一种数字式多路换向阀及其PLC控制

　　随着数字技术和数字信号的发展,给液压控制技术也提出了新的思路和挑战,数字液压元件[1,2]因为能够直接接收数字信号,易与计算机接口,已开始运用到各个工业领域.步进电机[3]是一种电-机械转换元件,它可以把电脉冲信号转换成角位移或直线位移,是一种数字控制元件之一.步进电机的位移量与输入脉冲数严格成正比,转速与脉冲频率和步进角有关.步进电机须使用专用的步进电机驱动器,对步进电机的控制就是对其驱动器的控制.

　　电液比例多路换向阀[4,5]一直以工作效率高、成本低而深受液压机械厂家的喜爱.电液比例多路换向阀采用的是传统的电液比例控制技术,需要进行模拟量和数字量之间的相互转换,而且模拟量的控制要求各环节的线性和连续性,控制复杂、相对价格高、维护困难.如果将步进电机作为多路换向阀的先导控制环节,就可以进行程序直接控制,使成本大大降低,又因为步进电机的重复精度高,所以阀的可靠性和静态控制精度得到了提高.本文对手动多路换向阀进行了改造,增加了自动控制部分.

　　1 数字多路换向阀的工作原理

　　数字式多路换向阀由原手动换向阀加上步进电机和传动环节组成.步进电机接受电机驱动器的信号将电信号转变为圆周运动,传动环节用齿轮齿条,将圆周运动转换成直线运动从而带动多路换向阀的先导阀芯的运动,先导油液控制多路阀主阀芯运动来控制进入系统的流量.数字式多路换向阀及其控制系统的组成框图如图1所示.

　　步进电机将输入电压的脉冲数精确地转换成输出轴角位移:

　　式中:为电机步距角;N为输入脉冲个数.

　　步进电机带动控制螺杆,把角位移转换成直线位移:

　　式中:P为控制螺杆螺旋的螺距.

　　多路阀改造可采用混合式步进电机,根据其传递特性,再根据多路换向阀的流量方程与力平衡方程可得出数字多路换向阀的传递函数结构:

　　式中:Kf为比例系数,为阀的增益为齿轮传动比;r为阀芯台肩半径;为螺旋升角;为数字多路阀的固有频率;为数字多路阀的阻尼比.

　　2 数字多路换向阀的PLC控制方法

　　步进电机可以采用微计算机或可编程序控制器(PLC)进行控制[6],PLC是适应工业环境、通用性强、可靠性高的新一代工业控制装置.因其指令系统简单、体积小、维修工作少、现场接口方便等优点,目前绝大部分采用液压技术的系统均采用PLC控制技术.随着电子技术的发展,PLC的功能也越来越强,性能也越来越先进,许多PLC都内置了脉冲输出功能,并设置了相应的控制指令,可以很好地对步进电机进行控制.数字式多路阀如果采用PLC控制可以省去控制微机使系统简洁,成本显著下降,可靠性也得到了提高.