一种基于plc液压站的压力/流量的闭环控制方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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】
[0004] 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^ ρ = 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η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： P = / 60 , η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 肩、。
[0005] 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。
[0006] (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。
[0007] (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。
[0008] (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】
[0009] 图1是本发明的整体结构示意图。
【具体实施方式】
[0010]
【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将按照公式十算出伺服电机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η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： P = WFrjRfe / 60，η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。 [0011] 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S⑶V-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0.0 OlMPa，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。
[0012] 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。
[0013] 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β = n FrZtfO ,应使得油泵3-3转速η在500r/min~1000r/min左右，过高的转 速会带来振动和噪声的加剧。
【主权项】
1. 一种基于PLC液压站的压力/流量的闭环控制方法，其特征在于它的控制方法步骤 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ρ = 況？ ·计算出伺服电机（3-2)转速η，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η 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：P = ?++2?ζ_ΛΑ / 60 ,η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。
【专利摘要】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。
【IPC分类】F15B21-04, B23Q1-38, F15B11-02
【公开号】CN104668974
【申请号】CN201510077599
【发明人】王波, 赖志锋, 乔政
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月13日