专利名称：一种高精度位置控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及冶金、机械行业中生产工艺所要求的机械定位系统，特别适用于钢管制造业中顶杆、芯棒的生产过程，可同时完成位置调整及精确定位的定位系统。
背景技术：
为满足自动化生产的要求，在冶金、机械等诸多领域广泛使用的位置调整和定位系统。这种用于位置控制的定位系统，大多数采用液压缸、调整丝杠、电机、减速机和编码器来实现动作、调整和定位。比如在钢管生产过程中，穿孔机后台需要一组升降辊道，不断在低位、毛管位和芯棒位动作来满足生产需求，并且根据不同的产品规格毛管位和芯棒位相应做出调整，以便准确定位。该系统需要两套液压缸1和2、两套调整丝杠3和4、两套电机8、两套减速机6和7，以及编码器，通过可编程控制器PLC控制来实现动作、调整和定位，其系统结构示意如图1所示。由该图所示的结构可以看出，该系统占用空间大、所需要的设备品种多、数量大，控制精度不高，并且维护起来也十分地困难。
实用新型内容本实用新型正是为了解决上述现有技术存在的缺陷，而提出一种高精度位置控制系统，利用高频响比例阀和带有位置反馈的液压缸，并由PLC控制实现多种位置的动作和定位，从而完成高精度位置控制。
一种高精度位置控制系统，包括开关量输入、可编程控制器PLC控制组件，其特征在于，该系统还包括带行程控制的液压缸、行程控制传感器、高响应比例阀和比例放大板，它们与机械连接组成闭环控制系统，实现位置定位其中所述机械连接用于产生位置反馈信号；可编程控制器PLC控制组件用于接收该位置反馈的信号，以及输出处理后的模拟量输出信号到数/模转换；数/模转换用于将模拟量转换为数字量作为放大板的输入信号；放大板用于将数字输入信号放大，输出给比例阀的中位；比例阀用于控制两个比例磁铁；开关量输入用来控制该系统动作应满足的基本条件。
与现有技术相比，本实用新型利用现在先进的PLC控制技术与新型的液压缸、比例阀组成高精度位置控制系统，代替老式的采用液压缸、调整丝杠、电机、减速机和编码器组成的位置控制系统，不仅可以实现位置精确控制，而且克服了老式系统占用空间大、设备量大、控制精度不高以及维护困难等缺点。
下面将结合实施例及参照附图对该实用新型的技术方案进行详细说明。
图1为先前技术的位置控制系统结构示意图；图2是本实用新型所提出的高精度位置控制系统结构示意图。
图3是本实用新型具体实施例中带有穿孔机后台升降辊道的高精度位置控制系统结构示意图。
图4是本实用新型所提出的高精度位置控制系统的PLC控制系统示意图。
具体实施方式
如图2所示，为本实用新型所提出的高精度位置控制系统结构示意图。该系统包括带行程控制的液压缸101、行程控制传感器102、高响应比例阀103、比例放大板104和可编程控制器PLC控制组件105。这种新型位置控制系统，取代了原来的老式液压缸，去掉了减速机和丝杠。其中，液压缸101的选择，是根据要达到的液压缸的行程，以及实际的负载和液压的压力所计算出液压缸的有杆腔和无杆腔的直径，选出标准系列的带有位置反馈的液压缸；高响应比例阀103，是根据现场工艺要求的动作时间和液压缸的大小计算出液压缸动作所需的流量，由流量和液压的压力参数选用标准的高频响比例阀或伺服阀；可编程控制器PLC控制组件105，是根据现场工艺要求的位置数量和动作要求选用的；另外，为防止误动作，液压缸的位置传感器和比例阀(伺服阀)的控制均选用电流控制型。由PLC、比例阀(伺服阀)、液压缸和机械连接组成闭环控制系统，来实现动作和精确定位。其中机械连接部分，是根据生产工艺和现场空间布局的，根据具体情况可有可无，既可以由液压缸直接驱动辊道升降，亦可由液压缸通过不同比例的连杆机构实现辊道升降；以上机械连接均有液压缸产生位置反馈信号；下面通过具体实施例，来进一步说明本实用新型的技术方案实现过程如图3所示，为本实用新型具体实施例中带有穿孔机后台升降辊道的高精度位置控制系统结构示意图。其中，101是行程300mm的液压缸，102是液压缸的300mm位置传感器，103是比例阀，中位是“H”型，108是连杆摆臂，106是连杆摆臂的支点，107是升降辊道，105是PLC控制系统，104是比例阀的放大板，其控制信号的输入类型为4-20mA。具体工作过程如下在自动化生产过程中，穿孔机后台为确保轧制中心线不变，穿孔后台升降辊道的工艺要求是a、待料时升降辊道在低位，此时液压缸缸杆全部缩回；b、穿孔机抛钢后升降辊道要升起到毛管位，辊道旋转以便毛管带出；c、当下一支坯料穿孔前，升降辊道要升起到顶杆位，以便将顶杆输送到位；d、当三辊定心将顶杆抱住后，升降辊道要降到低位，e、自动化生产时重复以上动作。
为实现高精度位置控制，首先确定液压缸的位置传感器4-20mA反馈值在PLC上对应为0-32768的范围内，即液压缸0-300mm的行程在PLC上对应0-32768个数，1mm在PLC对应109.2个数。假如在生产某种规格的产品时，低位需液压缸全部返回(即行程为0mm)，则其在PLC对应的行程个数为0；毛管位需液压缸伸出行程需满足150mm，在PLC对应16384个数；顶杆位需液压缸伸出需满足180mm，在PLC对应19660个数。由上述数据可以得知，只要在PLC控制系统105内将毛管位设为16200-16500，顶杆位设为19500-19780，即可对穿孔后台升降辊道实现精确动作和定位，经计算可知位置误差为1mm。
一旦由于某种原因，位置反馈给PLC的数超出设定范围，PLC控制系统将向比例阀的放大板104发出指令，比例阀103将快速响应控制液压缸101的动作，实现闭环控制。
图4为本实用新型所提出的高精度位置控制系统的PLC控制系统示意图。105为可编程控制器PLC控制组件；407是工程控制计算机兼WCC监控画面；403是液压缸位置传感器的位置反馈信号；104是比例阀内置放大板，输入信号值为4-20ma；输入值12ma是比例阀的中位，用于控制比例阀的两个比例磁铁，其中输入信号12-20ma用于控制比例电磁铁“A”，输入信号12-4ma控制比例电磁铁“B”；406是比例阀的比例电磁铁A和B；402是开关量输入，用来控制该系统动作应满足的基本条件；404是数/摸转换器，用来对PLC控制组件中的模拟输入/输出信号进行转换。
利用现在先进的PLC控制技术与新型的液压缸、比例阀组成高精度位置控制系统，代替老式的采用液压缸、调整丝杠、电机、减速机和编码器组成的位置控制系统。
为了方便对现有的位置调整和定位系统进行精确控制，克服老式系统占用空间大、设备量大、控制精度不高以及维护困难等缺点，特选用高频响比例阀(或伺服阀)和带有位置反馈的液压缸由PLC控制实现多种位置的动作和定位。
由于采用了先进的PLC和闭环控制，该实用新型位置控制系统具备自动调整功能，一旦执行元件受到其他外力使液压缸位置发生改变，液压缸上的位置传感器立刻向PLC发出信号，PLC根据信号值向比例阀(伺服阀)发出指令，比例阀(伺服阀)立刻控制液压缸及时调整位置，实现精确定位。而且结构简单，占用场地小维护简单；可在操作台设置监控画面，及时掌握动作和定位状态；控制精度可达到0.1mm/m。
权利要求1.一种高精度位置控制系统，包括开关量输入、可编程控制器PLC控制组件，其特征在于，该系统还包括带行程控制的液压缸、行程控制传感器、高响应比例阀和比例放大板，它们组成闭环控制系统，实现位置定位其中可编程控制器PLC控制组件用于接收该位置反馈的信号，以及输出处理后的模拟量输出信号到数/模转换；数/模转换用于将模拟量转换为数字量作为放大板的输入信号；放大板用于将数字输入信号放大，输出给比例阀的中位；比例阀用于控制两个比例磁铁；开关量输入用来控制该系统动作应满足的基本条件。
2.如权利要求1所述的高精度位置控制系统，其特征在于，所述液压缸是根据要达到的液压缸的行程，以及实际的负载和液压的压力所计算出液压缸的有杆腔和无杆腔的直径，选出标准系列的带有位置反馈的液压缸。
3.如权利要求1所述的高精度位置控制系统，其特征在于，所述比例阀为高响应比例阀，它是根据现场工艺要求的动作时间和液压缸的大小计算出液压缸动作所需的流量，由流量和液压的压力参数选用标准的高频响比例阀。
4.如权利要求1所述的高精度位置控制系统，其特征在于，所述放大板内置于比例阀中。
5.如权利要求1所述的高精度位置控制系统，其特征在于，所述液压缸的位置传感器、比例阀和内置的放大板控制均选用电流控制型。
6.如权利要求1所述的高精度位置控制系统，其特征在于，所述机械连接既可以由液压缸直接驱动辊道升降，亦可由液压缸通过不同比例的连杆机构实现辊道升降以满足生产工艺要求。
7.如权利要求1所述的高精度位置控制系统，其特征在于，所述高精度位置控制系统还包括工程控制计算机兼WCC监控画面，用于在操作台设置监控画面。
8.如权利要求4所述的高精度位置控制系统，其特征在于，所述液压缸的位置传感器、比例阀和内置的放大板，其控制信号的输入信号值为4-20mA。
专利摘要一种高精度位置控制系统，包括开关量输入、可编程控制器PLC控制组件，其特征在于，该系统还包括带行程控制的液压缸、行程控制传感器、高响应比例阀和比例放大板，它们与机械连接组成闭环控制系统，实现位置定位其中所述机械连接用于产生位置反馈信号；可编程控制器PLC控制组件用于接收该位置反馈的信号，以及输出处理后的模拟量输出信号到 数/模转换；数/模转换用于将模拟量转换为数字量作为放大板的输入信号；放大板用于将数字输入信号放大，输出给比例阀的中位；比例阀用于控制两个比例磁铁；开关量输入用来控制该系统动作应满足的基本条件。与现有技术相比，本实用新型克服了老式系统占用空间大、设备量大、控制精度不高以及维护困难等缺点。
文档编号G05B19/00GK2864770SQ20062002527
公开日2007年1月31日 申请日期2006年1月26日 优先权日2006年1月26日
发明者高作人 申请人:天津隆威液压工程技术开发有限公司