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        技術交流
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                                                                    液壓與伺服混合驅動技術帶來更高能效

              近年來,盡管電子驅動技術的應用在不斷增長,但液壓驅動在很多應用中仍然是不可或缺的一部分。一般液壓控制系統都要求有高性能、適合的控制方案, 在過去,人們普遍使用專屬控制解決方案,但是現在,Beckhoff 提供了一種基于 PC 的控制解決方案,相比 之下有更加強大的功能,使編程和維護工作更加輕松。通過采用 EtherCAT 總線和 TwinCAT 液壓 功能庫,能夠滿足很高的性能要求。TwinCAT 液壓功能庫為由液壓驅動軸和電動軸組成的混合 驅動機構提供了最佳的能效。 
              
        靜液壓驅動在機械工程領域仍占有著很大的市場份額。執行機構的高功率密度以及直線運動的實現簡單和成本低廉,使緊湊的系統設計方案成為了可能。由于采用了液壓蓄能器和伺服閥技術,因此能夠使用高動態、高精確性驅動器,例如,在注塑機上的應用。但與此同時,液壓驅動軸也有著不容忽視的缺點:低能效、環境噪聲以及液壓油的污染。盡管如此,液壓還不是能完全被取代,因為它能為很多應用場合提供較大的力和扭矩。 
               從控制技術角度來說,液壓驅動軸在控制算法和響應 
              
        時間方面有著特殊需求。液壓軸在從引導運動到控制壓力曲線的過渡中對時間非常敏感。簡單的液壓軸通常擁有較低的固有頻率和高度定位控制系統性能。這就是為什么采用 PID 控制時間位移曲線會失敗的原因。因此,在過去,液壓軸常常需要使用專用的硬件控制器。 
               液壓功能庫:通過軟件實現運動控制功能 
              
        Beckhoff 基于 PC 的控制器的分為硬件模塊和軟件模塊兩個部分。運動控制功能通過軟件庫實現,無需任何專用硬件。而過程數據將通過電子總線端子模塊讀入和輸出。采用 Beckhoff XFC 極速控制技術,將大大縮短系統響應時間;若采用 EtherCAT 和功能強大的 Intel? CPU ,可實現控制器采樣時間達到 100 μs。 
               TwinCAT 液壓功能庫提供了液壓軸的運動控制功能;電動伺服軸也可選擇性地進行控制。模塊設計及認證符合 PLCopen 標準。用戶使用的界面在功能上與 Beckhoff 以及其他制造商的同類產品相同。液壓功能庫支持所有通用的傳感器類型;非線性閥特性曲線通過采用對自動生成的特性曲線進行線性化來補償。
               如果簡單的 PID 位移控制器找到一個與位移無關的特殊控制系統特性,傳統的 NC 系統將計算出與時間相關的時間位移曲線。該液壓驅動器的特殊控制系統特性要求生成的曲線考慮到與位移相關的軌跡特性、黏滑效應以及最大制動/延遲時間。液壓功能庫包含了生成漸進曲線的功能模塊。方向相關的控制系統特性也被考慮進去,加速和減速匝道則根據曲線精度標準或最小周期時間來計算。 
              
        軌跡控制與時間控制的比較 
               傳統的 NC 控制器計算的位移曲線是一個時間函數,但是,這種計算方式不適用于液壓執行機構的特性曲線。在時間控制中,可以觀察到對象有強烈的速度波動、過沖或黏滑振動。經濟的液壓方案不使用伺服閥,但需要生成一個位移相關的曲線。對于這些軌跡來說,與高驅動速度和目標精確定位相比,曲線精度就顯得不那么重要了。對于位移相關的運動控制,在運動期間不會執行位移控制;決定生成曲線的控制變量是剩余距離,而不是時間。達到目標位置是通過制動方式實現的,例如,啟動一個根函數后。 
              
        液壓軸通常用在需要從速度控制轉換到壓力調節的設備中,例如,壓機、注塑機或模鑄機。XFC 結合了液壓功能庫中的功能,具有對輸入信號響應時間短、時間分辨率高的特點,它為上述應用提供了理想的解決方案。這樣,注塑運動由位移引導;隨后的壓力調節在閉環中根據特定的過程以高分辨率的方式實現。
               在壓機和折彎機應用中,要求多個液壓軸同時驅動;為此將強制進行同步運動和非橫向力的壓力增加。在實際應用中,使用液壓功能庫可以實現用小于 10 或者大到數千噸的驅動壓力帶動最多 20 根同步軸。根據具體的需求,液壓功能庫可支持主/從軸或虛擬主軸方式。若要構建高閉合力,直線液壓執行機構必須與非線性齒輪結合,如連桿或曲柄機構;液壓功能庫也可為此提供合適的轉換功能。
        液壓軸和電動伺服軸結合使用 — 顯著提高能效 
              
        為了增加能效,混合驅動方案 — 結合使用電動伺服驅動軸和液壓驅動軸 — 已在實際運用中獲得了越來越多的青睞。伺服電機也可通過使用液壓功能庫以點對點的方式進行控制。時間控制曲線曲線也可由液壓功能庫生成。同時,液壓功能庫也支持電動軸的同步運動。
        伺服電機和液壓定位的容積式泵的混合使用將進一步提升靜液壓驅動的能效。液壓功能庫中的軌跡控制與活動部分相關,同時,使用高動態性 EtherCAT 驅動器能夠實現全新的創新型運動控制方案。
              
        Scope View 軟件提供操作簡單的診斷功能 
               示波器功能(Scope View)軟件通過對重要信號特性曲線的精確分析簡化了控制軟件的實施和驗證工作。它可以在 TwinCAT 開發環境中擴展。所有輸入信號以及內部變量都以不同的軸分辨率顯示。為了能夠以最佳方式運行液壓回路,常常需要進行重新調整。對于出現緊急情況時需要維修服務,并需要大量信息的時候,總部的開發人員必須提供支持。通常,專用的硬件解決方案有很大的局限性。若使用 TwinCAT Scope View 軟件,能夠保存并發送測量結果以對故障進行分析,并可為現場維修提供帶測量調整功能的模板。


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