對Simotion C240的數(shù)控液壓千斤頂同步控制系統(tǒng)

郭峰 王偉華 趙遠(yuǎn)鵬 李磊

摘 要：創(chuàng)建一套以SIMOTION C240為基礎(chǔ)的數(shù)控液壓千斤頂同步控制系統(tǒng)。在對其應(yīng)用原理進(jìn)行分析的過程中，針對多級油缸開展閉環(huán)控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計，然后對該系統(tǒng)的同步控制措施展開深入性的探析。

關(guān)鍵詞：SIMONTION C240；數(shù)控液壓千斤頂；多級油缸；同步控制措施

中圖分類號：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）11-0077-02

1 引言

由于航空領(lǐng)域及其產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，有不少類型的機(jī)械設(shè)備在軍工領(lǐng)域、民用行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。對于其地面維修設(shè)備來說，在需求方面也在持續(xù)提升。所以，在開展設(shè)備檢修時，往往需要借助于千斤頂把待維修設(shè)備穩(wěn)妥地、高效地升起，使其可以在維修的過程中延續(xù)較長時間的鎖緊。對于目前經(jīng)常使用的千斤頂來說，一般是包括三個液壓千斤頂裝置，它們?nèi)繉儆诙嗉売透捉Y(jié)構(gòu)，通過人工操縱的手段進(jìn)行應(yīng)用；在頂升的過程中，機(jī)身前后與兩側(cè)機(jī)翼存在傾斜角偏差，利用各個液壓千斤頂手動動作的協(xié)調(diào)性來進(jìn)行規(guī)避與減緩。這一操控手段進(jìn)行系統(tǒng)單一、制造便捷、成本少，不過其在應(yīng)用期間具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性、重復(fù)精度小，同時無法達(dá)到自動化操作的目的。

筆者針對干擾多液壓執(zhí)行件同步性能的要素，以三缸同步為原則，通過一套以SIMONTION運(yùn)動控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，且對三液壓缸的運(yùn)行狀態(tài)展開全方位地監(jiān)督，確保全部同步驅(qū)動系統(tǒng)可以實現(xiàn)最強(qiáng)同步性能的解決方案。

2 系統(tǒng)控制原理

對于這一閉環(huán)控制系統(tǒng)來說，則是利用液壓泵站中比例換向閥芯的開度，對閥門內(nèi)的油液量實施針對性地操控，并且也能夠左右系統(tǒng)對千斤頂?shù)妮斢土?，進(jìn)一步限制千斤頂?shù)倪\(yùn)行速率；另外，該系統(tǒng)利用西門子SIMONTION運(yùn)動控制器，對不同千斤頂?shù)倪\(yùn)行位置進(jìn)行操控，以此能夠計算且研究不同千斤頂?shù)恼{(diào)節(jié)速度，同時，調(diào)節(jié)比例換向閥能夠?qū)﹂y芯的開度進(jìn)行控制，進(jìn)一步影響不同千斤頂?shù)倪\(yùn)行速度，實現(xiàn)同步運(yùn)行的目的。

（1）千斤頂上升期，該系統(tǒng)通過變頻調(diào)速調(diào)節(jié)泵對千斤頂?shù)霓D(zhuǎn)速進(jìn)行控制，輸泵站供應(yīng)適量的油液，以此能夠確保系統(tǒng)的順利運(yùn)行，規(guī)避流量的虧耗，同時利用壓力填補(bǔ)閥控制比例換向閥進(jìn)出油路的壓力差，降低系統(tǒng)壓力虧耗，進(jìn)一步實現(xiàn)同步減少系統(tǒng)虧耗的目的。（2）千斤頂下落期，通過載荷壓縮千斤頂，造成千斤頂出現(xiàn)回油問題，再借助比例換向閥對反向油路的流量進(jìn)行控制。

以SIMOTION運(yùn)動控制系統(tǒng)為例子，可以動態(tài)性地監(jiān)控不同千斤頂?shù)奈恢谩毫?、運(yùn)行速度等，同時也可以對換向閥的啟閉進(jìn)行操控，進(jìn)一步左右油路的變化方向，調(diào)節(jié)比例換向閥的比例放大器的輸出電流，利用改變比例換向閥閥芯的開度進(jìn)一步改變其流量的大小。

在選擇位移傳感器這一裝置的時候，則是以拉線式絕對值位移編碼器為特征，那么該裝置的傳感器精度極強(qiáng)，另外，該裝置是由德國HAWE企業(yè)研制的DT1-250型壓力傳感器，能夠?qū)Σ煌愋偷那Ы镯數(shù)膲毫M(jìn)行測算，同時也可以換算出其出力值的變化。

3 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

對于數(shù)控千斤頂同步控制系統(tǒng)來說，則是以SIMOTIONS企業(yè)Simoticm C240運(yùn)動控制器為核心，該系統(tǒng)包括控制回路、液壓系統(tǒng)、主回路等。其中，主回路屬于全部控制系統(tǒng)的主配電組成，能夠?qū)刂葡到y(tǒng)的所有組件例如電磁閥、液壓系統(tǒng)電機(jī)等實施供配電的控制。而控制回路的組成包括：SIEMENS企業(yè)的Simoticm C240運(yùn)動控制器、變頻器MM440、手持操作觸摸屏MP177DP、本地人機(jī)操作觸摸屏MP377等。

在分析Simoticm C240的模塊系統(tǒng)的時候，可以發(fā)現(xiàn)，其是以SIMATIC S7-300為型號，和S7-300 PLC具備類同的外觀，能夠通過SIMATIC S7-300系統(tǒng)模塊對SIMOTION C實施擴(kuò)展。人機(jī)界面能夠利用集成的Profibus接口進(jìn)行銜接，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控、動態(tài)診斷的目的。對于觸摸屏MP377而言，能夠更全面地呈現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)變化，其在進(jìn)行本地操作的過程中能夠達(dá)到數(shù)據(jù)輸入和手動控制的目的。對于C240控制器、三臺變頻器與觸摸屏MP377之間的通信功能來說，則是借助于Profibus總線完成的。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)通過西門子觸摸屏來對其運(yùn)動狀態(tài)實施全方位地監(jiān)控，每個千斤頂控制單元能夠利用DP線纜實現(xiàn)對接。控制系統(tǒng)具備的功能有兩個，即：

4.1.1 千斤頂動作功能

在通過千斤頂?shù)倪\(yùn)行模式中進(jìn)行分析，其包括兩大類，即：多頂同步動作、單一動作。千斤頂在單一運(yùn)行模式設(shè)置的基礎(chǔ)上，操作者能夠通過觸摸屏來調(diào)整相關(guān)數(shù)據(jù)，從而對其運(yùn)行動作進(jìn)行操控；基于多頂同步動作模式的作用下，操作者能夠利用觸摸屏對相關(guān)參數(shù)給予調(diào)整，確保多個定同步運(yùn)行，且利用同步操控柜面板來對該系統(tǒng)的整個運(yùn)行狀態(tài)實施全方位地監(jiān)控。

4.1.2 監(jiān)測與報警

系統(tǒng)可以動態(tài)監(jiān)測千斤頂所有過程的運(yùn)行情況，在本地利用觸摸屏、同步控制柜面板進(jìn)行動態(tài)顯示。假若發(fā)生故障，本地觸摸屏、控制面板則會出現(xiàn)顯示錯誤，且發(fā)生警鳴聲，千斤頂也會即可停止運(yùn)行。

4.2 Simotion控制程序設(shè)計

千斤頂?shù)乃信浼膭幼鞑倏貏t是交給SimotionC240控制器來實現(xiàn)的，其中，控制程序則是由Simotion專用軟件SCOUT編寫。其包括三種編程語言，即：LAD、MCC、ST。通過LAD與ST能夠更直接地實現(xiàn)邏輯測算、邏輯控制等目的；不過，MCC主要是對驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行編程。該系統(tǒng)的原始化程序、背景程序是通過LAD語言進(jìn)行編寫的。每個軸動作子程序能夠配置在各個MotionTask內(nèi)，等候背景程序的設(shè)置；系統(tǒng)原始化程序置于StartupTask內(nèi)能夠?qū)ο到y(tǒng)輸電期間的自定義實施診斷。

5 同步控制措施

在進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試的過程中，其范圍是15-75mm/min，位移傳感器分辨率下限是0.02mm，系統(tǒng)最低速度采集診斷周期是0.02*10*60=0.12s，設(shè)定系統(tǒng)掃描整頓周期是10ms，假如絕對借助于理論來測算虛擬軸，那么速度環(huán)追蹤是不符合系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，不過基于系統(tǒng)多級缸在臨界點(diǎn)能夠出現(xiàn)壓力驟變、速度突變等現(xiàn)象，那么絕對實際軸，必然會存在追蹤失敗問題。所以，系統(tǒng)擬定以實際軸為核心，增設(shè)動態(tài)虛擬軸的分段控制措施，在整個環(huán)節(jié)中全部千斤頂都對虛擬定實施位置變化追蹤。

同步頂升操作原始運(yùn)行，在全部千斤頂都處在一級伸出狀態(tài)的過程中，系統(tǒng)設(shè)定位移離2級臨界點(diǎn)的一個千斤頂賦值給虛擬軸，全部缸和虛擬軸的位置實施對比追蹤，在某一缸處在變化臨界范圍內(nèi)的話，那么其位置賦值給虛擬軸，并且給予鎖定，在這一過程中無法進(jìn)行更改與調(diào)整，其他千斤頂繼續(xù)追蹤，在該千斤頂伸出2級活塞桿運(yùn)行的過程中，其鎖定系統(tǒng)癱瘓，等候下一個項處在變化臨界范圍內(nèi)，那么虛擬軸可以接收新賦值，截止到全部頂均利用變化臨界范圍來跨入2級活塞桿運(yùn)行。

6 結(jié)語

本文運(yùn)用的同步控制系統(tǒng)具備的特點(diǎn)是操作便捷、安全穩(wěn)定、效率高、同步精度大。運(yùn)行期間則全部調(diào)試完畢，且在某大型設(shè)備的常規(guī)檢修環(huán)節(jié)進(jìn)行廣泛應(yīng)用。通過實踐證明能夠看出，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)全自動上升與下降功能，當(dāng)運(yùn)行速度設(shè)置是25mm/min時，在千斤頂實現(xiàn)級別伸出轉(zhuǎn)切時，任何項之間的高度差均不會超過1mm，由此來看，其控制效果是非常不錯的。

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