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让液压设计者快速实现精密定位和压力控制

作者:Delta 计算机系统有限公司 亚洲环太平洋地区业务发展总监 李敢2013.06.19阅读 5650

  液压驱动是工业领域中传统、成熟的技术。但由于受其技术特点限制,多年来对液压运动控制技术的研发投入和重视程度远不如对电气领域的运动控制应用的投入,以至实现高精度液压运动控制更具挑战性。普遍现状是,液压传动设计工程师往往对流体伺服系统的设计并不熟悉,而闭环液压伺服系统的设计要比用普通控制开关阀实现起来困难得多。因为开关阀只需逻辑控制,不用考虑压力和油缸中活塞两侧的压力差异。而流体伺服控制则不同,伺服系统驱动执行器的活塞运动不仅要考虑到负载,还要考虑到油的应力作用。另外,对液压阻容(弹簧效应)的考虑欠缺也将造成设计失误。这很可能意味着阀和油缸之间不能有软管www.cechina.cn,而且要得到最佳性能就要在回路中尽量缩短管路。当然,更普遍的问题是很少有技术人员受过适当的培训去读懂各种阀体参数,从而了解如何真正有效地使这些阀与液压伺服系统内部器件相互默契配合。

 Delta 计算机系统有限公司 亚洲环太平洋地区业务发展总监 李敢
 
    然而,Delta 用自身30年来对高精度液压运动控制技术锲而不舍的研发,和长期积累的多种工业现场的技术优势,可以为备受困扰的工程师提供一剂良方。首先,在编程调试与诊断方面CONTROL ENGINEERING China版权所有,Delta Computer Systems 的 RMC75 和 RMC150产品拥有几项关键的特性CONTROL ENGINEERING China版权所有,包括自动调优功能。工程师使用 RMCTools 软件自带的优化向导功能可实现对液压系统的控制自动调优,也可以实现对通用伺服电机的控制调优,这使得电液混合动力系统的统一调优更为方便。通常而言,多数控制器仅限于实现 PID、速度前馈、加速度前馈。然而,这对于一些可模拟为两根弹簧之间加一质量体的物理模型的液压环境而言,并不能实现有效控制。
  只使用 PI 或 PID 控制的局限性, 在于它的受限往往源于固有频率和阻尼因子。如果运用二阶或二阶以上的微分反馈CONTROL ENGINEERING China版权所有,这一限制就可以被打破。Delta 解决了如何做到自动调优系统类似的问题,利用高精确度位置传感器(如 MTS 和 Balluff)中获得反馈信号计算出可靠的二阶或高阶的微分增益变量,使执行器位置控制精度达到 0.25mm 甚至更高。这可以帮助工程师在较低的固有频率和阻尼因子下实现控制,意味着液压设计者因此得到了更大的灵活性和选择余地,能够在特定的环境要求下减少油缸的尺寸,采用更小型的液压泵、阀体和蓄能器,在降低成本的同时实现系统性能的卓越表现。
  运动控制程序开发是工程师一大挑战。Delta 在编程的直观易用和人性化上做了大量功课。RMC75 和 RMC150 采用了经过实践验证的指令子集,让很多应用的编程变成直接选择某条指令,并设定几个关键参数和链接或过渡到下一步必须满足的条件后直接运行。软件的最大亮点之一是诊断功能,其特征包括事件日志,视觉的实时趋势分析图表(RMCTools Plot Manager)。此外,指令日志可以记录所有指令、错误、每一次运动循环的计算结果,使用者还可以人为设置和监控特定时间范围的信息。由于具备大容量的 RAM 缓冲区,HMI 或 LabView 等软件能以自己的速度通过 RMC 采集大量数据。利用它的条件触发器捕捉数据,可以有效捕捉到突发事件发生前后的数据,这对于每隔几天才发生的事件,会是极为有用的诊断信息。
  当前,工业以太网技术在运动控制领域发展迅速。Delta作为国际主流工业以太网组织PI和ODVA的长期成员,我们坚信工业以太网(包括Ethernet/IP, PROFIBUS 和 PROFINET)拥有巨大的技术优势和在工业现场的应用前景。RMC通常以PLC 或PC为上位机并受其监控。从通讯上看CONTROL ENGINEERING China版权所有,RMC让PLC和PC视其为它们自身系统的一部分,使通讯设置简单化,从而在设置、调试、诊断和编程中都受惠于此。RMC预装了绝大部分的主流工业以太网通讯协议,会自动鉴别通讯对象使用的是何种以太网通讯协议,从而与之正确通讯。
  今天,最先进的液压运动控制器技术上已经相当成熟,可以方便地和各种各样的反馈传感器连接通讯,具备大量的指令子集以及允许用户自定义运动轮廓曲线的功能,以实现从简单的单轴运动控制到复杂的多轴同步协调、位置、速度、压力、负载、扭矩、压力限制的多层面控制。西屋电器公司(Westinghouse)在华核电项目的液压高精度定位应用就是Delta技术成就的最好证明。在中国,工业领域需要液压控制的场合相当广泛,比如重工业大型设备制造环节、大型锻压设备、飞机汽车研制、多轴测试台、桥梁振动、疲劳测试、橡胶轮胎和木材加工等行业都有应用前景。问题是不少应用设计人员对于液压运动控制的精密位置定位,速度、压力和力的多轴同步等现代控制技术的实现方面,仍感到鲜有方便而有效的手段。而这些恰恰是Delta公司最擅长的技术领域,希望能借此帮助解决工程师们实际工作中遇到的头疼问题。(CEC朱旭采访整理)
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