PLC对数控液压伺服阀的开环控制

1 引言

　　数控液压伺服阀主要用于自动控制领域，是输出量与输入量呈一定函数关系并能快速响应的液压控制阀，是液压伺服系统的重要元件。液压伺服阀通常由电-机械转换器(力矩马达或力马达)、液压放大器和反馈或平衡机构等三部分组成。目前液压伺服阀主要是指电液伺服阀，它在接受电气信号后，相应输出经过调制的流量和压力，它既是电液转换元件，也是功率放大元件，能将小功率的微弱电气输入信号转换为大功率的液压能(流量和压力)输出，实现电液信号的转换与液压放大。

　　工作时，由可编程控制系统来控制步进电机的运转状态，步进电机的负载是细而短的芯轴，转动惯量很小，而系统的输出功率和行程由与之匹配的液压缸或液压马达的尺寸和所使用的液压决定，可在较大范围内选择，能实现各种速度、各种行程的多种控制。

2 电液伺服阀的PLC控制方法

　　液压缸的控制在于电液伺服阀的控制，而电液伺服阀的控制就在于步进电机的控制，步进电机可以采用单片机或可编程控制器PLC进行控制。目前，PLC因具有编程简单易掌握、体积小、通用性强、可靠性高、接口安装方便等优点而获得广泛应用，而且电液伺服阀的PLC控制只占用PLC的3~5个I/O接口及几十Bit的内存，控制系统简洁、编程方便，因此本文采用PLC控制方式。

　　PLC对步进电机的控制主要有三个方面：

　　(1)开度控制：由步进电机的工作原理和特性可知，步进电机的总转角正比于所输入的控制脉冲个数，因此可以根据阀芯伺服机构的位移量即阀芯的开度确定PLC输出的脉冲个数。

　　(2)速度控制：步进电机的转速取决于输入脉冲的频率，因此可以根据阀芯要求的开闭速度，确定PLC输出脉冲的频率。

　　(3)方向控制:通过PLC某一输出端输出高电平或低电平的方向控制信号，该信号改变硬件环行分配器的输出顺序，从而实现若高电平时步进电机正转，低电平时步进电机反转。

3 电液伺服阀控制系统的组成及接口电路

　　3.1 电液伺服阀控制系统组成

　　本设计系统主要由硬件和控制软件两部分组成，其中硬件部分包括可编程控制器、功率驱动器和步进电机，其结构如图1所示:

图1控制系统结构框图

　　控制系统中PLC用来产生控制脉冲，通过PLC编程输出一定数量，一定频率的方波脉冲，再通过功率驱动器将脉冲信号进行放大，分配，控制步进电机的转角和转速。步进电机属于特种电机，它的旋转是以固定的角度(称为“步距角”)一步一步运行的，控制系统每发一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一个步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比，控制步进脉冲信号的频率，可以对电机精确调速，从而控制液压缸或液压马达的运行速度(控制步进脉冲的个数，可以控制步进电机的转数，从而控制液压缸或液压马达的位移量。

　　3.2 接口电路

　　该系统采用开环数字控制方式，步进电机选用北京斯达特公司的23HS3002型，配套驱动器选用SH-2H057型。由PLC控制系统提供给驱动器的信号主要有以下三路:

　　(1)步进脉冲信号CP这是最重要的一路信号，驱动器每接受一个脉冲信号CP就驱动步进电机旋转一个步距角，CP脉冲的个数和频率分别决定了步进电机旋转的角度和速度。

　　(2)方向电平信号DIR此信号决定电机的旋转方向。例如)此信号为高电平时电机顺时针旋转，此信号为低电平时则电机逆时针旋转，这种换向方式叫做单脉冲方式。

　　(3)脱机信号FREE此信号为选用信号，并不是必须要用的，只在某些特殊情况下使用，此端为低电平时，此功能有效，这时电机处于无力矩状态(此端为高电平或悬空不接时，此功能无效，电机可正常运行，此功能若用户不采用，只需将此端悬空即可。

　　另外，驱动器的A及AB及B分别接两相步进电机的两个线圈，“+”、“-”两端为电源端。其接口电路如图2所示。

图２系统接口电路图

4 结论

　　由于步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应采用晶体管输出型的可编程控制器，同时在编程时应处理好升，降速问题。本设计已经成功应用于液压缸的运动控制，系统结构简单，控制灵活方便，通过改变PLC程序中定时器和计数器的参数，可以实现液压缸运行速度和位移的控制。