电液比例控制在高线打包机中的应用_免费论文全文下载

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1.引言

电液比例控制技术是为开发一种控制精度和响应特性均能满足工程技术实际需要的电液控制技术，它是机电一体化技术的一个重要组成部分，是电控和液压技术有机结合。随着现代工业的不断快速发展对电液控制系统的响应速度、控制超调，稳态精度等方面的要求愈来愈高，电液比例伺服控制技术也因此而发展而来，带动了工业发展、国民经济的发展。
2.电液比例控制技术介绍
2.1 电液比例控制的基本组件及功能：
⑴指令组件：给定控制信号的产生与输入的组件，信号发生装置或过程控制器。在有反馈信号的情况下，它给出与反馈信号有相同形式和量级的控制信号。
⑵比较组件：把给定信号与反馈信号进行比较，得出偏差信号作为电控器的输入。
⑶电控器：电控器通常被称为比例放大器。由于含在比例阀内的电磁铁需要的控制电流较大（0～80mA）而偏差控制信号电流较小，不足以推动电磁铁工作，所以要使用电控器对控制信号进行功率放大和对输入的信号进行加工、整形 ，使其达到电-机械转换装置的控制要求。
（4）比例阀：比例阀内部又分为两大部分，即电-机械转换器及液压放大组件，还带有阀内的检测反馈组件。
⑸液压执行器：通常指液压缸或液压马达，它是系统的输出装置，用于驱动负载。
（6）检测反馈组件：对于闭环控制需要加入检测反馈组件。它检测被控量或中间变量的实际值，得出系统的反馈信号。
2.2 电液比例控制系统的分类
电液比例控制系统可以从不同的角度按很多方式来进行分类。按被控量是否被检测和反馈来分类：可分为开环比例控制和闭环比例控制系统。按控制信号的形式来进行分类，可分为模拟控制和数字式控制，后者又分为脉宽调制PWN。按比例组件的类型来分类，可分为比例节流阀控制和比例容积控制两大类。比例节流控制适用于功率较小的系统，而比例容积控制用在功率较大的场合。
2.3 电液比例控制系统的特点
电液比例阀是介于开关型的液压阀与伺服阀之间的一种液压组件。与电液伺服阀相比，其优点是价廉、抗污染能力强。除了在控制精度及相应快速性不如伺服阀外，其它方面的性能和控制水平与伺服阀相当，其动、静态性能足以满足大多数工业应用的要求。因此，比例阀更为广泛地获得应用。电液比例阀与传统的液压控制阀比较，虽然价格较贵，但由于其良好的控制水平而得到补偿。因此在控制较复杂，特别是要求有高质量控制水平的地方，传统开关阀就逐渐由比例阀或数字阀来代替。比例控制阀还可以具有流量、压力与方向三者之间的多种复合控制功能。这使得比例控制系统较之开关阀控制系统，不但控制性能得以提高，而且使系统更为简化。
电液比例控制系统主要有以下特点：
⑴可明显地简化液压系统，实现复杂程序控制，降低费用，提高了可靠性，可在电控制器中预设斜坡函数，实现精确而无冲击的加速或减速，不但改善了控制过程品质，还可缩短工作循环时间。
⑵利用电信号便于实现远距离控制或遥控，将阀布置在最合适的位置，提高主机的设计柔性。⑶利用反馈提高控制精度或实现特定的控制目标。
⑷能按比例控制液流的流量、压力，从而对执行器件实现方向、速度和力的连续控制，并实现自动无级调速。
3.高线厂打包机中电液比例技术应用
3.1 高线打包机液压系统功能简介
打包机液压系统由四台恒流量恒功率恒压负载敏感式变量泵作为动力源，通过11组集成阀块控制打包机各工作环节：线卷压板压实系统、升降系统、送线系统、线导系统、打包头系统，其中线卷压实系统压板的速度控制和线导系统马达速度控制均由比例阀控制，结合PLC模块和方向比例阀电气模块实现执行原件速度无级调速，而且通过PID闭环控制方式使速度控制更精确，精度达0.01m/S。其它非关键部分普通开关电磁阀实现。
图1 压实系统液压原理
图2 线导系统液压原理
3.2 打包机线卷压实系统电液比例阀应用分析
线卷压实系统液压原理：
开始压紧环节：由四支压实油缸C1、C2、C3、C4，通过比例阀控制方向和速度，比例阀工作在第四位，液压缸以差速模式工作，也就是说，从前面（有杆腔）返回的油流向液压缸的后面（无杆腔），不回油箱，结果使液压缸速度加倍，此时电磁阀通电插装阀以最大流量方式工作，输出力只有原来的一半，压板快速行进。比例阀引用使得压板运动实现可以无级调速，启动和停止较为缓和，冲击较小，而且反应较快。当压紧装置运动到接近线卷的位置时及压力信号提示有预紧力时，升降台开始工作，光电管发出信号使升降台继续升高到顶部位，使线卷完全脱离C型钩，它的顶部位置通过编码器产生的脉冲信号显示出来，此时比例阀工作在第3位，非差动模式，同时电磁阀断电，插装阀根据压紧力调整油缸行进速度，压板1和压板2继续压紧线卷，直至线卷压实，其原理图见图1。
3.3 线导系统液压马达速度控制
线导系统液压原理：
可移动的线导道系统安装在压板上，由液压马达通过齿轮齿条驱动。压紧循环开始后，线道系统立即开始向前移动，比例阀控制移动的方向和速度。在PLC 中可设定移动速度，正常速度约为0.2M/S。线导系统在一端压板上向前移动时，另一端压板也正向打包机中心移动，固线导系统的相对速度是所有活动部件速度的总和，即0.26+0.26+0.2=0.72m/s。考虑到两个压板撞击在一起会产生很大的惯性力，在压板1 上安装了液压缓冲器。由传感器显示线道系统关闭并且比例阀电压指标被降到几乎为零。压板继续一起移动意味着驱动液压马达被迫向后。从马达回流的液压油由比例控制安全阀释放。在PLC 编程中线道系统开始向前时压力设为约100 bar，经过很短的时间后，压力减到60 bar，这样做的目的是当导向系统合并后马达向后转动时，减小对齿条和齿轮的力。开始用较高压力的原因是克服导向系统的“启动粘连现象”。为防止马达吸空，马达吸入口通过阀有持续“填充”压力约10bar（可调节）。线导向后朝着初始位置移动，系统原理见图2。
4.结论分析
电液比例阀具备控制精度准确，响应速度快且灵敏，故障率低等优点，在高线厂打包机的应用上，工作非常稳定，电液比例阀对简化工程机械操作、提高效率和作业精度以及实现智能化作业都有着极其重要的意义，其性能的进一步提高和应用范围的日益拓宽必将使工程机械产品的技术水平得到较大程度的提高。
参考文献
[1]吴根茂等.实用电液比例技术.杭州：浙江大学出版社，1993.
[2]西门子股份公司.SIMATIC S7-400可编程控制器操作手册.
[3]SUND BIRSTA COIL COMPACTOR INSTRUCTION MANUAL.

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