大多数的运动控制任务都是通过电子和机械设备驱动方法...

第1页共3页如今，大多数的运动控制任务都是通过电子和机械设备驱动方法实现的。最近几年，驱动技术的应用开始转向液压领域。然而，认为液压技术已经“过时”的观点则有失偏颇，因为当今仍然有很多应用场合正在使用液压技术的混合特性，以满足实际需求，达到理想目的。采用电子驱动技术，德国倍福（BECKHOFF）在液压领域也拥有十分有效的产品和解决方案。液压驱动技术的重新崛起目前仍然有相当数量的专用液压控制器用于单轴驱动，或几个轴的驱动。这类系统仍然需要额外的PLC用于自动化过程。而基于PC的控制技术，则无需独立的液压控制器和PLC，这一点已经在很多其它的自动化行业得到验证。Beckhoff的TwinCAT自动化软件将PLC和运动控制功能融合为一体。运动控制部分因其具备灵活和功能强大的伺服驱动能力而著称。这一点已经在很多应用领域都得到了证明，当然，现在也包括液压应用领域。由于液压驱动技术涉及到大量的控制组件，并且需要与阀门、调节泵以及执行机构（液压缸、电机）融合为一体，这就使得液压驱动需要提供一个供多种设备属性整合的环境。有些液压轴的特性与电子驱动特性相当，并且可以像这样来进行有效地处理。但大部分情况下，则需要从根本上采用不同的控制技术。液压驱动在许多应用领域已经被电子驱动方式所取代，因为电子驱动更容易实现，并且可以满足特殊需求。近来，这一趋势因以下一些原因使其势头有所下降；因为液压驱动在处理大容量的应用场合时更具有优越性，例如：⎪大负荷传输；⎪弯曲、冲压和其它成形工艺；⎪压力成形和挤压成形；⎪连接和组装工艺卓越的实时性能和功能强大的计算能力Beckhoff通用的自动化工具箱为液压驱动技术提供了标准组件和特殊解决方案。就软件而言，TwinCAT控制软件为控制器提供了基础。例如TwinCAT控制器的实时性能很容易达到低于毫秒级的控制范围（典型值为1或2ms），并根据所使用的现场总线，会有数十μs的抖动。TwinCAT控制器的实时能力能够达到与普通及专用液压控制器相同的水平，并且能够完成相同的功能。现代PC机中的CPU在执行液压轴所需的算法上并不比伺服驱动在执行相应的数学算法上所花的时间多。Beckhoff已经多次证明，在1或2ms周期时间内可以完成对10到50个轴进行处理，PLC程序和液压运动程序完全在Beckhoff工业PC机上和任何兼容（目前比较典型的是1GHz和更高的PIII和PIV）PC机上采用TwinCAT软件完成。TwinCAT以PLC软件包为基础，还包括运动控制软件包，例如点到点控制（TwinCAT第2页共3页液压元件的种类：阀门、执行机构、传感器NCPTP）和插补运算（TwinCATNCI），更不用说CNC的全部功能了。即使是标准的TwinCATPLC软件包也适合于控制几个液压轴的应用场合。如果将线性零点交叉阀用于双连杆液压缸，即使不进行扩展，仍可以发挥TwinCATNCPTP、NCI甚至CNC的全部功能。为了处理单连杆液压缸和特性曲线中带有拐点的阀门，使用TwinCAT阀门图形编辑器选项将更加理想。另外Beckhoff还提供采用分散控制的AH2000型液压控制器，以满足高端产品的精度需要，例如需要清除切屑的机床。AH2000型液压控制器将阀门、液压缸及位移测量系统的组合转换成液压伺服机构，并由机床的控制器操作，其操作方式与电气伺服机构相同。双连杆液压缸和单连杆液压缸双连杆液压缸和单连杆液压缸之间的区别在于液压缸两侧的主动活塞区域是否相等。从结构上的原因分析，一种只有一边有活塞连杆，另一种两边有两个活塞连杆，而且活塞直径也不相同。单连杆液压缸具有很大的不对称性：基准速度按照运动方向而发生变化。如果在前馈控制中不考虑这个问题，那末至少在一个方向上会随之产生与速度成正比的很大误差。部分旋转阀执行机构和液压电机这些都是旋转式执行机构，其工作角度可能是有限的或无限的。由于各个细节不同，通常所看到的结构也是多种多样的。定位阀和位置控制比例阀如果线圈的电流由一个PWM信号作一定量的连续控制，那么阀的开合，也就是说油的流量可以或多或少地进行微控。这就要求有一个数字动力台，以插入单元的形式或模块形式封装在控制柜内，或直接安装到阀门的密封结构上。其回弹力由一根弹簧或另一电磁铁控制。如果阀门的运动部件装有一个位置传感器，那么其运动和位置可通过合适的电子元件来控制。同时阀门的特性（精度、分辨率、重复精度、定位速度、极限频率）可以大大得到改善，当然，这样做对价格也会有很大的影响。图表：液压功能库运动特性PLC功能库简化了编程操作用于执行液压控制任务的TwinCATPLC“液压定位”功能库简化了液压轴的定位与PLC运算的同步化。这些IEC61131-3模块与电子驱动机构的模块没有什么实质的不同。PLCopen组织的运动控制标准对轴的操作作出了一些规定。另一方面，液压软件在标准的PLC环境中运行，这是完全透明的。如果加以注意，还可以读出甚至写入到内部数据库中。这样可以最大化地对运动控制与自动化系统进行整合。高数据吞吐量由于Beckhoff的输入/输出产品支持多种标准的现场总线，因此总可以选择一种合适的产品以满足特殊要求。Beckhoff相应的总线端子或现场总线盒可以处第3页共3页理在液压应用领域中产生的任何形式的信号。这也适用于位置和压力的实际值以及阀门的操作值。EtherCAT系统是Beckhoff提出的实时以太网解决方案，曾在今年的汉诺威博览会上展出，新的以太网端子的推出将工业以太网技术的高端应用发挥到极至。甚至是所有的液压控制器输入/输出系统，只有极少数能达到较高的性能。实际上所有工业液压系统的要求可以非常经济地得到满足。展望运动液压系统的所有重要功能都已经具备。AH2000是一种完美的控制器，它可以提供它能依靠电子伺服设备模拟扭距极限，调节精度。功能的组成和形成针对实际要求，然后以块的形式融合到PLC功能库中。具有现代设计风格的软件块使自动化工程师很容易将液压元件组装成一个电气化解决方案，因为由特殊控制器产生的不同技术可以毫无限制地自由结合。运动控制的集成和机械顺序必须简单而有效。Beckhoff液压专家的目标是提供一系列的解决方案和大量的液压元件。而重点将放在经济性产品上，例如无需位置控制的阀门。伺服阀鉴于比例阀通常是按滑片式原理制造的，因此在伺服阀内可以看到有一个小扭距电机随着一根弹簧而工作。阀门不必经常调节。这些阀门速度极快，因此经常应用于设备测试。然而，在机械和设备制造应用领域中则很少使用。典型的阀门特性阀门开口的结构可按特殊的应用特性，使其适应液压轴的传送特性。许多阀门都有一个接近零点的不可用区域，此时轴的位置实际上是无法控制的，但可以轻易安装一个特别有效的制动器，因为这一制动器即使在断电的情况下仍能动作。在其它阀中，位于40%或60%传动力的曲线处存在一个圆弧拐点。这一情况必须在轴的前馈和控制过程中得到补偿，否则会根据轴的速度的不同，发生可能很大的不稳定误差。通用传感器正如电子驱动机构那样，轴的位置是通过增量编码器或绝对SSI编码器获得的。测量中所应用的原理各不相同，特别与后者有很大的不同。然而也往往可以看到线性形式的模拟编码器或旋转式电位计，为了达到适当的使用寿命，还时常应用非接触式装置。位移分辨率相对较差不是一个主要问题，因为位置精度只要达到十分之几个毫米就行。压电传感器经常作为压力传感器使用，可发送0…10V或0/4…20mA信号。复杂运动控制？（采用凸轮、齿轮、插补）适合于位置控制？（适当的极限频率，无重叠）是是是是是非线性？（差动液压缸或特性曲线中的扭曲部分）适合于位置控制？（适当的极限频率，无重叠）非线性？（差动液压缸或特性曲线中的扭曲部分）询问TwinCATNC，AH2000带VDE的TwinCATNC，AH2000功能库TwinCATNC或功能库带VDE的TwinCATNC，或功能库选择适合您的TwinCAT产品这里所示的决策树示意图，可以初步了解与液压应用领域有关的多种软件。当然，细节问题往往需要与销售人员和技术专家一起进行分析。从这一非常开放的系统来看，往往可以获得激动人心的解决方案，而且常常能超越普通解决方案的界限，产生质的飞跃。