟件地址為伺服閥放大板YAE分配地址是PQW516，為伺服閥放大板YAD分配地址為PQW518。圖3是西門子數(shù)模轉(zhuǎn)換的接線圖，和比例壓力閥YAF的放大版接線圖，型號6ES7 135 4FB52 0ΑΒ0，分別接線QV6+，QV6-，西門子內(nèi)部地址是PQW536，比例壓力閥的放大版是集成的，分別接端子D，E0而端子A，B分別接線SC2+，SC2-，另接直流MV電壓。圖4是西門子模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的接線圖，型號為6ES7 134 4LB02 0ΑΒ0，分別接伺服閥放大板YAE線號為QF1+，QF1-，伺服閥放大板YAD線號為QF2+，QF2_。西門子內(nèi)部軟件地址 YAD 為 PIW520，YAE 為 PIW518.
圖5是西門子模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的接線圖，型號為6ES7 134 4LB02 OABO, QF3+，QF3-分別接電流型壓力傳感器BP2的正端，和負端。圖6是伺服閥放大板YAD和伺服閥放大板YAE接線圖，其中伺服閥放大板YAD 線號 QV4+，QV4-, QFl+, QFl-接圖二，SC2+ 與 SC2-接 24V 直流電源，A, B, C, D, E, F 分別代表放大板接線端。伺服閥放大板YAE同理。圖7是比例泵放大板與對應的西門子模塊接線圖。其中，AJl (YPA)是比例泵放大板的代號，線號QV7+，QV7-接比例泵放大板引腳6a+，6C-，另一端接PLC模塊地址PQW528，線號SC3+，SC3-接比例泵放大板引腳22a (MV+) (OV)，另一端接直流對伏電源。PVl 是量程0-10V的直流電壓表，QDla, QDh接比例泵放大板2c，32c端子，另一端接比例泵控制電子閥插頭YPA(l)，QD3a，QMa接放大板加，3 端子，另一端接比例泵控制電子閥插頭 YPA (2)。Fla、F2a、F3a接放大板端子8c、10c、30c，另一端接比例泵反饋插頭端子2a，Ia和地線。圖8是位移傳感器與西門子模塊的接線原理圖，其中，BQl是位移傳感器選用的是出線型，線號ID+接西門子模塊端子1，和位移傳感器的粉紅色電線，線號ID-接西門子模塊端子5，和位移傳感器的灰色電線，線號IC+接西門子模塊端子4，和位移傳感器的黃色電線，線號IC-接西門子模塊端子8，和位移傳感器的綠色電線，線號IV+接西門子模塊端子2，和位移傳感器的棕色電線，線號IV-接西門子模塊端子3，和位移傳感器的白色電線。如圖1 圖6所示，液壓機運行速度的控制系統(tǒng)，包括有液壓機控制單元PLC，所述的PLC上分別設置有模擬信號輸入模塊17、數(shù)字信號輸入模塊18、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊19、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊19. 1、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊20和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊20. 1，在液壓機的滑塊上設置滑塊位移傳感器21，在液壓機的油路上分別設置集成有第一伺服放大板YAD的6通徑流量控制伺服閥11、集成有第二伺服放大板YAE的10通徑流量控制伺服閥12、連接比例泵控制電磁閥22的比例泵放大板AJl、電流型壓力傳感器15以及集成有放大板YAF的壓力控制比例溢流閥16，所述的滑塊位移傳感器21連接模擬信號輸入模塊17，所述的伺服放大板YAD和伺服放大板YAE分別連接第一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊19和第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊20，所述的比例泵放大板AJl連接數(shù)字信號輸入模塊18，所述的電流型壓力傳感器15連接第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊20. 1，所述的放大板YAF連接第二數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊19. 1。所述的第一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊19和第二數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊19. 1采用型號為6ES7 135 4FB52 OABO的西門子數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。所述的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊20和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊20. 1采用型號為6ES7 134 4LB02 OABO的西門子模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。所述的模擬信號輸入模塊17采用型號為6ES7-138-4dB03_0AB0西門子模擬信號輸入模塊。所述的數(shù)字信號輸入模塊18采用型號為6ES7-135-4FB52-0AB0西門子數(shù)字信號輸入模塊。本發(fā)明的用于液壓機運行速度的控制系統(tǒng)的控制方法，在液壓機控制單元PLC中安裝有西門子S7-300/400軟件，包括如下步驟
1)給定速度設定，在觸摸屏上輸入給定的速度，液壓機運行；此時速度數(shù)據(jù)通過觸摸屏傳送給PLC對應的數(shù)據(jù)地址寄存器內(nèi)保存，且傳送到西門子S7-400，PLC的PID運算數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)給定位上。2)在液壓機運行時，通過設置在液壓機滑塊上的滑塊位移傳感器BQ1，測定液壓機位置變化，并將得到的速度數(shù)據(jù)實時傳送到西門子軟件中的PID控制單元中的反饋輸入位中；
速度是后一秒的位置減去前一秒的位置得出的量，除以一秒得出的。例如后一秒位置是100毫米，前一秒位置是102毫米，那么它這時的速度是2毫米每秒。
為了達到高精度速度值，其采樣位置間隔時間就要盡可能的小一些，為此所述的測定液壓機位置變化，是采用西門子軟件中的10毫秒中斷模塊0B38進行位置采樣，得出的位置量再乘以100就得到了液壓機每秒運行的速度。3)這時給定數(shù)據(jù)與反饋數(shù)據(jù)都已經(jīng)傳送到PID控制模塊(軟件模塊)中。但PID 控制模塊(軟件模塊)還需要給定一長閉的信號才可以自動運行。通過設置在伺服閥前端的模擬量型(4-20毫安信號)電流型壓力傳感器(BP2) 15， 將模擬量信號傳送給PLC的模擬量與數(shù)字量轉(zhuǎn)換模塊中，PLC得出一具體的壓力值，當所述的壓力值大于0. 3兆帕時給PID控制模塊(軟件模塊)的自動運行位一個常閉的信號，否
則給常開信號。4)在PID控制模塊(軟件模塊)運行后，會在輸出位輸出一個浮點型的實時自動調(diào)整的0. 0-100.0的數(shù)字量，這時通過PLC的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(硬件)把輸出的數(shù)字量 (0. 0-100. 0)轉(zhuǎn)換成一個模擬量(0-10伏電壓)，模擬量輸出模塊的地址為(PQW528)；
5) PLC的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸出一個模擬量(0-10伏電壓)到比例泵放大板AJl的6a，6c 端子上得到需要的電壓，使比例泵給定一個粗調(diào)的流量，當速度調(diào)整到設定的精度范圍(到 0. 5毫米每秒)時維持電壓不變。6)改成PID輸出位輸出將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成的模擬量，傳送給6通徑流量控制伺服閥 11或10通徑流量控制伺服閥12，進行閉環(huán)控制；其精度可以達到0. 01毫米每秒。所述的傳送給6通徑流量控制伺服閥11或10通徑流量控制伺服閥12，進行閉環(huán)控制，其使用情況是通過反饋會的速度精度是否可以達到0.01毫米每秒而進行轉(zhuǎn)換的。當反饋給PID控制單元的液壓機速度小于設定速度(0. 01毫米每秒)時，使用6通徑流量控制伺服閥11，否則使用10通徑流量控制伺服閥12。7)同時伺服閥也同樣具有閉環(huán)控制系統(tǒng)可進行反饋，將本身的運行情況反饋到 PLC 的地址 PIW520 和 PIW522。
權(quán)利要求
1.一種液壓機運行速度的控制系統(tǒng)，包括有液壓機控制單元PLC，其特征在于，所述的PLC上分別設置有模擬信號輸入模塊(17)、數(shù)字信號輸入模塊(18)、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 (19)、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(19. 1)、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(20)和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(20. 1)，在液壓機的滑塊上設置滑塊位移傳感器(21)，在液壓機的油路上分別設置集成有第一伺服放大板(YAD)的6通徑流量控制伺服閥(11)、集成有第二伺服放大板(YAE)的10通徑流量控制伺服閥(12)、連接比例泵控制電磁閥(22)的比例泵放大板(AJ1)、電流型壓力傳感器 (15)以及集成有放大板(YAF)的壓力控制比例溢流閥(16)，所述的滑塊位移傳感器(21)連接模擬信號輸入模塊(17)，所述的第一伺服放大板(YAD)和第二伺服放大板(YAE)分別連接第一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(19)和第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(20)，所述的比例泵放大板(AJl)連接數(shù)字信號輸入模塊(18)，所述的電流型壓力傳感器(15)連接第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(20. 1 )，所述的放大板(YAF)連接第二數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(19. 1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓機運行速度的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(19)和第二數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(19. 1)采用型號為6ES7 135 4FB52 OABO的西門子數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓機運行速度的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(20)和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(20. 1)采用型號為6ES7 134 4LB02 OABO的西門子模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓機運行速度的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的模擬信號輸入模塊(17)采用型號為6ES7-138-4dB03-0AB0西門子模擬信號輸入模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓機運行速度的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)字信號輸入模塊(18)采用型號為6ES7-135-4FB52-0AB0西門子數(shù)字信號輸入模塊。
6.一種用于權(quán)利要求1所述的液壓機運行速度的控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于， 在液壓機控制單元PLC中安裝有西門子S7-300/400軟件，包括如下步驟1)給定速度設定，在觸摸屏上輸入給定的速度，液壓機運行；2)在液壓機運行時，通過滑塊位移傳感器(21)，測定液壓機位置變化，并將得到的速度數(shù)據(jù)實時傳送到西門子軟件中的PID控制單元中的反饋輸入位中；3)通過設置在伺服閥前端和后端的電流型壓力傳感器(15)，將模擬量信號傳送給PLC 的模擬量與數(shù)字量轉(zhuǎn)換模塊中，這時當有一個壓力差時，PLC得出一具體的壓力差值，當所述的壓力差值大于0.3兆帕時給PID控制模塊的自動運行位一個常閉的信號，否則給常開信號；4)在PID控制模塊運行后，這時通過PLC的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊把輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成一個模擬量；5)PLC的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸出一個模擬量到比例泵放大板(AJl)的6 6c端子上得到需要的電壓，使比例泵給定一個粗調(diào)的流量，當速度調(diào)整到設定的精度范圍時維持電壓不變；6)改成PID輸出位輸出將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成的模擬量，傳送給6通徑流量控制伺服閥(11) 或10通徑流量控制伺服閥(12)，進行閉環(huán)控制；7)同時伺服閥將本身的運行情況反饋到PLC的地址PIW520和PIW522。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液壓機運行速度的控制方法，其特征在于，步驟2所述的測定液壓機位置變化，是采用西門子軟件中的10毫秒中斷模塊0B38進行位置采樣，得出的位置量再乘以100就得到了液壓機每秒運行的速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液壓機運行速度的控制方法，其特征在于，步驟6所述的傳送給6通徑流量控制伺服閥(11)或10通徑流量控制伺服閥(12)，進行閉環(huán)控制，是當反饋給 PID控制單元的液壓機速度小于設定速度時，使用6通徑流量控制伺服閥(11 )，否則使用10 通徑流量控制伺服閥(12)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液壓機運行速度的控制系統(tǒng)及控制方法。系統(tǒng)是設置在滑塊上的滑塊位移傳感器連接模擬信號輸入模塊，設置在液壓機油路上的第一伺服放大板和第二伺服放大板分別連接第一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，比例泵放大板連接數(shù)字信號輸入模塊，電流型壓力傳感器連接第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，放大板連接第二數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。方法是給定速度設定；測定液壓機位置變化；將模擬量信號傳送給PLC；PLC對控制伺服閥進行閉環(huán)控制；同時伺服閥將本身的運行情況反饋到PLC。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，有較強的靈活性和適應性，使用方便?？梢赃M行高精度控制，在提高產(chǎn)品的精度和質(zhì)量跨上一個更高的臺階。
文檔編號B30B15/26GK102303421SQ20111028002
公開日2012年1月4日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者蘇德林 申請人:天津市天鍛壓力機有限公司