基于单片机的高速液压控制系统的设计

　　目前数控板材加工设备广泛应用于通讯设备、电力开关、电梯、汽车、农机、仪器仪表等行业的生产装备,而数控板材加工设备的核心部分就是高速液压控制系统,液压控制系统能够根据机械装备的要求,对位置、速度、加速度、力等被控制量按一定的精度进行控制,并且能在有外部干扰的情况下,稳定、准确地工作,实现既定的工艺目的。针对高速液压控制系统输出力大、频率响应快、精度要求高等特点,利用高性能的单片机和PROFI-BUS现场总线设计的控制器,不仅使高速液压控制系统智能化,而且提高了系统的频率响应和控制精度。

　　1　数控冲床的智能高速液压控制系统的构成

　　数控冲床的智能高速液压控制系统如图1所示,系统包括高速开关阀、液压缸、控制器、液压站(图1中未画出)、油路和上位机PLC。系统通过上位机PLC给控制器发送命令,控制器根据要执行的命令控制高速开关阀动作,由高速开关阀输出的油来控制液压缸的换向和速度。其中液压缸的动作主要包括差动下行、直动下行和直动回程3种情况。此外系统还采用位移传感器测量液压缸活塞杆的位置,从而使系统构成闭环控制,提高系统的控制精度。

　　2　智能高速液压控制系统的硬件设计

　　系统中的单片机的晶振为16MHz,内带256kBFlash和10kB RAM。整个系统的原理框图如图1的中间部分所示。其中主要包括阀驱动电路、位移信号检测电路、通讯接口电路和单片机的外围电路。由24V电源经过DC/DC转换成多组DC电源为系统供电,提高系统的可靠性。作者仅对高速阀驱动电路、位移检测电路和PROFIBUS通讯接口电路做详细介绍。

　　2·1　高速阀驱动电路模块

　　高速开关阀只是工作在“开”和“关”两个极限位置,因此可以通过调制脉宽占空比来控制其工作状态,这里采用单片机的PWM输出来控制高速开关阀。电路图如图2所示。整个智能高速液压控制系统有多个高速开关阀,图2只是画出其中的一路,其中高速开关阀用电感表示,传统的驱动电路都需要经过D/A等一些复杂的电路转换,而系统是单片机输出PWM直接控制阀的工作,这不仅控制电路简单,而且抗干扰能力强、控制精度高。

　　2·2　位移检测电路模块

　　位移检测电路的作用是通过位置传感器检测液压油缸活塞杆的位置,再将位置信号反馈给单片机,单片机根据给定的位移信号与反馈的信号进行比较,形成闭环控制,提高控制精度。位移检测电路模块如图3所示。磁栅尺的输出有多路信号,图3中只是画出其中一路。系统采用磁栅尺作为位置传感器,由于磁栅尺的输出信号是差分信号,所以将其输出的差分信号接到差分转换芯片,该芯片的作用是差分驱动,再将芯片的输出送给单片机。