1 液壓回路

    某機(jī)械手液壓系統(tǒng)中的典型比例控制回路如圖1所示。

    升降油缸8用于控制機(jī)械手夾緊機(jī)構(gòu)的升降，其運(yùn)動(dòng)速度由電液比例換向閥1進(jìn)行控制。移動(dòng)油缸7的作用是推動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度由電液比例換向閥2進(jìn)行控制。

    當(dāng)移動(dòng)油缸7帶動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)水平運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于夾緊機(jī)構(gòu)的重心不在升降油缸8與夾緊機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)上，如果沒(méi)有平衡油缸6的作用，升降油缸的豎直導(dǎo)軌將受到很大的作用力，使夾緊機(jī)構(gòu)的水平度受到影響，進(jìn)而影響機(jī)械手的控制精度。因此在夾緊機(jī)構(gòu)的另一端安裝了平衡油缸6，用其作用力來(lái)調(diào)整夾緊機(jī)構(gòu)的重心，使它盡量靠近升降油缸8與夾緊機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)。這樣，當(dāng)夾緊機(jī)構(gòu)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，就能夠保持夾緊機(jī)構(gòu)的水平，使導(dǎo)軌受力較小。平衡油缸的提升過(guò)程由比例溢流閥4控制，其停止和下降過(guò)程由比例減壓閥3控制。該機(jī)械手工作過(guò)程中由于需要夾持五種不同規(guī)格的零件，加上空載動(dòng)作，因此需要6種不同狀態(tài)下的平衡力。對(duì)于比例減壓閥3而言，停止?fàn)顟B(tài)的平衡力與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)又有所不同，所以比例溢流閥4共有6種工作壓力，而對(duì)于比例減壓閥3，則需要12種不同的平衡壓力。另外由于平衡力的大小還與升降油缸的工作速度有關(guān)，若采用電液伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，成本較高，且對(duì)液壓油的清潔度要求較高，若采用傳統(tǒng)調(diào)壓回路進(jìn)行調(diào)壓，回路結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，且性能難以滿足要求，而采用電液比例閥控制，則回路較為簡(jiǎn)單。

2 控制功能的實(shí)現(xiàn)

    比例溢流閥、比例減壓閥不同檔次的平衡力由操作臺(tái)上的選擇開(kāi)關(guān)選定，然后輸入PLC，由PLC確定具體選用那一種平衡力，確定具體的輸出數(shù)值，通過(guò)PLC的模擬量輸出模塊實(shí)現(xiàn)D／A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的模擬量對(duì)外進(jìn)行輸出。模擬量輸出模塊輸入的模擬量送到控制閥功率模塊，功率模塊以電流輸出的形式控制比例電磁鐵，通過(guò)比例溢流閥、比例減壓閥來(lái)控制對(duì)應(yīng)的平衡壓力。在某個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，具體哪個(gè)閥起作用由電磁換向閥5來(lái)實(shí)現(xiàn)。提升時(shí)，電磁換向閥處于通電狀態(tài)，反之處于斷電狀態(tài)。電磁換向閥5的通斷狀態(tài)必須與比例換向閥1的控制信號(hào)相一致。只有當(dāng)閥1的信號(hào)使缸8處于提升狀態(tài)，閥5才處于通電狀態(tài)，其他情況下閥5均處于斷電狀態(tài)。當(dāng)操作臺(tái)上給出停止信號(hào)時(shí)，通過(guò)PLC判斷改變比例減壓閥的輸入信號(hào)，同時(shí)改變閥1的輸入信號(hào)，使缸8處于停止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)閥1調(diào)節(jié)的平衡力對(duì)應(yīng)于有關(guān)的設(shè)定數(shù)值。接近開(kāi)關(guān)10的作用是當(dāng)提升處于下降的最低點(diǎn)時(shí)發(fā)出信號(hào)，通過(guò)PLC的作用使缸8自動(dòng)處于停止?fàn)顟B(tài)，同時(shí)在自動(dòng)控制過(guò)程中，為進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作提供信號(hào)。接近開(kāi)關(guān)9的作用是當(dāng)提升缸處于最上位置時(shí)發(fā)出信號(hào)，通過(guò)PLC的作用也使油缸8自動(dòng)處于停止?fàn)顟B(tài)，在自動(dòng)控制過(guò)程中，也為進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作提供有關(guān)信號(hào)。

    移動(dòng)缸7的動(dòng)作如下：當(dāng)PLC經(jīng)有關(guān)邏輯判斷需要缸7伸出時(shí)，PLC輸出給定數(shù)值，同樣經(jīng)模擬量輸出模塊的D／A轉(zhuǎn)換，變?yōu)閷?duì)應(yīng)的模擬量輸出，經(jīng)功率模塊放大后，控制電液比例方向閥的動(dòng)作。

    缸7和缸8在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速及減速(停止)要求比較平穩(wěn)，可利用功率模塊的斜坡調(diào)整功能，由PLC完成斜坡啟動(dòng)，然后經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)加速減速的斜坡，可以得到滿意的效果。

    工藝要求缸7在伸出及縮回的位置精度較高，由于控制方式采用開(kāi)環(huán)控制，所以不能達(dá)到較高的位置精度。因此，我們采用了機(jī)械擋塊定位的方法來(lái)保證較高的位置精度。采用這種方法若減速過(guò)程處理不好，則會(huì)出現(xiàn)兩種不利情況，減速慢了出現(xiàn)機(jī)械撞擊，減速快了則不能達(dá)到所要求的精確位置。基于上述情況，筆者進(jìn)行如下處理：當(dāng)油缸7伸出或縮回到接近目標(biāo)位置時(shí)，減速接近開(kāi)關(guān)13(或12)發(fā)出控制信號(hào)，PLC改變輸出的模擬值，使油缸減速運(yùn)動(dòng)，速度減到一個(gè)較小的值，此時(shí)電液比例方向閥處于開(kāi)口較小的位置(并始終保持這一位置)，當(dāng)油缸8伸縮運(yùn)動(dòng)到達(dá)目標(biāo)位置，接近開(kāi)關(guān)11(或14)發(fā)出控制信號(hào)，PLC使油缸停止運(yùn)動(dòng)，讓執(zhí)行元件平穩(wěn)地靠在擋塊上。同時(shí)也給執(zhí)行下一動(dòng)作發(fā)出控制信號(hào)。

有關(guān)壓力控制閥的最低控制壓力和最高控制壓力的調(diào)整、以及方向控制閥的死區(qū)補(bǔ)償調(diào)整、增益調(diào)整可參照有關(guān)說(shuō)明來(lái)進(jìn)行。

3 PLC系統(tǒng)簡(jiǎn)介

    由于PLC在機(jī)械手中需要完成的控制功能較多，控制精度較高，運(yùn)算速度較快且具有數(shù)據(jù)處理能力，因此，筆者選用了西門子公司的S7—200系列CPU226型PLC，配模擬量擴(kuò)展模塊EM232。由于PLC的輸出電流較小，需要用功率模塊來(lái)控制比例液壓閥，另外，機(jī)械手其它邏輯控制、液壓泵站的控制和液壓系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)控制均由PLC系統(tǒng)完成。

    在編程時(shí)，我們用輸入信號(hào)控制內(nèi)部標(biāo)志位M，用M控制PLC的輸出。液壓系統(tǒng)工作時(shí)所需要的各種數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)塊內(nèi)，通過(guò)用戶程序傳送內(nèi)部的數(shù)據(jù)給模擬量輸出模塊。

4 結(jié)論

    經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，使用PLC組成的控制系統(tǒng)對(duì)比例壓力閥、電液比例方向閥進(jìn)行控制，效果很好，而且其工作參數(shù)調(diào)整方便，工作可靠性較高。