一种基于PLC液压站的压力/流量的闭环控制方法

摘要

一种基于PLC液压站的压力/流量的闭环控制方法，它涉及的是精密加工机床的液压支承元件的供油技术领域。本发明是为了克服现有液压站存在测量的分辨率不足，及工作时所带来的振动、噪声和压力波动较大等因素，而对机床加工精度造成影响很大的问题。它的控制方法步骤为：步骤一：判断应选择流量模式或压力模式；步骤二：在触摸屏上选择；步骤三：当PLC控制器接到流量模式指令时，驱动油泵按恒转速n运行；当PLC控制器接到压力模式指令时，驱动油泵按特定转速转动工作；步骤四：PLC控制器还时实将故障信息在触摸屏中实时显示出详细信息。本发明使用压力闭环，速度闭环，其压力输出精度高，振动小，噪声小，对超精密加工机床的加工造成的影响大大降低。

说明书

技术领域

本发明涉及的是精密加工机床的液压支承元件的供油技术领域。

背景技术

液压支承元器件因为其自身的刚度高、承载大、精度高等优势已在许多超精密加工机床上得到广泛应用，主要包括静压导轨、静压轴承以及静压丝杠螺母副等。这类液压元器件的正常使用需要液压站提供一定的油压和流量，由于电机转速变化、负载变化、流量脉动等因素，液压站的输出压力总是会发生波动。压力的波动会使得液压支承元件的油膜厚度发生变化，这些油膜厚度的改变对超精密加工来说其影响是不可忽略的。另一方面，其压力波动频率与机床频率发生耦合，更加会带来各种振动，使得机床特性变差。

现有的液压站多采用三相异步电机带动油泵，采用溢流阀调压，由于三相异步电机转速的不稳定、无压力闭环的控制，使得油压和流量会有较大的波动，三相异步电机工作所产生的噪声和振动也大于伺服电机；而且，当液压支承元件的工作负载发生变化时，以往的液压站由于缺乏实时的压力反馈，系统无法及时使压力恢复到设定值而产生一定的偏差；另外，以往的液压站采用溢流阀+减压阀的形式调压会造成一定程度的能量损失，损失的能量转化为热量，导致油路温度的上升，不利于系统冷却。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于PLC液压站的压力/流量的闭环控制方法，本发明是为了克服现有液压站通常采用三相异步电机带动油泵，采用溢流阀减压阀进行调压，使用压力表对压力进行监测，使其存在测量的分辨率不足，及工作时所带来的振动、噪声和压力波动较大等因素，而对机床加工精度造成影响很大的问题。本发明的一种基于PLC液压站的压力/流量的闭环控制方法，它的控制方法步骤为：

步骤一：首先判断超精密机床的液体静压导轨的液压支承元件5所处的工况，若是负载稳定，则采用流量模式，若是负载不稳定，则采用压力模式；

步骤二：在触摸屏6上选择流量模式选项或压力模式选项；当选择流量模式选项后，输入流量设定值，再点击触摸屏6中“开始”按钮；当选择压力模式选项后，输入压力设定值，再点击触摸屏6中“开始”按钮；

步骤三：当PLC控制器8接到触摸屏6传过来的流量模式指令和流量设定值时，PLC控制器8将按照公式                                               计算出伺服电机3-2转速n，PLC控制器8通过模拟量输入输出模块9、伺服驱动器4、伺服电机3-2驱动油泵3-3按恒转速n运行，将液压油油箱1中的液压油通过吸油过滤器2过滤后泵到液压支承元件5内，由于本液压站的油路系统输出压力较低，泄漏可忽略不计，此时油泵3-3排量与转速的乘积就是本液压站的输出流量；当PLC控制器8接到触摸屏6传过来的压力模式指令和压力设定值时，PLC控制器8根据压力传感器3-4采集的压力信号数据，及输出压力与伺服电机3-2转速之间的关系式：，n为伺服电机转速，即泵转速，P为液压站输出压力，Vr为油泵的理论排量，Rh为供油对象的液阻，经过计算得到转速参数，通过模拟量输入输出模块9、伺服驱动器4、伺服电机3-2驱动油泵3-3按特定转速转动工作，将液压油油箱1中的液压油通过吸油过滤器2过滤后泵到液压支承元件5内，即控制输出流量，达到控制压力的目的；

步骤四：PLC控制器8在通过模拟量输入输出模块9、伺服驱动器4、伺服电机3-2驱动油泵3-3转动工作时，PLC控制器8还时实通过温度传感器3-1、压力传感器3-4的检测数据及伺服驱动器4的反馈参数数据，对压力不足、压力过高、油温过高和伺服电机3-2过载等故障会进行警报处理，即驱动警报灯7发光报警，并同时在触摸屏6中实时显示出详细信息。

本发明具有以下几方面优点：

（1）通过压力闭环的控制，其压力输出精度得到了提高，稳定性也得到了改善。

（2）使用高分辨率具有数显的压力传感器，其压力的测量精度比普通压力表要高出很多，而且其数显功能读取压力值更加直观。

（3）利用触摸屏，对液压站输出压力和输出流量可以进行数值化控制，相比于用溢流阀或流量阀来说，更加简便；另外，触摸屏还可以将液压站的压力值、电机转速值等一系列信号显示出来，方便读取。

（4）使用伺服电机调速来控制压力和流量，相比于溢流阀来说，减小了能量的损耗，因此油温也不会因此而大幅度升高，有利于系统的冷却。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的控制方法步骤为：

步骤一：首先判断超精密机床的液体静压导轨的液压支承元件5所处的工况，若是负载稳定，则采用流量模式，若是负载不稳定，则采用压力模式；

步骤二：在触摸屏6上选择流量模式选项或压力模式选项；当选择流量模式选项后，输入流量设定值，再点击触摸屏6中“开始”按钮；当选择压力模式选项后，输入压力设定值，再点击触摸屏6中“开始”按钮；

步骤三：当PLC控制器8接到触摸屏6传过来的流量模式指令和流量设定值时，PLC控制器8将按照公式计算出伺服电机3-2转速n，PLC控制器8通过模拟量输入输出模块9、伺服驱动器4、伺服电机3-2驱动油泵3-3按恒转速n运行，将液压油油箱1中的液压油通过吸油过滤器2过滤后泵到液压支承元件5内，由于本液压站的油路系统输出压力较低，泄漏可忽略不计，此时油泵3-3排量与转速的乘积就是本液压站的输出流量；当PLC控制器8接到触摸屏6传过来的压力模式指令和压力设定值时，PLC控制器8根据压力传感器3-4采集的压力信号数据，及输出压力与伺服电机3-2转速之间的关系式：，n为伺服电机转速，即泵转速，P为液压站输出压力，Vr为油泵的理论排量，Rh为供油对象的液阻，经过计算得到转速参数，通过模拟量输入输出模块9、伺服驱动器4、伺服电机3-2驱动油泵3-3按特定转速转动工作，将液压油油箱1中的液压油通过吸油过滤器2过滤后泵到液压支承元件5内，即控制输出流量，达到控制压力的目的；

步骤四：PLC控制器8在通过模拟量输入输出模块9、伺服驱动器4、伺服电机3-2驱动油泵3-3转动工作时，PLC控制器8还时实通过温度传感器3-1、压力传感器3-4的检测数据及伺服驱动器4的反馈参数数据，对压力不足、压力过高、油温过高和伺服电机3-2过载故障会进行警报处理，即驱动警报灯7发光报警，并同时在触摸屏6中实时显示出详细信息。

所述伺服驱动器4可选择电源为三相380V交流电的驱动器，具体型号可选择安川SGDV-5R5A01A；触摸屏6的型号为威纶通MT6056i；PLC控制器8的型号为西门子S7-200 224XP；模拟量输入输出模块9的型号为西门子EM235；油泵3-3的型号为不二越内啮合齿轮泵IPH-2A-6.5；压力传感器3-4的分辨率达到0.001MPa，其型号可选SMC公司ISE80-02-R；伺服电机3-2的型号为安川SGMJV-08ADE6S。

同时PLC控制器8通过温度传感器3-1、压力传感器3-4的检测数据及伺服驱动器4的反馈参数数据，能对于压力不足、压力过高、油温过高、伺服电机3-2过载等故障会进行警报处理，并且在触摸屏6中实时显示出详细信息。

考虑到伺服电机3-2运行的稳定，抑制噪声和振动，在油泵3-3排量Vr的选择上，根据公式，应使得油泵3-3转速n在500r/min~1000r/min左右，过高的转速会带来振动和噪声的加剧。