一種液壓式鍛壓機(jī)床的全閉環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)床的控制裝置及控制方法，尤其涉及一種液壓式鍛壓機(jī)床的位置、速度及電流的全閉環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]液壓式鍛壓機(jī)床具有大壓力、長行程、壓力與速度的寬范圍調(diào)節(jié)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于鍛壓行業(yè)，但隨著現(xiàn)代市場對(duì)制件質(zhì)量及精度要求的提高，對(duì)液壓式鍛壓機(jī)床的技術(shù)性能要求也更高。全閉環(huán)控制能有效對(duì)液壓式鍛壓機(jī)床的位置及速度進(jìn)行實(shí)時(shí)精確控制，適應(yīng)不同制件及不同工藝的要求，同時(shí)也是順應(yīng)了市場對(duì)高性能、高精度及高穩(wěn)定性的液壓式鍛壓機(jī)床的需求。
[0003]一般液壓式鍛壓機(jī)床的速度控制是通過控制比例泵的輸出流量達(dá)到速度調(diào)節(jié)控制的目的，對(duì)滑塊運(yùn)行進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)的速度值反饋至控制器，利用自動(dòng)PID控制實(shí)現(xiàn)速度的閉環(huán)控制，以提高速度控制精度。自動(dòng)PID控制是利用控制器開發(fā)軟件自帶的指令自整定完成，PID參數(shù)自整定的效果往往和實(shí)際不符合，造成系統(tǒng)波動(dòng)較大，穩(wěn)定性下降。
[0004]在速度檢測(cè)方面，多采用旋轉(zhuǎn)編碼器作為速度測(cè)量傳感器，而液壓式鍛壓機(jī)床的活塞為直動(dòng)運(yùn)行，勢(shì)必要通過齒條齒輪中間機(jī)構(gòu)將活塞的直動(dòng)轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器的圓周轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖信號(hào)經(jīng)過一定的時(shí)間運(yùn)算處理后變成速度信號(hào)，這種方式的速度檢測(cè)需要控制器的運(yùn)算處理以及中間機(jī)構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)，對(duì)控制器硬件的技術(shù)性能及中間機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度要求高，否則難以實(shí)現(xiàn)速度檢測(cè)的實(shí)時(shí)性和真實(shí)性。
[0005]另外一種速度檢測(cè)方法，采用直線式位置傳感器采集位移數(shù)據(jù)，并將位移數(shù)據(jù)經(jīng)過控制器運(yùn)算處理為速度值，需要運(yùn)算處理時(shí)間，同樣對(duì)控制器硬件的技術(shù)性能要求高，在實(shí)時(shí)性和精度方面存在缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種液壓式鍛壓機(jī)床的全閉環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法，該全閉環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)了液壓式鍛壓機(jī)床的全閉環(huán)控制，極大地提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性，大幅提高了數(shù)據(jù)采樣精度和控制系統(tǒng)的魯棒性。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一種液壓式鍛壓機(jī)床的全閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括上位機(jī)，其特征在于:所述液壓式鍛壓機(jī)床的全閉環(huán)控制系統(tǒng)還包括控制器PLC、總線單元、提供一種采用直接輸出位移及速度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的直線式位移傳感器、A/D模塊、電流傳感器、D/A模塊、比例泵控制器和比例泵；所述總線單元、A/D模塊的輸出端口分別與控制器PLC的輸入端口連接，上位機(jī)與控制器PLC連接，控制器PLC的輸出端口經(jīng)D/A模塊與比例泵控制器的輸入端口連接，比例泵控制器的輸出端口與比例泵的控制端連接，通過比例泵控制器的輸出端口對(duì)比例泵進(jìn)行控制；
所述直線式位移傳感器的位移速度數(shù)據(jù)輸出端口通過總線單元與控制器PLC的輸入端口連接，電流傳感器與A/D模塊的輸入端相連接，A/D模塊的輸出端口與控制器PLC的輸入端口連接，總線單元輸入端口的現(xiàn)場實(shí)時(shí)檢測(cè)到的位移速度數(shù)據(jù)和電流傳感器采集的電流數(shù)據(jù)分別反饋至控制器PLC的輸入端，與上位機(jī)的預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較后，分別經(jīng)三級(jí)離散化PID控制器處理后生成的偏差量，通過D/A模塊輸出至比例泵控制器的輸入端口，以控制比例泵的流量實(shí)現(xiàn)離散化PID全閉環(huán)控制。
[0008]優(yōu)選地，所述直線式位移傳感器采用HEIDENHAIN，所述總線單元采用OMRON總線單元；HEIDENHAIN直線式位移傳感器的數(shù)據(jù)端口與OMRON總線單元端口相連接，其中直線式位移傳感器的BUS IN數(shù)據(jù)端口 3、5、1、4、2分別與總線單元的黑色、藍(lán)色、一、白色、紅色端口——對(duì)應(yīng)進(jìn)行連線；0MR0N總線單元的黑色端口 200-、紅色端口 200+分別與對(duì)應(yīng)的直線式位移傳感器I端口 200+、3端口 200-相連接。
[0009]優(yōu)選地，所述A/D模塊采用OMRON模擬量模塊，OMRON模擬量A/D模塊的B9、A9端口分別與OMRON總線單元黑色端口 200-、200+連接，所述電流傳感器采用LEM，電流傳感器的接入線號(hào)為273與A/D模塊的BI端口連接。
[0010]優(yōu)選地，所述D/A模塊采用OMRON模擬量模塊，所述比例泵控制器采用東馳比例控制器，所述比例泵采用REXR0TH系列；0MR0N模擬量D/A模塊的B9、A9端口分別與OMRON總線單元黑色端口 200-、200+連接；線號(hào)為311的D/A模塊BI端口與比例泵控制器311端口連接；線號(hào)為312的D/A模塊B2端口與比例泵控制器的312端口連接；比例泵控制器(8 )24V+、24V-端口分別接入24V直流電源的+24V、_24V ;比例泵控制器(8)線號(hào)為416、418端口分別與比例泵(9)的控制端連接。
[0011]本發(fā)明一種液壓式鍛壓機(jī)床的全閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
步驟I)，在上位機(jī)預(yù)設(shè)液壓式鍛壓機(jī)床運(yùn)行的位移值和速度值；
步驟2)，直線式位移傳感器對(duì)全閉環(huán)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的上滑塊進(jìn)行位移速度的實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將檢測(cè)的數(shù)據(jù)反饋至與直線式位移傳感器相連接的總線單元；
步驟3)，電流傳感器對(duì)比例泵的工作電流進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量值反饋至A/D模塊的輸入端；
步驟4)，控制器PLC讀取總線單元的位移速度值與A/D模塊的電流值，并與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較；
步驟5)，利用離散化PID控制器對(duì)比較后的偏差量進(jìn)行運(yùn)算處理；
步驟6 )，經(jīng)過離散化PID控制器運(yùn)算處理后的數(shù)據(jù)，通過D/A模塊輸出至比例泵控制器的輸入端，用以補(bǔ)償控制比例泵的流量，使其逼近預(yù)設(shè)值或在允許小范圍內(nèi)穩(wěn)定的變化。
[0012]在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明了提供一種采用直接輸出位移及速度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的直線式位移傳感器，將傳感器的位移速度數(shù)據(jù)輸出端口與控制器的總線單元的輸入端口連接，與A/D模塊輸入端相連接的電流傳感器實(shí)時(shí)對(duì)比例泵工作電流進(jìn)行檢測(cè)?？偩€單元輸入端口的現(xiàn)場實(shí)時(shí)位移速度數(shù)據(jù)和電流傳感器采集的數(shù)據(jù)反饋至離散化PID控制器輸入端，與上位機(jī)設(shè)定值比較后，經(jīng)離散化PID控制器處理后的偏差量，通過D/A模塊輸出至比例泵控制器的輸入端口，以控制比例泵的流量實(shí)現(xiàn)離散化PID全閉環(huán)控制。本發(fā)明有如下有益效果:第一，采用高性能、穩(wěn)定性好與響應(yīng)快的OMRON模塊PLC為核心控制器，極大提高了液壓式鍛壓機(jī)床的全閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性；第二，直線式位移速度傳感器減少了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與中間機(jī)構(gòu)的影響，從而大大提高了數(shù)據(jù)的采樣精度，為控制系統(tǒng)的精度提供了保障；第三，離散化PID控制器充分考慮控制器PLC硬件的工作原理，極大發(fā)揮了硬件和軟件實(shí)現(xiàn)的離散化PID控制器功能優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。
【附圖說明】
[0013]為清晰表達(dá)本發(fā)明的技術(shù)方案實(shí)施，下面描述的附圖對(duì)技術(shù)方案一些實(shí)施例進(jìn)行了簡單介紹。
[0014]圖1為本發(fā)明一種液壓式鍛壓機(jī)床的全閉環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明一種液壓式鍛壓機(jī)床的全閉環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法中控制方法的結(jié)構(gòu)框圖；
圖3為本發(fā)明一種液壓式鍛壓機(jī)床的全閉環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法中控制系統(tǒng)中直線式位移傳感器與總線單元的接線圖；
圖4為本發(fā)明一種液壓式鍛壓機(jī)床的全閉環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法中控制系統(tǒng)中電流傳感器與A/D模塊的接線圖；
圖5為本發(fā)明一種液壓式鍛壓機(jī)床的全閉環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法中控制系統(tǒng)中D/A模塊與比例泵控制器的接線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容及特點(diǎn)，下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清晰、完整地闡述，所述的實(shí)施例僅為本發(fā)明的一部分實(shí)施例，非全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0016]由圖1、圖2可見，本實(shí)施例的一種液壓式鍛壓機(jī)床的全閉環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法中控制系統(tǒng)主要包括上位機(jī)1、控制器PLC2、總線單元3、直線式位移傳感器4、A/D模塊5、電流傳感器6、D/A模塊7、比例泵控制器8和比例泵9 ;總線單元3、A/D模塊5的輸出端口分別與控制器PLC2的輸入端口連接，上位機(jī)I與控制器PLC2連接，控制器PLC的輸出端口經(jīng)D/A模塊7與比例泵控制器8的輸入端口連接，比例泵控制器8的輸出端口與比例泵9的控制端連接，通過比例泵控制器8的輸出端口對(duì)比例泵9進(jìn)行控制。本實(shí)施例中，上位機(jī)1，是采用研華工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)輸入與液壓式鍛壓機(jī)床的運(yùn)行監(jiān)控功能；控制器PLC2是采用OMRON模塊PLC可編程邏輯控制器，接收上位機(jī)I發(fā)送的數(shù)據(jù)與指令，并將設(shè)備現(xiàn)場檢測(cè)數(shù)據(jù)通過RS232協(xié)議端口輸送至上位機(jī)I進(jìn)行監(jiān)控顯示；電流傳感器采用LEM，直線式位移傳感器采用HEIDENHAIN，總線單元采用OMRON總線單元，A/D模塊采用OMRON模擬量模塊，D/A模塊采用OMRON模擬量模塊，比例泵控制器采用東馳比例泵控制器，比例泵采用REXR0TH系列。在本實(shí)施例中，直線式位移傳感器4的位移速度數(shù)據(jù)輸出端口通過總線單元3與控制器PLC2的輸入端口連接，電流傳感器6與A/D模塊5的輸入端相連接，A/D模塊5的輸出端口與控制器PLC2的輸入端口連接，總線單元3輸入端口的現(xiàn)場實(shí)時(shí)檢測(cè)到的位移速度數(shù)據(jù)和電