液壓油缸同步升降控制

王超 鄒美兵

摘要：液壓油缸可以用于設(shè)備的上升、下降、加壓和調(diào)整位置。此次論文是針對(duì)人造板行業(yè)預(yù)壓機(jī)。我們使用插裝閥、位移傳感器和電氣控制實(shí)現(xiàn)油缸同步上升下降。

Abstract： The hydraulic cylinder can be used to raise， lower， pressurize and adjust the position. This article mainly aims at the prepress machine of MDF industry. We use cartridge valve， displacement sensor and electrical control to realize the synchronous rise and fall of hydraulic cylinder.

關(guān)鍵詞：液壓油缸;位移傳感器;PLC控制

Key words： hydraulic cylinder;displacement sensor;PLC control

中圖分類號(hào)：U262.32+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）10-0094-02

1? 緒論

1.1 課題背景和目的

本課題的背景是基于中密度纖維板生產(chǎn)線中的預(yù)壓機(jī)上下層液壓油缸升降控制。未改造前的控制方式液壓同步效果滿足不了同步要求。未改造前設(shè)備的情況是預(yù)壓機(jī)升降控制使用時(shí)左右的油缸共用的同一組電磁閥，施加壓力后纖維會(huì)有反彈，左右油缸高度不一致，毛坯板壓制出來(lái)左右也會(huì)有高度差。通過(guò)單獨(dú)的改變左右壓力值來(lái)調(diào)整左右高度差效果不佳，還會(huì)造成電機(jī)過(guò)載。單純的通過(guò)液壓壓力控制滿足不了位置控制的要求。

1.2 國(guó)內(nèi)外當(dāng)前研究現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)外研究實(shí)現(xiàn)液壓油缸同步的方式多種多樣，總結(jié)歸類的控制方法主要有以下幾種。

1.2.1 第一種方法：機(jī)械硬性連接同步? 該同步方式是將多個(gè)一樣型號(hào)的油缸并聯(lián)使用一組電磁閥控制。該方式在中密度纖維板生產(chǎn)顯得多層熱壓機(jī)處有使用，熱壓機(jī)下方幾組一樣的油缸同時(shí)給油作用于下壓板，下壓板上升和加壓。

1.2.2 第二種方法：節(jié)流閥控制同步? 該方式是在管路上分別安裝節(jié)流閥，調(diào)整節(jié)流閥，向兩路油缸等量供油。該控制方式的精度受負(fù)載和機(jī)械連接強(qiáng)度影響。負(fù)載不均的情況下，兩個(gè)油缸會(huì)出現(xiàn)損傷或者位置控制不一致。

1.2.3 第三種方法：?jiǎn)为?dú)壓力補(bǔ)償同步? 兩組油缸分別使用獨(dú)立的流量閥控制。兩組油缸分別控制，配合溢流閥，管路上增加節(jié)流閥，調(diào)整溢流閥值和節(jié)流閥，可以實(shí)現(xiàn)等量或者不等量的控制。

1.2.4 第四種方法：同步馬達(dá)控制? 每一路油缸單獨(dú)使用一組同樣排量的液壓馬達(dá)控制，控制每個(gè)油缸的流量，實(shí)現(xiàn)同步。實(shí)際使用時(shí)仍舊需要安裝節(jié)流閥和溢流閥調(diào)節(jié)流量消除誤差。該控制方式精度比較高，但是成本也很高，使用的范圍也比較有限。

1.2.5 第五種方法：比例閥控制? 使用比例閥，兩組油缸分開(kāi)控制，用比例閥控制油缸流量，可以在油缸上增加位移傳感器，結(jié)合油缸伸出的距離誤差，調(diào)整比例閥流量實(shí)現(xiàn)同步。該控制方式精度非常高。在纖維板平壓線上使用比較多，在纖維板多層生產(chǎn)線上沒(méi)有使用的原因有比例閥對(duì)油品要求較高，控制技術(shù)要求比較高，需要用戶有較高技術(shù)的維護(hù)維修人員。

1.3 論文的構(gòu)成和主要內(nèi)容

本論文主要內(nèi)容有三部分構(gòu)成：一是液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，二是位移傳感器，三是機(jī)械與電氣的結(jié)合控制。

2? 液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 液壓系統(tǒng)改造前的結(jié)構(gòu)

改造之前，預(yù)壓機(jī)的液壓系統(tǒng)，加壓由同一個(gè)油管路控制左右兩個(gè)油缸。從同一組電磁閥出來(lái)，通過(guò)兩個(gè)油缸上的節(jié)流閥控制流量實(shí)現(xiàn)左右油缸升降速度。在沒(méi)有負(fù)載之前，通過(guò)節(jié)流閥可以讓左右油缸相對(duì)地同步升降，左右升降的行程精度每次都會(huì)有誤差。生產(chǎn)時(shí)預(yù)壓機(jī)中間不同厚度的毛坯板會(huì)有反彈，預(yù)壓機(jī)左右就會(huì)出現(xiàn)高度差，誤差超過(guò)3cm。

2.2 液壓系統(tǒng)改造方案

液壓上的改造方法是將左右油缸油管路分開(kāi)，使用單獨(dú)一樣型號(hào)的兩組流量閥分別控制左右的油缸。分開(kāi)控制可以單獨(dú)調(diào)整流量閥系統(tǒng)壓力，結(jié)合管路上的節(jié)流閥，控制上更好調(diào)整。

2.3 液壓系統(tǒng)調(diào)整方式

改造后的左右的油缸采用單獨(dú)的流量閥和節(jié)流閥控制。將流量閥系統(tǒng)壓力都調(diào)整為5MPa，慢速升降預(yù)壓機(jī)，調(diào)整節(jié)流閥，左右兩邊油缸的升降速度相對(duì)同步。結(jié)合設(shè)備需要，把兩個(gè)流量閥的系統(tǒng)壓力都調(diào)整到生產(chǎn)需要的壓力值10MPa，結(jié)合節(jié)流閥調(diào)整，讓預(yù)壓機(jī)左右基本升降速度基本一致。

3? 位移控制器

3.1 位移控制器的介紹

位移傳感器可以把各種被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電量。在生產(chǎn)過(guò)程中，測(cè)量實(shí)物尺寸或者機(jī)械位移，將被測(cè)量的變量轉(zhuǎn)換成為模擬量，使用儀表或者PLC模塊可以從模擬量信號(hào)讀取出位移量。

3.2 位移控制器的安裝

根據(jù)機(jī)械外型結(jié)構(gòu)和油缸伸縮動(dòng)作情況，位移傳感器主體安裝于油缸上，固定于油缸缸體上，采用鐵質(zhì)抱箍緊固，傳感器主體安裝好后無(wú)晃動(dòng)。位移傳感器滑塊的拉桿連接在油缸伸縮桿上，滑塊拉桿隨油缸伸縮，在有效量程范圍內(nèi)移動(dòng)。該安裝方式也保證了油缸上升時(shí)設(shè)備的間隙增大，位移傳感器輸出信號(hào)也是增大變化。油缸下降時(shí)設(shè)備的間隙減小，位移傳感器輸出信號(hào)也隨之減小。

3.3 位移控制器的使用

該位移傳感器使用的型號(hào)是：DSF-300-R（ourobo）。它是輸出二線制電流4-20mA，對(duì)應(yīng)量程0-300mm。輸出的兩根信號(hào)線，通過(guò)隔離變送模塊就可以將二線制電流轉(zhuǎn)成四線制電流信號(hào)輸入到PLC模擬量模塊中，編寫讀取位移值的程序，讀出當(dāng)前位置的位移值。

4? PLC程序的電氣整合方法

4.1 電氣控制的思路

機(jī)械部分使用獨(dú)立的流量閥和節(jié)流閥調(diào)整了之后，使用電氣參與控制將位移傳感器的位移讀取進(jìn)PLC，通過(guò)自動(dòng)程序控制，讀取當(dāng)前油缸的位移值，將左右油缸的位移同步誤差進(jìn)行運(yùn)算，得出需要修正的偏差量，輸出控制調(diào)整信號(hào)給流量閥，控制電磁閥得電失電動(dòng)作，調(diào)整左右油缸移動(dòng)速度，速度快的一側(cè)油缸暫停電磁閥得電，直到兩邊位移量一致再同步繼續(xù)得電移動(dòng)，直到到達(dá)需要的位置停止。

4.2 PLC程序的控制方法

PLC控制方法首先是讀取位移傳感器的當(dāng)前位移值，然后計(jì)算左右位移值的差值，左右的位移量差值超過(guò)一定量的時(shí)候參與修正，將移動(dòng)快的一側(cè)暫停，另一側(cè)繼續(xù)移動(dòng)。當(dāng)左右兩側(cè)位移一致時(shí)再恢復(fù)移動(dòng)。

實(shí)際程序控制的流程是：首先，讀取到的位移值進(jìn)行處理運(yùn)算，進(jìn)行修正后，得出兩側(cè)油缸位移值的相對(duì)值（相對(duì)于下方的同一個(gè)平面），考慮位移傳感器以及設(shè)備上升下降的行程極限保護(hù)，優(yōu)先在程序中對(duì)油缸移動(dòng)范圍進(jìn)行限制。將讀取的位移修正值跟行程限位值進(jìn)行比較，得出的差值用于限制油缸移動(dòng)，保證油缸在有限的空間進(jìn)行移動(dòng)。行程限位值由操作界面輸入。下一步，對(duì)油缸下降進(jìn)行控制。讀取左右油缸同時(shí)下降的位移值，對(duì)位移值進(jìn)行差值比較，得出差值超出最大的誤差量，程序給出輸出信號(hào)，對(duì)電磁閥動(dòng)作進(jìn)行干預(yù)，修正移動(dòng)差值（圖1）。最后，操作界面輸入需要到達(dá)的位置值，油缸自動(dòng)運(yùn)動(dòng)到位置值后停止下降，保持該位置，下降動(dòng)作程序中保持，位置有變化時(shí)繼續(xù)動(dòng)作。上升時(shí)也是類似動(dòng)作。

4.3 界面顯示與操作

界面顯示左右的位移傳感器的位移值。以及位移傳感器的位移極限值，用于參與移動(dòng)量程保護(hù)。參數(shù)值設(shè)置一位小數(shù)。設(shè)置好油缸下降的位置值，就可以控制油缸升降了（圖2）。

機(jī)械準(zhǔn)備完畢后，按鈕控制油缸下降，油缸下降過(guò)程中，PLC程序會(huì)計(jì)算左右位移偏差，控制電磁閥得電失來(lái)電修正位移，保持油缸在小范圍內(nèi)偏差，最終到達(dá)設(shè)定的位置。

5? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)改造，液壓與位移傳感器組合，配合電氣PLC控制，界面輸入需要到達(dá)的位置，液壓油缸自動(dòng)移動(dòng)到位置保持，從位移傳感器讀取的位移值看，油缸基本移動(dòng)到同一個(gè)位置，誤差在1mm以內(nèi)，達(dá)到改造的目的，滿足設(shè)備生產(chǎn)控制的要求。生產(chǎn)使用測(cè)試結(jié)果也達(dá)到了要求。該設(shè)計(jì)改造方案目的基本達(dá)成。

6? 結(jié)論

液壓油缸的控制，在實(shí)際使用中可以采用油缸加位移傳感器，結(jié)合PLC進(jìn)行控制。電氣控制的參與可以很好地補(bǔ)償多組液壓油缸移動(dòng)的偏差。在精度要求較高，控制速度較慢的情況下，可以采用本次試驗(yàn)的控制方法。該方法控制的精度可以在1mm范圍內(nèi)，控制方式簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，對(duì)于操作工維護(hù)和操作也非常方便簡(jiǎn)單。

參考文獻(xiàn)：

[1]官忠范.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2]孫振軍，付建華，楊玉剛.液壓同步工作的控制措施[J].建筑機(jī)械，2002（07）.

[3]司癸卯，魏立基，夏谷成.液壓比例同步控制回路[J].工程機(jī)械，2000（09）.