电液伺服技术在伺服油缸测试系统的应用

伺服油缸测试系统可以用于测试伺服油缸的静态和动态特性，采用和利时LK大型PLC系统，测试系统可以接受传感器反馈信号有：4-20mA标准信号，SSI同步数字输出信号等，输出信号根据不同伺服阀可选-10V～10V电压信号或者-10mA～10mA电流信号。伺服油缸测试系统有开环控制和闭环控制两种方式，开环控制主要用于测试油缸的摩擦力、启动压力等静态特性。闭环控制方式用于测试伺服油缸阶跃响应等动态特性，测试精度和效果良好。

关键词：电液伺服技术；PLC测试系统，高速输入输出。

实验台简介

图1所示的为伺服油缸测试实验台，实验台主要由油源站、液压集成块和油缸组成。油源站为系统提供合适的压力油，伺服阀和压力传感器安装安装在液压集成块上，用于控制油缸和采集油压信号，位移传感器安装在液压缸上。

图1：伺服油缸测试实验台

系统结构

伺服油缸测试系统的结构如图2所示，主要硬件有1块LK207主控，2块高速伺服模块LK851，每块LK851有4个AI通道和2个AO通道，1块8通道普通模拟量采集模块LK411，和4块SSI传感器接口模块。可以同时对4个伺服油缸的测试和控制。

图2：测试系统硬件结构

LK207主控：

l  LK207主控主要完成开环、闭环控制算法的实现和测试数据处理和记录

l  CPU工作频率533MHz

l  内置10Mbps/100Mbps以太网口

l  64MB SDRAM

l  内置RS232/RS485/MODEM接口

l  内置冗余PROFIBUS-DP主站接口

l  支持热插拔

l  LK207主控主要完成开环、闭环控制算法的实现和测试数据处理和记录

LK851高速伺服模块：

l  LK851主要输入4-20mA位移传感器信号和输出对伺服阀控制信号

l  4通道电压和/或电流输入、2通道电压和/或电流输出

l  输入信号：-10.25~10.25V/0~20.58mA

l  输出信号：-10.25~10.25V/-21mA~21mA

l  支持热插拔

LK411  AI模块

l  8通道普通AI，采集油缸两腔的油压

l  最大可测：0~20.58mA/4~20.58mA

l  支持PROFIBUS-DP从站协议

l  系统与现场通道隔离

l  支持热插拔

西门子ET200S从站SSI信号采集模块

与SSI接口传感器采集油缸位移信号，通过ET200S从站上传到LK207主控。

系统原理

本系统采用软伺服控制，故灵活性高，系统原理如图3所示：

图3：测试系统原理图

在闭环控制方式下，高速AI模块或者SSI模块采集油缸位移信号，经高速总线上传到LK207主控，位移信号与给定信号相减形成偏差信号，偏差信号经过比例放大通过高速AO通道输出伺服阀控制信号（电流或者电压），使得油缸充油或者泄油使油缸位置达到给定值。

在开环方式下，系统将切除液压缸位置反馈信号，直接输出伺服阀控制信号，控制伺服阀开度，来控制油缸。

人机界面和数据采集

人机界面采用PowerPro“视图”功能，组态如图4所示。可进行正弦波、三角波及阶跃响应测试。

图4：测试界面

采用PowerPro“采样跟踪”功能来完成测试数据采样和记录，如图5所示为正弦波响应测试记录曲线，图中5条曲线从上倒下分别为“正弦波给定”、“油缸位置反馈”、“油缸上腔压力”和“油缸下腔压力”。

图5：正弦波测试记录曲线

图6、7所示的为系统三角波响应测试曲线和阶跃响应测试记录曲线。

图6：三角波测试记录曲线

图7：阶跃响应测试记录曲线

结论

电液伺服技术由于其控制响应块、控制精度高等优点广泛应用于各个领域。此系统采用和利时大型PLC控制系统，并结合公司在电液伺服控制方面大量工程应用实践，将液压控制和数据采集集成于同一系统，极大方便了伺服油缸的测试。