專利名稱：一種高精度位置控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及冶金、機(jī)械行業(yè)中生產(chǎn)工藝所要求的機(jī)械定位系統(tǒng)，特別適用于鋼管制造業(yè)中頂桿、芯棒的生產(chǎn)過(guò)程，可同時(shí)完成位置調(diào)整及精確定位的定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
為滿足自動(dòng)化生產(chǎn)的要求，在冶金、機(jī)械等諸多領(lǐng)域廣泛使用的位置調(diào)整和定位系統(tǒng)。這種用于位置控制的定位系統(tǒng)，大多數(shù)采用液壓缸、調(diào)整絲杠、電機(jī)、減速機(jī)和編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作、調(diào)整和定位。比如在鋼管生產(chǎn)過(guò)程中，穿孔機(jī)后臺(tái)需要一組升降輥道，不斷在低位、毛管位和芯棒位動(dòng)作來(lái)滿足生產(chǎn)需求，并且根據(jù)不同的產(chǎn)品規(guī)格毛管位和芯棒位相應(yīng)做出調(diào)整，以便準(zhǔn)確定位。該系統(tǒng)需要兩套液壓缸1和2、兩套調(diào)整絲杠3和4、兩套電機(jī)8、兩套減速機(jī)6和7，以及編碼器，通過(guò)可編程控制器PLC控制來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作、調(diào)整和定位，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。由該圖所示的結(jié)構(gòu)可以看出，該系統(tǒng)占用空間大、所需要的設(shè)備品種多、數(shù)量大，控制精度不高，并且維護(hù)起來(lái)也十分地困難。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型正是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，而提出一種高精度位置控制系統(tǒng)，利用高頻響比例閥和帶有位置反饋的液壓缸，并由PLC控制實(shí)現(xiàn)多種位置的動(dòng)作和定位，從而完成高精度位置控制。
一種高精度位置控制系統(tǒng)，包括開(kāi)關(guān)量輸入、可編程控制器PLC控制組件，其特征在于，該系統(tǒng)還包括帶行程控制的液壓缸、行程控制傳感器、高響應(yīng)比例閥和比例放大板，它們與機(jī)械連接組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)位置定位其中所述機(jī)械連接用于產(chǎn)生位置反饋信號(hào)；可編程控制器PLC控制組件用于接收該位置反饋的信號(hào)，以及輸出處理后的模擬量輸出信號(hào)到數(shù)/模轉(zhuǎn)換；數(shù)/模轉(zhuǎn)換用于將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作為放大板的輸入信號(hào)；放大板用于將數(shù)字輸入信號(hào)放大，輸出給比例閥的中位；比例閥用于控制兩個(gè)比例磁鐵；開(kāi)關(guān)量輸入用來(lái)控制該系統(tǒng)動(dòng)作應(yīng)滿足的基本條件。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型利用現(xiàn)在先進(jìn)的PLC控制技術(shù)與新型的液壓缸、比例閥組成高精度位置控制系統(tǒng)，代替老式的采用液壓缸、調(diào)整絲杠、電機(jī)、減速機(jī)和編碼器組成的位置控制系統(tǒng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)位置精確控制，而且克服了老式系統(tǒng)占用空間大、設(shè)備量大、控制精度不高以及維護(hù)困難等缺點(diǎn)。
下面將結(jié)合實(shí)施例及參照附圖對(duì)該實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。


圖1為先前技術(shù)的位置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型所提出的高精度位置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型具體實(shí)施例中帶有穿孔機(jī)后臺(tái)升降輥道的高精度位置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本實(shí)用新型所提出的高精度位置控制系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖2所示，為本實(shí)用新型所提出的高精度位置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。該系統(tǒng)包括帶行程控制的液壓缸101、行程控制傳感器102、高響應(yīng)比例閥103、比例放大板104和可編程控制器PLC控制組件105。這種新型位置控制系統(tǒng)，取代了原來(lái)的老式液壓缸，去掉了減速機(jī)和絲杠。其中，液壓缸101的選擇，是根據(jù)要達(dá)到的液壓缸的行程，以及實(shí)際的負(fù)載和液壓的壓力所計(jì)算出液壓缸的有桿腔和無(wú)桿腔的直徑，選出標(biāo)準(zhǔn)系列的帶有位置反饋的液壓缸；高響應(yīng)比例閥103，是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝要求的動(dòng)作時(shí)間和液壓缸的大小計(jì)算出液壓缸動(dòng)作所需的流量，由流量和液壓的壓力參數(shù)選用標(biāo)準(zhǔn)的高頻響比例閥或伺服閥；可編程控制器PLC控制組件105，是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝要求的位置數(shù)量和動(dòng)作要求選用的；另外，為防止誤動(dòng)作，液壓缸的位置傳感器和比例閥(伺服閥)的控制均選用電流控制型。由PLC、比例閥(伺服閥)、液壓缸和機(jī)械連接組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作和精確定位。其中機(jī)械連接部分，是根據(jù)生產(chǎn)工藝和現(xiàn)場(chǎng)空間布局的，根據(jù)具體情況可有可無(wú)，既可以由液壓缸直接驅(qū)動(dòng)輥道升降，亦可由液壓缸通過(guò)不同比例的連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輥道升降；以上機(jī)械連接均有液壓缸產(chǎn)生位置反饋信號(hào)；下面通過(guò)具體實(shí)施例，來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖3所示，為本實(shí)用新型具體實(shí)施例中帶有穿孔機(jī)后臺(tái)升降輥道的高精度位置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。其中，101是行程300mm的液壓缸，102是液壓缸的300mm位置傳感器，103是比例閥，中位是“H”型，108是連桿擺臂，106是連桿擺臂的支點(diǎn)，107是升降輥道，105是PLC控制系統(tǒng)，104是比例閥的放大板，其控制信號(hào)的輸入類型為4-20mA。具體工作過(guò)程如下在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，穿孔機(jī)后臺(tái)為確保軋制中心線不變，穿孔后臺(tái)升降輥道的工藝要求是a、待料時(shí)升降輥道在低位，此時(shí)液壓缸缸桿全部縮回；b、穿孔機(jī)拋鋼后升降輥道要升起到毛管位，輥道旋轉(zhuǎn)以便毛管帶出；c、當(dāng)下一支坯料穿孔前，升降輥道要升起到頂桿位，以便將頂桿輸送到位；d、當(dāng)三輥定心將頂桿抱住后，升降輥道要降到低位，e、自動(dòng)化生產(chǎn)時(shí)重復(fù)以上動(dòng)作。
為實(shí)現(xiàn)高精度位置控制，首先確定液壓缸的位置傳感器4-20mA反饋值在PLC上對(duì)應(yīng)為0-32768的范圍內(nèi)，即液壓缸0-300mm的行程在PLC上對(duì)應(yīng)0-32768個(gè)數(shù)，1mm在PLC對(duì)應(yīng)109.2個(gè)數(shù)。假如在生產(chǎn)某種規(guī)格的產(chǎn)品時(shí)，低位需液壓缸全部返回(即行程為0mm)，則其在PLC對(duì)應(yīng)的行程個(gè)數(shù)為0；毛管位需液壓缸伸出行程需滿足150mm，在PLC對(duì)應(yīng)16384個(gè)數(shù)；頂桿位需液壓缸伸出需滿足180mm，在PLC對(duì)應(yīng)19660個(gè)數(shù)。由上述數(shù)據(jù)可以得知，只要在PLC控制系統(tǒng)105內(nèi)將毛管位設(shè)為16200-16500，頂桿位設(shè)為19500-19780，即可對(duì)穿孔后臺(tái)升降輥道實(shí)現(xiàn)精確動(dòng)作和定位，經(jīng)計(jì)算可知位置誤差為1mm。
一旦由于某種原因，位置反饋給PLC的數(shù)超出設(shè)定范圍，PLC控制系統(tǒng)將向比例閥的放大板104發(fā)出指令，比例閥103將快速響應(yīng)控制液壓缸101的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
圖4為本實(shí)用新型所提出的高精度位置控制系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)示意圖。105為可編程控制器PLC控制組件；407是工程控制計(jì)算機(jī)兼WCC監(jiān)控畫面；403是液壓缸位置傳感器的位置反饋信號(hào)；104是比例閥內(nèi)置放大板，輸入信號(hào)值為4-20ma；輸入值12ma是比例閥的中位，用于控制比例閥的兩個(gè)比例磁鐵，其中輸入信號(hào)12-20ma用于控制比例電磁鐵“A”，輸入信號(hào)12-4ma控制比例電磁鐵“B”；406是比例閥的比例電磁鐵A和B；402是開(kāi)關(guān)量輸入，用來(lái)控制該系統(tǒng)動(dòng)作應(yīng)滿足的基本條件；404是數(shù)/摸轉(zhuǎn)換器，用來(lái)對(duì)PLC控制組件中的模擬輸入/輸出信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
利用現(xiàn)在先進(jìn)的PLC控制技術(shù)與新型的液壓缸、比例閥組成高精度位置控制系統(tǒng)，代替老式的采用液壓缸、調(diào)整絲杠、電機(jī)、減速機(jī)和編碼器組成的位置控制系統(tǒng)。
為了方便對(duì)現(xiàn)有的位置調(diào)整和定位系統(tǒng)進(jìn)行精確控制，克服老式系統(tǒng)占用空間大、設(shè)備量大、控制精度不高以及維護(hù)困難等缺點(diǎn)，特選用高頻響比例閥(或伺服閥)和帶有位置反饋的液壓缸由PLC控制實(shí)現(xiàn)多種位置的動(dòng)作和定位。
由于采用了先進(jìn)的PLC和閉環(huán)控制，該實(shí)用新型位置控制系統(tǒng)具備自動(dòng)調(diào)整功能，一旦執(zhí)行元件受到其他外力使液壓缸位置發(fā)生改變，液壓缸上的位置傳感器立刻向PLC發(fā)出信號(hào)，PLC根據(jù)信號(hào)值向比例閥(伺服閥)發(fā)出指令，比例閥(伺服閥)立刻控制液壓缸及時(shí)調(diào)整位置，實(shí)現(xiàn)精確定位。而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用場(chǎng)地小維護(hù)簡(jiǎn)單；可在操作臺(tái)設(shè)置監(jiān)控畫面，及時(shí)掌握動(dòng)作和定位狀態(tài)；控制精度可達(dá)到0.1mm/m。
權(quán)利要求1.一種高精度位置控制系統(tǒng)，包括開(kāi)關(guān)量輸入、可編程控制器PLC控制組件，其特征在于，該系統(tǒng)還包括帶行程控制的液壓缸、行程控制傳感器、高響應(yīng)比例閥和比例放大板，它們組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)位置定位其中可編程控制器PLC控制組件用于接收該位置反饋的信號(hào)，以及輸出處理后的模擬量輸出信號(hào)到數(shù)/模轉(zhuǎn)換；數(shù)/模轉(zhuǎn)換用于將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作為放大板的輸入信號(hào)；放大板用于將數(shù)字輸入信號(hào)放大，輸出給比例閥的中位；比例閥用于控制兩個(gè)比例磁鐵；開(kāi)關(guān)量輸入用來(lái)控制該系統(tǒng)動(dòng)作應(yīng)滿足的基本條件。
2.如權(quán)利要求1所述的高精度位置控制系統(tǒng)，其特征在于，所述液壓缸是根據(jù)要達(dá)到的液壓缸的行程，以及實(shí)際的負(fù)載和液壓的壓力所計(jì)算出液壓缸的有桿腔和無(wú)桿腔的直徑，選出標(biāo)準(zhǔn)系列的帶有位置反饋的液壓缸。
3.如權(quán)利要求1所述的高精度位置控制系統(tǒng)，其特征在于，所述比例閥為高響應(yīng)比例閥，它是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝要求的動(dòng)作時(shí)間和液壓缸的大小計(jì)算出液壓缸動(dòng)作所需的流量，由流量和液壓的壓力參數(shù)選用標(biāo)準(zhǔn)的高頻響比例閥。
4.如權(quán)利要求1所述的高精度位置控制系統(tǒng)，其特征在于，所述放大板內(nèi)置于比例閥中。
5.如權(quán)利要求1所述的高精度位置控制系統(tǒng)，其特征在于，所述液壓缸的位置傳感器、比例閥和內(nèi)置的放大板控制均選用電流控制型。
6.如權(quán)利要求1所述的高精度位置控制系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)械連接既可以由液壓缸直接驅(qū)動(dòng)輥道升降，亦可由液壓缸通過(guò)不同比例的連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輥道升降以滿足生產(chǎn)工藝要求。
7.如權(quán)利要求1所述的高精度位置控制系統(tǒng)，其特征在于，所述高精度位置控制系統(tǒng)還包括工程控制計(jì)算機(jī)兼WCC監(jiān)控畫面，用于在操作臺(tái)設(shè)置監(jiān)控畫面。
8.如權(quán)利要求4所述的高精度位置控制系統(tǒng)，其特征在于，所述液壓缸的位置傳感器、比例閥和內(nèi)置的放大板，其控制信號(hào)的輸入信號(hào)值為4-20mA。
專利摘要一種高精度位置控制系統(tǒng)，包括開(kāi)關(guān)量輸入、可編程控制器PLC控制組件，其特征在于，該系統(tǒng)還包括帶行程控制的液壓缸、行程控制傳感器、高響應(yīng)比例閥和比例放大板，它們與機(jī)械連接組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)位置定位其中所述機(jī)械連接用于產(chǎn)生位置反饋信號(hào)；可編程控制器PLC控制組件用于接收該位置反饋的信號(hào)，以及輸出處理后的模擬量輸出信號(hào)到 數(shù)/模轉(zhuǎn)換；數(shù)/模轉(zhuǎn)換用于將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作為放大板的輸入信號(hào)；放大板用于將數(shù)字輸入信號(hào)放大，輸出給比例閥的中位；比例閥用于控制兩個(gè)比例磁鐵；開(kāi)關(guān)量輸入用來(lái)控制該系統(tǒng)動(dòng)作應(yīng)滿足的基本條件。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型克服了老式系統(tǒng)占用空間大、設(shè)備量大、控制精度不高以及維護(hù)困難等缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05B19/00GK2864770SQ20062002527
公開(kāi)日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2006年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月26日
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