Пропорційна гідравліка

Управление движением штока цилиндра, обеспечивающим перемещение стола, осуществляется с помощью кнопки без фиксатора SV. Если сигнал от этой копки не подается, движение стола должно быть прекращено (клапан занимает среднюю позицию, ток управления на обмотках магнитов равен 0).

Необходимо заполнить таблицу соответствия сигналов от кнопок управления S1, S2, S3, сигналов на дискретных входах задатчика I1, I2, I3, расчетных значений тока управления IА, IВ и скорости движения стола (табл. 3.2). Составить логические функции, выполняющие перевод сигналов управления оператора в значения сигналов на дискретных входах задатчика.

Например, опыт №9 должен соответствовать втягиванию штока со скоростью Vт=0,3*Vmax. По характеристикам клапана, с учетом заданного уровня давления, определяем необходимый ток управления, который, например, равен IB = 215 mA.

Ставим режим опыта №9 в соответствие значению сигнала W8, следовательно, комбинация дискретных входов равна (1, 1, 1). Составляем логическую функцию, переводящую входное слово SW9=(S1, S2, S3)=(0,0,0) в комбинацию дискретных сигналов слова управления IW8=(I1, I2, I3)=(1,1,1):

I19 = S1* S 2* S 3 , I 29 = S1* S 2* S 3 , I 39 = S1* S 2* S 3 .

Режим опыта №5 соответствует выдвижению штока со скоростью Vт=0,3*Vmax , при этом токи управления и входное слово опытов №5 и №9 совпадают. Следовательно, входное слово SW5=(S1, S2, S3)=(1,0,0)

32

соответствует комбинации дискретных сигналов слова управления IW8=(I1, I2, I3)=(1,1,1):

I15 = S1* S 2* S 3 , I 25 = S1* S 2* S 3 , I 35 = S1* S 2* S 3 .

Преобразовав комбинации дискретных сигналов управления для опытов №5 и №9, получим упрощенное выражение:

I15,9 = I 25,9 = I 35,9 = S1* S 2* S3 + S1* S 2* S 3 = = S 2* S 3* ( S1 + S1) = S 2* S 3

Обеспечение максимальной скорости подвода (опыт №2) соответствует выдвижению штока со скоростью Vmax. По характеристикам клапана, с учетом заданного уровня давления, определяем необходимый ток управления, который, например, равен IА = 450 mA.

Согласно таблице 3.2 режим опыта №2 соответствует значению сигнала W4, следовательно, комбинация дискретных входов равна (1, 1, 0). Составляем логическую функцию, переводящую входное слово SW2=(S1, S2, S3)=(1,1,0) в комбинацию дискретных сигналов слова управления IW4=(I1, I2, I3)=(1,1,0):

I12 = S1* S 2* S 3 , I 22 = S1* S 2* S 3 ,

I 32 = S1* S 2* S 3 = S1+ S 2 + S 3 .

Втягивание штока с максимальной скоростью Vmax соответствует режиму опыта №6. Значение управляющего тока для такой скорости соответствует входному слову задатчика W4, следовательно, комбинация дискретных входов равна (1, 1, 0). Составляем логическую функцию, переводящую входное слово SW6=(S1, S2, S3)=(0,1,0) в комбинацию дискретных сигналов слова управления

IW4=(I1, I2, I3)=(1,1,0):

I16 = S1* S 2* S 3 , I 26 = S1* S 2* S 3 ,

I 36 = S1* S 2* S 3 = S1+ S 2 + S 3 .

Поскольку в опытах №2 и №6 задается одно значение скорости движения привода, комбинация дискретных сигналов слова управления может быть представлена в следующем виде:

I12,6 = I 22,6 = S1* S 2* S 3 + S1* S 2* S 3 = = S 2* S 3* ( S1+ S1) = S 2* S 3

I 32,6 =( S1+ S 2 + S 3 )* ( S1+ S 2 + S 3 ) = S 2 + S 3

Аналогичным образом составляем логические функции для всех опытов.

33

Экспериментальная проверка работы системы

Составить электрорелейную схему управления приводом стола в соответствии с логическими функциями. Подключить гидроцилиндр, задатчик и усилитель по схеме рис. 3.2. Обеспечить с помощью кнопок SV, S1, S2 и S3 управление скоростью и движением стола. Настроить параметры задатчика на управление скоростью выдвижения и втягивания штока в соответствии с таблицей 3.2. Давление в системе при неподвижном цилиндре настроить с помощью клапана давления, установленного на насосном агрегате, на заданное значение. Рассчитать необходимые значения управляющего сигнала (тока) для выдвижения и втягивания штока.

Запрограммировать расчетные значения сигналов управления в задатчике в соответствии со значениями дискретных входов (табл. 3.2). Экспериментально определить скорость движения штока в каждом режиме работы привода. Сравнить расчетные и фактические значения скорости.

Контрольные вопросы

1.Сколько значений управляющего сигнала можно получить применением дискретных входов блока управления?

2.Можно ли использовать одно и то же значение выходного сигнала блока управления при реверсировании движения привода?

3.Как изменится работа привода, если поменять местами соединения магнитов с выходами блока управления?

4.На сколько отличаются максимальные скорости при выдвижении и втягивании штока цилиндра?

5.Как величина базового тока IB влияет на задание скорости движения при выдвижении штока?

6.Как величина базового тока IА влияет на задание скорости движения при выдвижении штока?

7.Как величина базового тока IB влияет на задание скорости движения при втягивании штока?

8.Как величина базового тока IА влияет на задание скорости движения при втягивании штока?

9.На сколько изменится максимальная скорость выдвижения штока при увеличении давления в системе с 5,0 МПа до 6,0 МПа?

10.На сколько изменится максимальная скорость втягивания штока при увеличении давления в системе с 5,0 МПа до 6,0 МПа?

11.В каком случае при не нулевом значении тока управления скорость движения привода будет равна нулю?

34

Лабораторная работа №4

Построение многофункционального модуля на базе гидроцилиндра с дискретным и пропорциональным управлением

Цель работы: Изучение принципов формирования технологических функций гидропривода с помощью клапанов с дискретным и пропорциональным управлением и объединения этих функций в работе модуля с электрорелейным управлением. Настройка рабочих характеристик многофункционального модуля.

Устройства с пропорциональным и дискретным управлением имеют свои особенности, которые определяют те задачи, для решения которых устройства используются. Часть таких задач может решаться как дискретным, так и пропорциональным управлением. Актуальным становится построение такого решения, которое обеспечивает минимальные потери энергии и является экономически обоснованным.

Например, задача обеспечения различных значений скорости в двух направлениях (например, подача рабочего стола), может решаться применением распределительного трехпозиционного клапана с пропорциональным управлением (Работа №3). Эта же задача при дополнительном условии – переменной нагрузке – потребует применения контура обратной связи в системе управления. Обратная связь должна изменять сигнал управления для клапана на величину, соответствующую изменению нагрузки. Применение обратной связи приведет к изменению структуры системы, появлению датчика скорости, сумматора сигналов управления, проверке динамики работы системы. В результате усложнение системы превышает расширение функций привода.

Примечание. Изменение нагрузки приведет к изменению перепада давлений между полостями цилиндра. Пропорциональный сигнал обеспечивает фиксированное положение золотника клапана. Если изменилось давление в полости цилиндра, а давление насосного агрегата постоянно, то изменился перепад давлений на клапане. Но положение клапана зафиксировано уровнем сигнала управления. Поэтому расход через окно клапана изменится в соответствии с изменением перепада давления. Получим, что для поддержания постоянной скорости при переменной нагрузке, необходимо изменять положение золотника, следовательно, изменять сигнал управления.

Решение этой же задачи может быть осуществлено комбинацией дискретного и пропорционального управления. При этом функцию реверсирования движения привода выполняет распределительный клапан дискретного действия, а функцию задания необходимой величины расхода выполняет регулятор потока с пропорциональным управлением.

Координация дискретных и пропорциональных сигналов позволяет решить задачу без построения контура обратной связи и усложнения системы управления.

35

Задача 4.1. Необходимо автоматизировать обработку поверхностей деталей на металлообрабатывающем центре. Для сокращения времени технологического цикла, подвод инструмента к обрабатываемой детали и отвод от детали выполняются с максимально допустимой скоростью.

Рисунок 4.1. Принципиальная схема гидропривода обрабатывающего центра (а) и схема движений привода в течение технологического цикла (б):

1 – гидравлический цилиндр, 2 – датчик исходной позиции, 3 – датчик начальной позиции обработки, 4 – датчик конечной позиции обработки, 5 – распределительный клапан дискретного действия, 6 – регулятор расхода с пропорциональным управлением

Обработка поверхности детали выполняется в два прохода с различными значениями скорости черновой и чистовой обработки (рис. 4.1). Оба типа обработки выполняются в одном направлении, которому соответствует выдвижение штока цилиндра. После завершения черновой обработки, инструмент отводится в начальную позицию со скоростью позиционирования, после чего выполняется чистовая обработка. После завершения чистовой обработки инструмент отводится в начальную позицию со скоростью позиционирования. Движение инструмента к исходной позиции выполняется со скоростью подвода – отвода.

Для получения требуемой чистоты обработки поверхности, необходимо, при разных значениях нагрузки, обеспечивать стабильную скорость рабочей подачи.

Подвод и отвод инструмента к рабочей позиции привод выполняет с

36

максимально допустимой скоростью Vmax=0,06 м/с.

При черновой обработке технологическая скорость подачи составляет Vчерн=0,004 м/с. При чистовой обработке технологическая скорость подачи составляет Vчист=0,002 м/с.

При позиционировании инструмента скорость перемещения в обоих направлениях составляет Vпоз=0,02 м/с.

Задание скорости движения привода выполняется с помощью регулятора расхода. Требуемое значение скорости устанавливается путем задания соответствующего уровня напряжения задатчиком сигналов и тока управления на магните клапана. При определении уровня сигнала для каждой скорости необходимо учитывать направление движения (разная эффективная площадь поршня цилиндра и разный расход при подводе и отводе инструмента) и характеристики регулятора потока (см. работа №2).

Работа привода осуществляется в автоматическом режиме.

Включение системы выполняется подачей сигнала от кнопки SV с фиксатором. Если кнопка нажата, то привод циклически повторяет последовательность движений (см. рис. 4.1, б). После снятия сигнала от кнопки SV привод выполняет текущий цикл до завершения и останавливается.

Для перевода привода в исходное положение из любого текущего используется кнопка без фиксатора S1, сигнал которой является приоритетным по отношению к сигналу кнопки SV.

Для аварийной остановки привода в текущем положении может быть предусмотрена кнопка с фиксатором S2, сигнал которой является приоритетным как по отношению к SV, так и по отношению к S1.

Для имитации дополнительной нагрузки на инструменте при черновой и чистовой обработке система дополнена клапаном давления 8, установленным в сливной линии (рис. 4.2). Дополнительная нагрузка отсутствует для операции позиционирования и подвода–отвода привода, а поток жидкости проходит через клапан с ручным управлением 7 в сливной бак. Давление, имитирующее нагрузку, задается предварительной настройкой клапана на величину 2,0 МПа, 2,5 МПа и 3,0 МПа.

Разработка структуры многофункционального модуля

Рассчитать значения сигналов управления для двух значений скорости рабочей подачи Vчерн и Vчист , скорости позиционирования Vпоз , скорости подвода Vподв , скорости отвода Vотв.

Предусмотреть для возврата привода базовое значение тока IА-баз , подаваемое на регулятор расхода. Данные занести в таблицу 4.2.

Задать соответствие между сигналами на дискретных входах и скоростью движения привода.

Выполнить логический синтез цикловой системы в соответствии с циклограммой работы привода (рис. 4.1, б). Учесть, что инструмент проходит координаты датчиков положения без остановки, сигналы от датчиков подаются кратковременно, что учитывается введением элементов памяти.

37

Распределение системы на модули (декомпозиция).

Модуль №1 задания направления движения – управляет клапаном 5. Контроль за выполнением команды осуществляется по факту появления

сигнала команды, то есть Y1 = X1 . Фактическая разница во времени между появлением управляющего тока на магните клапана и новым положением клапана составляет сотые доли секунды, что позволяет приравнивать сигнал состояния X1 к сигналу команды Y1 .

Аналогичный контроль отработки обратных команд применен для всех модулей задания скорости (2, 3, 4, 5 и 6).

Модуль №5 включения скорости подвода и модуль №6 включения скорости отвода – функционируют согласно соответствующим комбинациям сигналов на дискретных входах задатчика. Контроль включения скорости осуществляется с помощью датчиков положения: подвод – датчик начала обработки 3, отвод – датчик исходной позиции 2 (рис. 4.2).

Рисунок 4.2. Принципиальная схема гидропривода обрабатывающего центра с имитацией переменной нагрузки:

1 – гидравлический цилиндр, 2 – датчик исходной позиции, 3 – датчик начальной позиции обработки, 4 – датчик конечной позиции обработки, 5 – распределительный клапан дискретного действия, 6 – регулятор расхода с пропорциональным управлением, 7 – распределительный клапан подключения нагрузки в сливной линии, 8 – клапан давления

Модуль №4 включения скорости позиционирования – соответствующая комбинация сигналов на дискретных входах задатчика. Контроль основной команды выполняется с помощью датчика 3 начальной позиции обработки

38

(рис. 4.2), контроль выполнения обратной команды производится аналогично модулю №1.

Модули №2 и №3 включения скорости рабочих подач – соответствующие комбинации сигналов на дискретных входах задатчика. Контроль основных команд выполняется с помощью датчика конечной позиции обработки 4 (рис. 4.2), контроль выполнения обратной команды производится аналогично модулю №1.

Выполнение сервисных режимов – включение-выключение системы, перевод привода в исходное состояние, остановка привода – реализуется с помощью электрорелейной схемы.

Технологические функции, соответствующие сигналам управления:

Y1 – выдвижение штока цилиндра, Y1 – втягивание штока цилиндра, Y2 – включение скорости черновой подачи, Y2 – выключение скорости черновой подачи, Y3 – включение скорости чистовой подачи, Y3 – выключение скорости чистовой подачи, Y4 – включение скорости позиционирования, Y4 – выключение скорости позиционирования, Y5 – включение скорости подвода, Y5

– выключение скорости подвода, Y6 – включение скорости отвода, Y6 –

выключение скорости отвода.

С учетом функций, выполняемых модулями №2 – №6, составляем таблицу управления дискретными входами задатчика (табл. 4.2).

Работу многофункционального модуля описываем последовательностью команд задания направления и скорости движения штока цилиндра. Цикл работы системы задается последовательностью команд:

39

Y1 →Y5 (отXS доXM)→Y5 ,Y2 (отXM доXF)→Y2 ,Y1 →Y4 (отXF доXM) →Y1 →

→Y4 ,Y3 (отXM доXF)→ Y3 ,Y1 →Y4 (отXF доXM)→Y6 (отXM доXS), Y4 →Y6

Примечание 1. Учитывая, что дискретные входы задатчика и моностабильный распределительный клапан не обладают памятью, управляющие сигналы должны подаваться и удерживаться до окончания выполнения команд. Таким образом, работой привода фактически управляет система элементов памяти, построенная в соответствии с последовательностью (1).

Примечание 2. Время переключения электрических реле составляет доли процента от времени выполнения действий приводом. Поэтому отключение предыдущих команд дискретных входов и включение последующих команд может выполняться одновременно (например, отключение скорости черновой подачи и включение скорости позиционирования, отключение скорости позиционирования и включение скорости отвода и другие). Контроль отработки нескольких одновременно поданных команд может производиться по наиболее «медленному» из выполняемых действий (движению привода от одного датчика к другому).

Преобразованная последовательность действий:

40