嵌入式液压控制系统开发

　　引言

　　塑性加工是先进制造技术的重要基础和关键支撑技术,它具有成形速度快、节省材料、产品性能优良、精度高等优点。液压拉伸机是塑性加工中的主要成形装备之一,广泛应用于金属板料尤其是不锈钢、铝制品的拉伸成形。日趋激烈的市场竞争对于这些金属板材塑性加工行业的产品质量、生产效率提出了严格的要求。

　　目前,国产设备数控化程度普遍较低,虽然部分液压机企业采用可编程控制器(PLC)作为主控元件,但主要是以控制功能简单的继电器控制方式为主。而国外主要是面向技术含量高的机型组织生产,以PLC为液压机主流控制器,部分高端产品以工业控制机作为主控单元,但价格昂贵,使用和维护成本高[1]。

　　本文主要介绍在四柱式液压机上进行改造,将控制系统改为数控系统,自行开发设计了数控系统的硬件和软件,采用嵌入式计算机控制各部件的运动和载荷,以达到对拉伸加工过程的精确控制。

　　1 液压拉伸机数控特点

　　液压拉伸机工作流程:主缸先快速下行,接近模具则转为慢速下行。压紧压边圈后,主缸按给定曲线进行变速拉伸,同时对压边缸压力进行控制。拉伸完毕后,主缸快速回程,完成一个工件加工。项目研发的液压拉伸机主体结构为三梁四柱型,结构如图1所示。拉伸液压机工作流程可以分为4个阶段:主缸快速下行、主缸慢速下行(靠模)、工件拉伸和主缸上行。其中,主缸快速下行和主缸上行阶段不进行加工动作,为了缩短工作循环的时间,空行的时间应该尽量短,可以根据经验值采用恒定速度进行控制。在主缸慢速下行(靠模)阶段,为了减少对模具的冲击,需要减速实现慢速靠模。拉伸阶段决定了工件的加工质量,该阶段的控制关键是保证主缸拉伸速度和压边缸压力能够随预先设置的数值进行调整。

　　由以上拉伸工艺要求可见,液压拉伸机的加工过程完全不同于普通的数控车床、铣床,其特点在于对压力和压速的协调控制。

　　2 液压拉伸机控制系统的结构

　　目前,多数数控系统采用PC结构的工控机,虽然有控制性能好、开发速度快等优点,但也存在着体积大、成本高、环境适应性差的缺点。随着嵌入式技术的发展,嵌入式应用范围不断开阔,在智能控制设备、便携式智能仪器以及信号采集等领域的应用越来越多。本文将研究如何将嵌入式技术应用到液压拉伸机的控制系统。

　　2.1 PC104总线接口

　　本文介绍的数控系统的结构如图2所示。其中总线采用PC104标准,它为PCI局部总线的一种,适用于工业现场。PC104总线体积小,功耗小,连接可靠,采用PC104总线作为主机,可以大大减小CNC控制器的体积,系统更加紧凑可靠^[2]。