新型数控比例电液技术的应用

　　【编者按】当今社会已完全被数字化电子设备所驱动。同模拟技术相比，数字技术具有更显著的优势。现在创新型轴运动数字控制技术已经应用到运动控制领域。它能够实现精确的控制精度、重复精度，并且易于实现全部编程控制，便于修理和维护。下面将介绍一些Atos比例电液产品中新型数字控制技术的成功案例。

　　当今社会已完全被数字化电子设备所驱动：计算机，自动化系统，汽车，航空航天，电子通讯，以及先进网络技术均建立在数字技术之上。同模拟技术相比数字技术具有更典型的优势：更快更强的数据处理能力，更简化的可编程性，抗电磁噪音干扰能力、信号处理和数据储存。

　    由于数字电控技术易于操控、便于使用，并且同各类电控单元之间有良好的兼容性，可以将机械/电子设备的接口、性能标准化，所以在近十年中，该技术已被各个工业自动化领域成功接受，并广泛应用于轴运动控制技术。

  　  创新性的数字轴向控制技术现已具备更高的精确度，重复精度和各个领域应用的易编程性，同时确保了更易于修理和维护。

 　   近来对CMOS技术和新DSP处理单元的发展使得数字电子技术与比例电子液压的整合成为可能。这样弥补了电子机械轴控制的不足，同时增加了液压技术的特性：更高的动力密度，具有能量储备能力和本质型超负荷保护性能，低机械磨损，设备使用寿命更长，可直接实现线性运动（使结构简化）。

　    阿托斯通过历时五年的研发，最终完成了将数字控制技术引入全系列比例电子液压产品的工程，并获得了成百上千次的成功应用。下面将列举一些典型产品。

 　   方向控制阀

  　  比例方向控制阀控制流入液压执行器（如油缸）的油液。 对于集成新型数字式放大器的阀，一旦获取来自执行器（油缸）上的位移传感器提供的成比例的位置反馈信号， 即可实现对整体的闭环控制（位置，速度，加速度）。

　    ATOS革新的数字控制元件获取信号、为电磁铁提供驱动电流，并控制阀的动作；它们以最有效的方式实现对复杂数据的处理，因此在动态性能、重复精度、定位精度、自动保护和故障诊断等各个方面均成功超越了传统的模拟型装置。

　    比例阀的功能性物理量（外部指令、阀芯位置、电磁铁电流等）被高性能的14bits  A/D转换器转化为数字形式，并由新型的40Mips/32bit DSP微型处理器以最快200µs的采样时间精细处理。这种全新的专为液压应用而设计的运算方法，由阿托斯公司与都灵科技大学联合开发。它的应用突破了普通传统型数控器的限制。

　    特性

　    根据特定应用，数字化设定下列主要功能参数，调整并设定阀的动作。亦可将记录复制到其他阀上去：

　　·最大和最小流量调节（死区和增益）

　　·最大限制加速度（斜坡）

　　·阀调节特性的补偿（线性度）

　　·闭环动态特性的设置（PID）

　　·防止粘滞运动和摩擦的补偿（颤振）

　　·指令信号范围选择

　    新型数控比例阀具有现场总线电子通讯接口：可选择RS232串口, Can总线接口或Profibus总线接口。

　    通过ATOS专有的电脑软件，阀的功能参数、外/内部信号等的传输遵循通用的RS 232数据传输协议。 这种软件为多级结构设计，简化阀的启动、调试和故障诊断操作，并相应地简化了电液轴：同时，软件的应用使我们能够快速准确的获取有用的信息，例如命令信号和反馈信号的实际值和趋势值信息、PID控制动作的状态/出错信息等。换句话说，使用该软件能够方便、及时的了解液压阀的工作特性和状态，并可方便地对液压阀的功能参数进行正确设置。

　    配有标准现场总线接口（CanOpen接口或Profibus·DP接口）的数控阀，可以统一接入到机器的整体自动化现场总线网络中，所以具有更明显的优势：

　　·接线采用标准方案或组合方案

　　·所有配置参数直接在机械控制单元中设置

　　·对全部指令信号、监控信号和诊断信号的信息进行实时数码交换

　    上述功能也是可视屏辅助机器的基本要求。这样，就可以进行远程诊断和故障排除，从而提高现场维修的效率，或直接进行配件替换。

　    对于有经验的用户（级别三），另外可提供更多的功能：

　　·系统工时和寿命记录，便于预防性维护

　　·监控功能用于检查系统出现反常运作状态，如，阀芯卡死、先导压力不足、温度过高/低等

　　·示波器实时显示阀的所有重要的、随时间变化的参量（设定值、反馈值、控制动作、警报，等）的值。

　    压力控制阀

　   配数字电子放大器的压力控制阀性能得到很大提升，特别是集成了压力传感器的闭环控制压力阀，系统工况（实际流量/刚度）对其工作的稳定性和精确度的影响被降到最低程度，下列几项特性很有价值：

　　·当所需压力无法达到，可防止误差积分的无限增长

　　·可调节压力在上升/下降过程中的阻尼因子

　　·根据不同的系统工况，设定多重PID参数以调整阀的动态特性

　　    数控阀出厂预设，即插即用。ATOS软件界面友好，根据需要，满足最终客户的任何优化参数的要求。

　　    大流量高动态特性比例插装阀

　　    有数字式插装型方向控制阀和数字式插装型压力控制阀。融入数字电子技术后的大流量插装阀，动态性能也得以极大的提高。

　　    数字式先导型比例插装阀适用于大流量（最大10⁴l/min）连续、实时调节场合，具有高动态性能（80通径阀的响应时间小于30ms），而且精度和重复精度可与直动型比例插装阀相媲美。

　　    为避免过度的机械振动，可在工作现场调整阀的动态特性。配用ATOS软件再次助您解决这个难题，获得机器工作的最佳性能。

　　    复合P/Q控制元件（阀、泵）

　　    标准数控比例方向阀集成压力传感器后，可执行多重PID参数调整（压力或动力的方向/流量控制），简化了整个液压回路，也扩展了标准元件的应用领域。

　　    有下列特性：

　　·线性压力调节（单压力传感器）

　　·执行器作用力的调节（测力计或双压力传感器）

　　·流量调节，不受压力变化干扰，通过流量电子补偿实现

　　   变量泵也有复合P/Q控制的形式，它可以实现新的智能型动力单元，更具有以下优点：

　　·压力波动工况下泄漏补偿

　　·最大功率调节

　    数字伺服执行器（液压运动控制装置）

　    数字伺服执行器是智能化的机器组成元件，它包括液压缸、及其对应的传感器，以及比例阀，实现外观紧凑、出厂预设定和高性价比的解决方案。

　    有不同型式和选项供选择，可根据不同应用场合为其定制电液轴：注塑机械、木材加工、疲劳测试、模拟/娱乐、折弯机等。

　    在有经验的工程师的帮助下，可以选择正确的装置配置并设定参数，可以获得：

　　·高的动态特性/速度，采用低摩擦密封动态比例阀，频响可达50Hz，响应时间2m/s

　　·高的精确度/重复精度，通过SSI/Encoder高分辨传感器，最大可达1µm

　　·标准型油缸，工作力可达700KN

　    实现了即插即用的工作模式，仅需通过软件输入一些基本的工作数据（如负载质量、工作力等）即可启动。启动迅速，维护快捷，这些优点也是现代机器制造商所需要的。

　    数字伺服执行器具有内置的运动信号发生器，还可以不受控于机器中心单元而独立管理所有的轴运动动作，从而进一步将机械自动化系统和特殊的液压轴管理系统分离。

　    通过软件，系统工程师可以非常简便地设置每个轴在各个运动阶段的主要动作参数（位置、速度、加速度等）和逻辑指令/信号状态（启动、停止、延迟、等候和/或状态跳跃等）。

　   这种分离控制的构造，被应用于故障诊断和维修保养过程中，当系统出现警报、故障、或严重的工作状况（例如阀停止工作，轴停止，保持某位置不变等）时，仍能坚强有效地执行整个机器的安全功能。 

　   总结：

　    数字控制技术是现在和未来液压应用的发展趋势，包括从简单的快/慢控制位置执行器到复杂的多轴同步控制系统。
    数字电子技术应用到哪里，哪里就有了优势。任何机器部件和工厂自动化系统一旦采用数字控制技术，其功能性和灵活性都会得以提高和增强。

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