CN203348225U - 一种基于plc的电液伺服同步驱动控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于PLC的电液伺服同步驱动控制器。传统同步驱动技术用于多个执行器的同步运动控制，主要基于开环控制，很难达到较好控制精度。该实用新型包括PLC***、上位机监控***；PLC***包括CPU模块、数字量输入模块、数字量输出模块、位置检测模块、模拟量输出模块；数字量输入模块输入端与上位机监控***输出端连接、输出端与CPU模块一个输入端连接，位置检测模块输出端与CPU模块另一个输入端连接，CPU模块一个输出端与模拟量输出模块输入端连接、另一个输出端与数字量输出模块输入端连接，数字量输出模块输出端与上位机监控***输入端连接。本实用新型采用多通道实时检测，具有更高的控制精度，稳定性好。

Description

一种基于PLC的电液伺服同步驱动控制器

技术领域

本实用新型属于液压伺服驱动控制技术领域，尤其涉及一种基于PLC的电液伺服同步驱动控制器，具体涉及一种在PLC（可编程控制技术）中实现PID同步算法的电液伺服同步驱动装置。

背景技术

电液伺服同步驱动技术广泛应用于多种重大机电装备，如自行火炮快速位置调整、高精密数控机床进给位置控制和轧机的压下***等，是重大机电装备中一项核心技术和关键配置。传统的同步驱动技术应用于多个执行器之间的同步运动控制，主要基于开环控制，很难达到较好的控制精度。随着高性能电液控制元件（比例阀和伺服阀）的出现，基于反馈的闭环控制方式成为了电液伺服控制***中更好的控制方式，可以达到更高的控制精度和误差控制要求。

现有的电液伺服同步驱动装置，在控制精度、同步误差方面或可靠性方面还存在一些不足。如专利号为CN202210222U专利涉及一种通用型电液位置伺服驱动器。其特征在于：采用分布式结构，以ＳＳＩ转换模块外接ＳＳＩ位移传感器连接，用作驱动器对输入信号的前置处理，ＡＲＭ７核心是驱动器的核心；操作面板是一个可视化交互式操作界面，主要由液晶显示、键盘输入和ＬＥＤ指示灯组成；串口电平转换模块为驱动器提供外部控制接口，计算机可以通过串口电平转换模块对伺服驱动器实现数据的实时通信和***的精确控制；ＤＡ转换放大模块采用ＡＲＭ７自身提供的ＤＡ模块，为伺服阀或者比例阀提供控制电信号；电源模块用于给驱动器各个模块提供电源。该专利确实是集成化程度更高，操作也简便，但是驱动核心的稳定性却有待加强，而且数据存储量比较小，因此也无法推广至电液伺服同步驱动***中。又如专利号为CN202579384U专利所涉及的一种基于比例阀控蓄能器调节偏载的液压同步驱动***。其特征在于：能够针对工作时偏载工况，利用比例阀控蓄能器调控液压缸的工作压力，实现不同液压缸之间的载荷均衡。从根本上消除偏载对同步精度的不利影响，实现位移同步和负载均衡的协调兼顾，并达到较高的同步精度。该专利所采用的调控工作压力的方式，不仅实时调控效果差，当工作参数出现较大变化时，还容易造成***压力的不稳定，影响驱动效果。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供一种基于PLC的电液伺服同步驱动控制器，具体是一种基于PLC高频采样反馈及在线智能控制的全闭环电液伺服同步驱动装置。该装置是一种对液压执行机构的位移实时高频采样、高效数据交换的全闭环电液伺服同步驱动装置，是一种基于可编程控制技术，针对位移数据反馈，实现软件语言编译智能同步控制策略的全闭环电液伺服同步驱动装置，是一种基于软件执行的智能同步控制策略，经过高速DA转换，快速调节液压控制元件的全闭环电液伺服同步驱动装置，是一种基于PLC大量存储的位移反馈及控制数据，实现同步驱动控制效果自优化建议功能的全闭环电液伺服同步驱动装置。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

本实用新型包括PLC***、上位机监控***；

所述的PLC***包括CPU模块、数字量输入模块、数字量输出模块、位置检测模块、模拟量输出模块；上位机监控***的输出端与数字量输入模块的输入端信号连接，数字量输入模块的输出端与CPU模块的一个输入端信号连接，位置检测模块的输出端与CPU模块的另一个输入端信号连接，CPU模块的一个输出端与模拟量输出模块的输入端信号连接，CPU模块的另一个输出端与数字量输出模块的输入端信号连接，数字量输出模块的输出端与上位机监控***的输入端信号连接。

所述的上位机监控***包括PC机和人机界面(HMI)，PC机与PLC***实时通信，接收多通道信号数据，并通过人机界面(HMI)实时显示本实用新型运行过程中正常情况下具体性能数据。

所述的PLC***为西门子300系列PLC，该300系列PLC对二进制和浮点数具有较高的运算能力，浮点数运算时间可以达到3us，完全可以满足实际需求。

所述的数字量输入模块的型号为SM321，该模块为16点直流24V输入，内部设有光电隔离保护电路，避免了模块内部电路被外部信号损坏的危险，额定输入电压为24V，适用于2/3/4线制的接近开关，一般用于连接面板按钮，限位开关。

所述的数字量输出模块的型号为SM322，该模块为16点输出，每个点最大电流为0.5A，额定负载电压为直流24V，适用于电磁阀，继电器和指示灯，模块内部设有光电隔离保护电路，避免了模块内部电路被外部信号损坏的危险。

所述的位置检测模块为SM338 POS输入模块，帧长度为25位，SM338模块最多可以连接3个绝对值编码器（SSI）类型的传感器。

所述的模拟量输出模块的型号为SM 332(AO2 x 12bit)，该模块拥有两个模拟输出通道，每个通道可以输出-10V-10V的电压信号，12位分辨率。

本实用新型具有的有益效果：

本实用新型采用多通道实时检测的设计，可实现驱动器在运行过程中实时同步监控多种性能参数；采用基于嵌入式技术的硬件与软件相结合的方式，采集、处理、分析、显示数据，提高了监控装置的精度与效率；本实用新型安装便捷，使用方便，稳定性好。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，本实用新型包括PLC***、上位机监控***1；PLC***包括CPU模块3，数字量输入模块2,数字量输出模块6,位置检测模块4,模拟量输出模块7；上位机监控***1的输出端与数字量输入模块2的输入端信号连接，数字量输入模块2的输出端与CPU模块3的一个输入端信号连接，磁致伸缩位移传感器5的输出端与位置检测模块4的输入端信号连接，位置检测模块4的输出端与CPU模块3的另一个输入端信号连接，CPU模块3的一个输出端与模拟量输出模块7的输入端信号连接，模拟量输出模块7的输出端与电液比例阀8的输入端信号连接，CPU模块3的另一个输出端与数字量输出模块6的输入端信号连接，数字量输出模块6的输出端与上位机监控***1的输入端信号连接。

所述的上位机监控***1包括PC机和人机界面(HMI)，PC机与PLC***实时通信，接收多通道信号数据，并通过人机界面(HMI)实时显示本实用新型运行过程中正常情况下具体性能数据。上位机监控***1的程序采用Borland C++编写，包括通信模块、运算模块、显示模块和保存模块。通信模块包括接口通信和读取数据，上位机监控***1与PLC***的接口通信采用异步通信方式，通过自定义的通信协议，实现两者之间的通信；上位机监控***1读取数据调用软件内部的Read()函数，当指令中的站地址与本机站地址相符、BCC检验码正确时，Read()函数被调用，执行读指令，读取PLC***初步处理后的数据。运算模块包括数据分析和数据处理，上位机监控***1调用软件内部指令，将PLC***上传的数据格式转化成上位机监控***1所能正常运算的数据格式；再次调用软件内部指令，将转化后的数据运算处理，得出本实用新型运行过程中具体性能数据。显示模块包括数据显示和曲线输出，调用软件内部函数，可将本实用新型运行过程中具体性能数据以文本形式显示输出；调用软件内部函数，可将其用T—chart类以曲线图表的形式显示输出。保存模块包括记录查询、记录统计、记录删除和记录打印。

所述的PLC***为西门子300系列PLC，该300系列PLC对二进制和浮点数具有较高的运算能力，浮点数运算时间可以达到3us，完全可以满足实际需求。

所述的数字量输入模块2的型号为SM321，该模块为16点直流24V输入，内部设有光电隔离保护电路，避免了模块内部电路被外部信号损坏的危险，额定输入电压为24V，适用于2/3/4线制的接近开关，一般用于连接面板按钮，限位开关。

所述的数字量输出模块6的型号为SM322，该模块为16点输出，每个点最大电流为0.5A，额定负载电压为直流24V，适用于电磁阀，继电器和指示灯，模块内部设有光电隔离保护电路，避免了模块内部电路被外部信号损坏的危险。

为了磁致伸缩位移传感器5输出的SSI信号，所述的位置检测模块4为SM338 POS输入模块，帧长度为25位，SM338模块最多可以连接3个绝对值编码器（SSI）类型的传感器。

所述的模拟量输出模块7的型号为SM 332(AO2 x 12bit)，该模块拥有两个模拟输出通道，每个通道可以输出-10V-10V的电压信号，12位分辨率。

本实用新型采用一个电液比例阀8控制一个液压缸的控制方式，所述的电液比例阀为博士力士乐双向电液比例阀，型号为4WRKE25-E350L-3X/6EG24，通过输入比例阀的电压信号大小控制比例阀阀芯开口大小和方向，从而控制流进液压缸的流量大小和流向，最终达到调整液压缸速度和位置的目的。

所述的磁致伸缩位移传感器5是利用磁致伸缩原理、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的，由于输出信号是一个真正的绝对值，而不是比例的或放大处理的信号，所以不存在信号漂移或变值的情况。在本实用新型中，为了实现两个液压缸较好的同步精度，采用闭环控制，需要检测液压缸活塞杆的位移。所述的磁致伸缩位移传感器5为TEC的SSI输出型磁致伸缩位移传感器，有效量程为2000mm，一个测量点，数据长度25位，分辨率为0.001mm，接头采用6针航空插头，方便供电及信号传输连线。

工作过程如下：

数字量输入模块2接收上位机监控***1中的理想输入量r并传送至CPU模块3，位置检测模块4接收磁致伸缩位移传感器5反馈的实际位移数据并传送至CPU模块3，CPU模块3中存储主程序将采集到的理想输入量r和实际位移数据两个数据信号用跟踪控制算法进行分析和处理，然后将跟踪控制算法处理后的数据一方面通过模拟量输出模块7转换成模拟量信号用于电液比例阀8控制,另一方面通过数字量输出模块6上传至上位机监控***1。

如图2所示，本实用新型所采用的同步方式是等同方式。将理想输入量r输入至上位机监控***1，通过PLC***将数字信号转换成模拟信号控制电液比例阀8, 电液比例阀8控制液压缸工作；磁致伸缩位移传感器5对液压缸的实际位置数据进行实时高效准确地采集，通过位置检测模块4反馈数据至CPU模块3，将CPU模块3采集到的实际位置数据与理想输入量r进行比对，并由CPU模块3对其进行跟随控制算法处理，然后将跟踪控制算法处理后的数据一方面通过数字量输出模块6上传至上位机监控***1，另一方面通过模拟量输出模块7对电液比例阀8进行调节控制，从而达到两个液压缸同步驱动的目的。

所述的理想输入量r为两个液压缸同步驱动的理想位移曲线。

所述的跟随控制算法是基于西门子300系列PLC的PID控制算法，其控制表达式为：

式中

为CPU模块3对第i个液压缸的输出值，为比例环节的系数，

为积分环节的系数，

为微分环节的系数，偏差信号值

，为理想输入量r，

为第i个液压缸的实际位置数据。

跟随控制算法中各校正环节的作用如下：比例环节，及时成比例地反映控制***的偏差信号值

，偏差一旦产生，控制器立即产生调节作用，以减少偏差；积分环节，主要用于提高***的无差度；微分环节，能够反映偏差信号的变化趋势，在偏差信号值

变得太大之前，在***中引入一个有效早期修正信号，从而加快***的动作速度，减少调节时间。

Claims (6)

1. 一种基于PLC的电液伺服同步驱动控制器，包括PLC***、上位机监控***，其特征在于所述的PLC***包括CPU模块、数字量输入模块、数字量输出模块、位置检测模块、模拟量输出模块；上位机监控***的输出端与数字量输入模块的输入端信号连接，数字量输入模块的输出端与CPU模块的一个输入端信号连接，位置检测模块的输出端与CPU模块的另一个输入端信号连接，CPU模块的一个输出端与模拟量输出模块的输入端信号连接，CPU模块的另一个输出端与数字量输出模块的输入端信号连接，数字量输出模块的输出端与上位机监控***的输入端信号连接。

2.如权利要求1所述的一种基于PLC的电液伺服同步驱动控制器，其特征在于所述的PLC***为西门子300系列PLC。

3.如权利要求1所述的一种基于PLC的电液伺服同步驱动控制器，其特征在于所述的数字量输入模块的型号为SM321，该模块为16点直流24V输入，额定输入电压为24V，模块内部设有光电隔离保护电路。

4.如权利要求1所述的一种基于PLC的电液伺服同步驱动控制器，其特征在于所述的数字量输出模块的型号为SM322，该模块为16点输出，每个点最大电流为0.5A，额定负载电压为直流24V，模块内部设有光电隔离保护电路。

5.如权利要求1所述的一种基于PLC的电液伺服同步驱动控制器，其特征在于所述的位置检测模块为SM338 POS输入模块，帧长度为25位。

6.如权利要求1所述的一种基于PLC的电液伺服同步驱动控制器，其特征在于所述的模拟量输出模块的型号为SM 332，该模块拥有两个模拟输出通道，每个通道可以输出-10V-10V的电压信号，12位分辨率。

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