Пропорційна гідравліка
.pdf
Логический синтез. В соответствии с полученной последовательностью и составом многофункционального модуля:
•составляются логические выражения команд управления,
•разрабатывается электрорелейная схема системы управления.
1,5
6 |
7 |
2, 5
9
8
6, 4
2, 1, 4
8
9
1, 3, 4 
1, 3, 4
7
Рисунок 4.3. Функциональный граф системы, дополненный элементами памяти 7, 8, 9
Выражения команд управления с учетом примечания 2 (в скобках указаны «быстрые» сигналы, которые могут быть не учтены в схеме системы управления):
Y1 X |
|
|
|
* X |
|
|
|
|
|
|
* X |
|
|
|
|
|
+X9 * X7 |
Y1 X8 * X |
|
+X |
|
|
|
* X8 |
|
|||||||||||
6 |
9 |
7 |
9 |
7 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
Y2 X7 * X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y |
|
|
|
|
|
|
X8 |
|
||||||||||||||||||
8 |
2 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
Y3 X7 * X9 |
Y |
|
|
|
|
X7 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
3 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
Y4 X8 * X |
|
|
|
+X |
|
|
* X8 |
Y |
|
|
|
X7 * X9 +X |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
9 |
7 |
4 |
8 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
Y5 X |
|
* X |
|
|
* X |
|
|
Y |
|
|
|
X7 |
(4) |
|||||||||||||||||||||||
6 |
9 |
7 |
5 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
Y6 X 9 * X |
|
|
Y |
|
|
X |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
8 |
6 |
9 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
41
Y7 |
(X1)* X5 |
Y |
|
|
|
(X1 * X |
|
|
) * X3 |
|||||||||
7 |
4 |
|||||||||||||||||
Y8 X2 * (X |
|
|
) |
Y |
|
|
(X1 * X |
|
* X4 ) * X |
|
|
|||||||
5 |
8 |
3 |
7 |
|||||||||||||||
Y9 (X1 * X |
|
) * X4 |
Y |
|
(X |
|
) * X6 |
|||||||||||
2 |
9 |
4 |
||||||||||||||||
В соответствии с выражениями (4) разрабатываем электрорелейную схему системы управления. Подсчитываем повторяемость каждого сигнала в выражениях команд и вводим соответствующее число дополнительных реле (дублирование контактов) в схемы элементов памяти. Вводим в схему кнопки ручного управления. Составляем схемы управления клапаном, элементами памяти, дискретными входами (рис. 4.4, 4.5).
Расчетные и экспериментальные данные |
|
|
|
|
|
|||||||||
работы многофункционального модуля |
|
|
|
Таблица 4.3. |
||||||||||
|
|
|
Сигналы |
|
Ток |
|
Время |
Давление |
||||||
|
|
дискретных |
управления |
|
питания, |
|||||||||
|
|
|
цикла, с |
|||||||||||
№такта |
|
|
входов |
|
скорость |
|
нагрузки |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Режимы |
I1 |
|
I2 |
|
I3 |
I |
|
V,м/с расчетная( ) |
Расчетное |
расчет |
эксперимент |
р |
р |
|
|
движения |
|
|
|
|
|
mA, |
|
|
время |
|
|
МПа, |
МПа, |
|
привода |
|
|
|
|
|
A |
|
|
действия, с |
|
|
п |
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Подвод |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Черновая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
подача |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
Позициони- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рование |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
Чистовая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
подача |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
Позициони- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рование |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
Отвод |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Подвод |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Черновая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
подача |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
Позициони- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рование |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
Чистовая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
подача |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
Позициони- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рование |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
Отвод |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Подвод |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Черновая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
подача |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
Позициони- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рование |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
Чистовая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
подача |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
Позициони- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рование |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
Отвод |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
42
Экспериментальная проверка работы многофункционального модуля.
Подготовительная работа:
Определяем длину хода привода при выполнении действий подводаотвода L1, рабочей подачи и позиционирования L2. Рассчитываем время отдельных действий и всего цикла, результаты заносим в таблицу 4.3.
Необходимые значения напряжения для сигналов от задатчика рассчитываем с помощью характеристик клапана, определенных в Работе №2. Расчетные значения тока управления IА и соответствующие им скорости привода заносим в табл. 4.3.
+24 В
X4 |
X5 |
X6 |
X3 |
X5 |
X2 |
X6 |
S1
S2
а1
0 В
Рисунок 4.4. Пример схемы управления дискретными входами: Х2, Х3, Х4, Х5, Х6 – сигналы состояния элементов памяти (значений скорости), S1 – кнопка перевода привода в исходное положение, S2 - кнопка остановки привода
Настройка оборудования, сборка схемы:
•настроить параметры задатчика на управление скоростью выдвижения и втягивания штока в соответствии с таблицей 4.2;
•подключить гидроцилиндр, датчики положения, регулятор расхода, клапан имитации нагрузки по схеме рис. 4.2;
•настроить давление в системе при неподвижном цилиндре с помощью клапана давления, установленного на насосном агрегате;
•настроить давление имитации нагрузки первого опыта;
•составить и собрать электрорелейную схему системы управления клапанами, элементами памяти, дискретными входами блока управления (рис. 4.4, 4.5) для:
-циклической работы системы;
-включения и завершения автоматической работы привода (кнопка SV);
-перевода в исходное положение (кнопка S1);
-остановки привода (кнопка S2).
43
Примечание. Давление нагрузки для первой серии опытов (цикла, состоящего из шести тактов) задаем 2,0 МПа, опыты второй серии проводим при давлении имитации нагрузки 2,5 МПа, опыты третьей серии – при давлении
3,0 МПа.
+24В |
|
1 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
XS |
XM XF |
Х7 |
Х7 |
Х8 |
К6 Х7 ХN8 |
|
|
ХN8 |
Х9 |
ХN9 ХN7 |
Х9 |
К7
К1 |
К2 |
К3 |
Y2 |
К4 |
Y3 |
К5 |
Y4 |
К6 |
YN4 К7
0В
+24В
ХN6 Х9 |
K2 К10 |
ХN7 ХN8 K8
ХN9
|
|
|
|
К13 |
|
|
Y5 |
К8 |
Y6 |
К9 |
Y7 К10 |
К11 |
К12 |
K5 |
ХN6 |
Х9 К14 |
Х8 |
K3 |
ХN7 |
Х7 |
ХN9 ХN7 |
|
ХN9 |
|
|
SV
|
К15 |
|
YN7 К13 |
Y1 К14 |
YN1 К15 |
0В |
|
|
3 |
4 |
5 |
Рисунок 4.5. Фрагмент электрорелейной схемы системы управления в соответствии с табл. 4.1 и функциями (4):
1 – подключение датчиков положения XS, XM, XF, 2 – модули управления скоростями подачи и позиционирования, 3 – модули управления скоростями подвода и отвода, 4 – модуль элемента памяти «7» с дополнительными реле К11 и К12, 5 – модуль включения клапана направления с кнопкой включения цикла SV
44
Проведение эксперимента:
•экспериментально проверить работу системы в режиме перевода привода в исходное положение, режиме остановки движения и автоматическом режиме;
•определить время полного цикла для трех значений давления нагрузки, результаты занести в таблицу 4.3;
•сравнить расчетные и экспериментально определенные значения скорости для отдельных тактов;
•сравнить расчетные и действительные значения длительности цикла;
•построить и проанализировать графическую зависимость длительности цикла от величины нагрузки (рис. 4.6).
T, с
40
30
20
10
0
Рисунок 4.6.
Зависимость длительности эксплуатационного цикла от давления нагрузки Рнагр
1,0 |
2,0 |
3,0 |
4,0 Рнагр, МПа |
Контрольные вопросы
1.Какие дополнительные функции позволяет выполнять комбинация дискретного и пропорционального управления?
2.В каком случае пропорциональный распределительный клапан функционально заменяет регулятор потока?
3.Какие функции в комбинированной системе выполняют элементы памяти?
4.Какую точность поддержания скорости и в каком диапазоне нагрузок может обеспечить регулятор потока с пропорциональным управлением?
5.Может ли комбинация дискретного распределительного клапана и пропорционального регулятора расхода обеспечить выполнение всех функций распределительного клапана с пропорциональным управлением?
6.Какие изменения необходимо внести в систему при использовании одного пропорционального распределительного клапана и двух заданных уровнях нагрузки?
7.Модернизируйте схему системы для циклограммы с тремя значениями скорости обработки.
45
Лабораторная работа №5
Построение многофункционального модуля с применением пропорционального распределительного клапана и клапана давления и
одноканального задатчика сигналов управления
Цель работы: Расширение функциональных возможностей пропорционального управления гидропривода путем гибкого алгоритма использования пропорционального сигнала. Настройка рабочих характеристик функционального модуля.
Обеспечение функций гидропривода с пропорциональными устройствами связано с усложнением системы управления. Основную дополнительную часть системы управления составляют задатчики и усилители сигналов. Если в гидросистеме используется несколько пропорциональных клапанов, то для каждого из них необходимо подавать пропорциональный сигнал. То есть в системе необходимо установить столько усилительных карт (задатчиков и усилителей), сколько клапанов с пропорциональным управлением применено в приводе.
В ряде случаев пропорциональные устройства работают в системе не одновременно, а последовательно. То есть, в каждый момент времени необходим только один уровень пропорционального сигнала. Другие клапаны в этот момент либо управляются дискретными сигналами (сигналами максимального уровня, сигналами базового уровня), либо находятся в стабильном положении (сигнал управления равен нулю) и при этом в системе работают дополнительные дискретные управляющие устройства (распределительные клапаны, гидравлические замки). Если магниты клапанов имеют близкие по диапазону характеристики (ток управления, мощность), то они могут управляться сигналами от одной карты.
Для последовательного применения одного пропорционального канала в схеме с несколькими пропорциональными устройствами необходима гибкая система подключения управляющего сигнала. Эта система выполняет две функции:
•задание уровня управляющего сигнала (с помощью дискретных входов);
•подключение пропорционального канала управления к разным клапанам. Обе функции должны соответствовать циклограмме работы привода. Эти функции могут подключаться ситуативно – при определенной комбинации сигналов состояния, или быть организованы в форме модулей: а) модули задания уровня сигнала, б) модули задания траектории сигнала.
Модуль задания уровня сигнала аналогичен по своим функциям дискретному управлению, описанному в работе №3.
Модуль задания траектории представляет собой электрорелейную схему. Включение модуля соответствует подводу пропорционального сигнала от усилителя к магниту клапана «Х». Выключение модуля приводит к прерыванию цепи передачи пропорционального сигнала к клапану «Х».
46
Если в системе имеется два пропорциональных магнита, то может использоваться один модуль траектории. При включении сигнал поступает на первый магнит, при выключении – на второй. Если число магнитов, последовательно подключаемых к одному каналу больше 2-х, то число модулей траектории может быть равно числу пропорциональных магнитов.
Задача 5.1. Построение системы управления прессом с двумя пропорциональными клапанами, управляемыми одним блоком в соответствии с циклограммой работы системы (рис. 5.1).
Цель работы – построение автоматизированной системы с пропорциональным регулированием значений расхода и давления, и дискретным управлением траекторией и уровнем управляющего сигнала.
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
|
|
3 |
+ |
+ |
+ |
XF |
|
XS |
XM |
||
|
A B |
Предварительное |
Окончательное |
|
|
прессование |
прессование |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
M2 |
|
|
|
|
|
|
M1 |
(Y1) |
P |
T |
(Y2) |
9 |
|
|
Р |
|||
1 |
Р |
|
|
А |
|
|
|
|
В |
||
|
|
|
|
Р |
Т |
|
|
|
|
Т |
(Y3) |
T |
10 |
|
|
Рисунок 5.1. Принципиальная схема привода пресса с имитацией переменной нагрузки:
1 – пропорциональный клапан давления, 2 – пропорциональный магнит управления прессованием, 3 – распределительный клапан, 4 – гидравлический цилиндр, 5 – датчик исходной позиции, 6 – пропорциональный магнит управления отводом пресса, 7 – датчик начала окончательного прессования, 8 – датчик конечной позиции, 9 – подпорный клапан, 10 – клапан подключения нагрузки в сливной линии
Для достижения поставленной цели разрабатывается циклограмма работы привода, производится декомпозиция системы на циклические модули (исполнительного устройства, модули задания уровня сигнала, модули задания траектории сигнала), выполняется логический синтез, составляется электрорелейная схема.
Решение задачи с использованием гибкой системы управления траекторией пропорционального сигнала.
Распределяем процесс работы системы на отдельные действия, выделяем однофункциональные модули.
47
Построение циклограммы. Для автоматизации работы привода пресса бумажных отходов необходимо применение схемы с двумя клапанами с пропорциональным управлением для обеспечения требуемой скорости и усилия (давления) прессования.
На первом этапе привод с заданной скоростью выполняет предварительное прессование бумажных отходов. При этом развиваемое усилие составляет 40% от максимального рI=0,4*pmax, а скорость не превышает VI≤0,05 м/с.
Уровень давления задается настройкой клапана 12 (рис. 5.2). На магнит 11 подается базовый уровень тока IВ-баз канала «В» 17. Ограничение скорости обеспечивается применением распределительного клапана 8 с уровнем пропорционального сигнала IA-V1, заданным каналом «А» 16. (При переменной нагрузке может быть применен регулятор потока).
На втором этапе, после завершения предварительного прессования, выполняется окончательное формирование кипы с максимальным усилием.
Скорость движения привода V2 при окончательном прессовании не регулируется (определяется величиной нагрузки – усилием прессования). На магнит 7 подается базовый уровень тока IВ-баз канала «В» 17. Максимальный уровень давления обеспечивается пропорциональным сигналом для клапана давления. На магнит 11 подается ток сигнала IA-Pmax, заданный каналом «А» 16.
На третьем этапе, после завершения прессования, привод возвращается в исходное положение с максимально допустимой скоростью V3, которая составляет 0,1м/с. Внешняя нагрузка на привод практически отсутствует, и для развития такой скорости не требуется значительного уровня давления.
Скорость возврата пресса V3 после окончания прессования задается клапаном 8. Ток пропорционального сигнала IA-V3 подается на магнит 9 от канала «А» 16. Уровень давления задается настройкой клапана 12 (рис. 5.2). На магнит 11 подается базовый уровень тока IВ-баз канала «В» 17.
В приведенной последовательности действий используются два уровня давления (предварительное и окончательное прессование), и три уровня скорости (первый не превышает 0,06м/с, второй – определяется величиной нагрузки, третий
– максимально допустимый 0,1 м/с).
Значения базового тока каналов «А» и «В» (IА-баз, IВ-баз) и уровни тока управления канала «А» (IA-V1, IA-V3, IA-Pmax) рассчитываются по характеристикам клапанов (Работа №2) в соответствии с требуемыми значениями скорости, усилия, и эффективной площадью цилиндра и заносятся в таблицу 5.1.
Декомпозиция системы (выделение модулей). В соответствии с описанием работы привода требуется применение двух пропорциональных клапанов: распределительного – для задания трех значений скорости, клапана давления – для задания двух уровней усилия прессования (рис. 5.1).
Модули управления приводом. Работу привода представляем в виде действий трех функциональных модулей: 1 – прессование (выдвижение штока); 2 – возврат в исходное положение (втягивание штока), 3 – задание базового уровня давления (предварительное прессование). При включении 1-го модуля (Y1) на магнит 7 подается сигнал. При работе 2-го модуля (Y2) на магнит 9 подается сигнал. При выключении 3-го модуля (Y3) на магнит 11 подается сигнал максимального давления (окончательное прессование) (рис. 5.2).
48
8 |
9 |
A |
B |
7 |
|
P
T
6
Y1 |
Y2 |
5 |
|
Y10 |
Схема управления |
|
|
4 |
траекторией |
пропорционального |
|
Y9 |
сигнала |
|
3
2
Y7
1
комбинацией( |
входов |
|
уровня |
дискретных |
|
хемазадания |
|
) |
сигналов |
||
С сигнала |
|
|
10 |
11 |
12 |
Р
b
T
13
Y3
14
15
Y8
16
17
Рисунок 5.2. Принципиальная схема управления траекторией пропорционального сигнала при работе двух клапанов с одним блоком управления:
1 – модуль задания уровня сигнала, 2 – блок управления, 3 – схема управления траекторией, 4 – подключение к выходам «А» и «В» клапана направления, 5 – реле задания направления движения, 6 – реле включения прессования, 7 – пропорциональный магнит управления скоростью прессования, 8 – пропорциональный распределительный клапан, 9 – пропорциональный магнит управления скоростью отвода пресса, 10 – реле включения отвода пресса, 11 - пропорциональный магнит задания усилия прессования, 12 – пропорциональный клапан давления, 13 – реле подключения каналов «А» и «В» к клапану давления, 14 – реле переключения основного канала между клапанами, 15 – реле переключения канала базового тока, 16 – основной канал блока управления, 17 – канал базового тока блока управления
Примечание. Задача может быть решена как применением двух пропорциональных каналов управления, так и использованием одного пропорционального канала и гибкой системой управления траекторией сигнала. В системе могут быть использованы дополнительные устройства для работы привода при максимальных или минимальных значениях нагрузки и скорости.
49
Модули задания уровня пропорционального сигнала. Для обеспечения скорости V1 и V3 необходимо задание двух уровней пропорционального сигнала канала «А» (IA-V1, IA-V3). Второе значение скорости V2 обеспечивается базовым уровнем тока IВ-баз канала «В».
Для обеспечения усилия окончательного прессования необходимо задание одного значения пропорционального сигнала IA-Pmax (усилие предварительного прессования соответствует базовому уровню тока IВ-баз канала «В»).
Для включения-выключения трех уровней тока составляем три модуля задания пропорционального сигнала (модули 4, 5, 6). По величине давления предварительного прессования определяем уровень базового тока канала «В».
Настройка каналов управления |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5.1. |
|||||||||
|
|
Функция |
|
Значения сигналов на |
|
Параметры управления и движения |
|||||||||||||
|
|
|
дискретных входах |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
привода |
|
I1 |
|
I2 |
|
I3 |
|
IB, mA |
IА, mA |
V, |
|
V, м/с |
рa, |
рa, МПа |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
м/с |
|
расчетн |
МПа |
расчетн |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Предварительное |
1 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
0,05 |
|
2,0 |
|
|||||
|
|
прессование |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Окончательное |
0 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
* |
|
5,0 |
|
|||||
|
|
прессование |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
Возврат в исходное |
0 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
0,10 |
|
* |
|
|||||
|
|
положение |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Модули задания уровня сигнала |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5.2. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
№ |
|
|
Значения сигналов на |
Параметры управления и движения |
|
||||||||||||
|
|
модуля |
Состояние |
|
дискретных входах |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
I1 |
|
I2 |
|
I3 |
IB, mA |
IА, mA |
|
Примечание |
|
|||||
|
|
4 |
Включен |
|
1 |
|
0 |
|
0 |
|
IВ-баз |
IA-V1 |
|
Предв. прессование |
|
||||
|
|
4 |
Выключен |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
IВ-баз |
IА-баз |
|
|
|
|
|
||
|
|
5 |
Включен |
|
0 |
|
0 |
|
1 |
|
IВ-баз |
IA-Pmax |
|
Оконч. прессование |
|
||||
|
|
5 |
Выключен |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
IВ-баз |
IА-баз |
|
|
|
|
|
||
|
|
6 |
Включен |
|
0 |
|
1 |
|
0 |
|
IВ-баз |
IA-V3 |
|
Отвод пресса |
|
|
|||
|
|
6 |
Выключен |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
IВ-баз |
IА-баз |
|
|
|
|
|
||
Модули задания траектории пропорционального сигнала. В соответствии со схемой блока управления (Работа №1, рис. 1.5) в систему поступают два сигнала: от выхода А – IА-ХХ и от выхода В – IВ-ХХ. В каждый момент времени один из них управляется задатчиком сигналов, а на другом выходе уровень тока соответствует
базовому значению IА-баз или IВ-баз.
Для соединения выхода «А» усилителя с одним из двух клапанов применяем модуль 7 (Y7). Для соединения выхода «В» усилителя с одним из двух клапанов применяем модуль 8 (Y8) (рис. 5.2).
В клапане давления (модуль 3 (Y3)) только один пропорциональный магнит, поэтому ток управления получает однозначную траекторию включениемвыключением модулей 7 и 3 (Вкл_Y7, Выкл_Y3) или модулей 8 и 3 (Вкл_Y8,
Вкл_Y3) (рис. 5.2).
50