气缸定位精度的PLC控制方法.pdf
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兵工自动化测控技术O.I.Automation2006年第25卷第3期MeasurementandControlTechnique2006,Vol.25,No.367文章编号:
1006-1576(2006)03-0067-02气缸定位精度的PLC控制方法张博1,曾凯1,胡翔1,韩银泉1,董宏洲2,刘彬1,李远莉1,曾光辉1(1.中国兵器工业第58研究所自动化工程部,四川绵阳621000;2.中国兵器工业第58研究所试制工厂,四川绵阳621000)摘要:
气缸定位精度以PLC为控制器,采用继电器输出接口直接驱动交/直流电磁阀控制气缸气体流量,由光栅反馈检测移动量。
控制回路用四个开关阀的组合控制流量;PLC比较控制量的设定值和实时值,计算输出一组二进制编码控制阀组的开启,得到不同的综合面积,以改变控制阀的流量,使气缸准确运动至位置。
偏差绝对值小于门限值时,系统控制程序采用PID算法,大于时用PD算法,以改善动态品质。
关键词:
位置精度;PLC控制;PID/PD;气缸中图分类号:
TP273.5文献标识码:
APLCControlMethodforOrientationPrecisionofCylinderZHANGBo1,ZENGKai1,HUXiang1,HANYin-quan1,DONGHong-zhou2,LIUBin1,LIYuan-li1,ZENGGuang-hui1(1.Dept.ofAutomationEngineering,No.58ResearchInstituteofChinaOrdnanceIndustry,Mianyang621000,China;2.TrialManufactureFactory,No.58ResearchInstituteofChinaOrdnanceIndustry,Mianyang621000,China)Abstract:
PLCcontrollerwasusedinorientationprecisionofcylinder.TherelayoutputinterfacewasadoptedtodriveAC/DCelectromagneticvalvetocontrolgasfluxofcylinder,andrasterfeedbackwasusedtoexaminemotionquantity.Four-switchcombinationwasusedtocontrolfluxforcontrolloop.ThedesignvalueandrealtimevalueofcontrolquantitywascomparedbyPLCtocalculateasetofbinarysystemcodingtocontrolon-offofvalvegroup.Soitdifferentcompositiveareawasgainedtoalterfluxofcontrolvalve,cylinderandkeeptheorientationprecisionofcylinder.Ifabsolutevalueofwindagewaslessthanvalueofphylumlimit,PIDarithmeticwasusedbysystemiccontrolprogram;ifitwasmore,PDarithmeticwasusedtoimprovedynamiccharacter.Keywords:
Orientationprecision;PLCcontrol;PID/PD;Cylinder1引言气动系统由于空气介质的压缩性大、精度小,气动技术难以获得高速响应及高精度的位置控制,故采用PLC控制技术对其定位控制。
2系统结构系统采用西门子S7-200系列PLC作为控制器的核心,由CPU226含DI(数字量输入)/DO(继电器输出)、EM231模拟量输入模块、WTA05光栅尺、电磁阀和气缸组成,如图1。
系统采用继电器输出接口直接驱动交流或直流电磁阀。
由电磁阀开关控制气缸气体流量,即控制气缸活塞移动的流量。
由光栅反馈检测移动量,通过EM231输入至PLC,在PLC进行偏差计算,按PID算法调节。
DO继电器输出接口电磁阀气缸PLC光栅图1PLC控制系统框图SS3控制原理如图2,其控制回路由开关阀U0、U1、U2、U3组成控制阀组,依靠控制4个开关阀的开关组合来控制流量。
节流阀开口面积a0、a1、a2、a3之比为a0:
a1:
a2:
a31:
2:
4:
8,当4个阀按不同组合开启时,可统计16种不同流量。
PLC根据控制量的设定值和检测的控制实时值相比较,依据设定的控制规律,计算输出一组二进制编码控制阀组的开启,得到不同的综合面积,从而改变控制阀的流量,使气缸能准确地运动至目标位置。
控制可采用开关时间较长的低性能阀。
1231PLCa0a1a2a3P5P52P51U4U54YDU3U2U1U0图2控制原理图收稿日期:
2005-09-26;修回日期:
2005-10-14作者简介:
张博(1978-),男,四川人,2001年毕业于湖南大学,从事工业自动化研究。
兵工自动化测控技术O.I.Automation2006年第25卷第3期MeasurementandControlTechnique2006,Vol.25,No.368气缸1的活塞推动惯性负载2,活塞位移由位移传感器3检测,系统位移传感器为线性光栅传感器,栅距为0.02mm,精度为0.005mm,输出信号是420ma电流信号,经由PLC的A/D转换。
PLC根据指令位移信号s和实际信号S判断和运算,发出输出信号,经PLC继电器输入模块控制U0U5开闭。
其中U0、U1、U2、U3构成阀组,阀节流口有效面积成等比级数,分别调整为0.11mm2、0.22mm2、0.44mm2、0.88mm2。
对应于0000至于1111共16个二进制控制码,可组合成16个不同节流面积、从而形成16级活塞及活塞速度。
气动系统用排气节流缓冲进行控制,在气缸排带缓冲结构,以保证系统工作稳定、可靠、运动平稳、冲击小。
4PID调节系统控制程序采用PID-PD算法。
偏差绝对值大于门限值e时,用PD算法改善动态品质。
当偏差绝对值小于e时,用PID算法,提高稳定精度。
4.1PID算法PID校正的控制量为:
)dtdeTedtT1e(KPt0DIP+=离散算法可以表示为:
)ee(TTeTTeKPn0i1nnDiInPn=+=式中,e:
位置给定值与测量值偏差量;en:
第n次采样偏差量;en-1:
第n-1次采样偏差量;T:
采样周期;TI:
积分时间;TD:
微分时间;Kp:
比例系数。
根据推理写出(n-1)PID输出表达式为:
)ee(TTeTTeKP1n0j2n1nDjI1nP1-n=+=可得:
eTTe)TT21(e)TTTT1(KPP2nD1nDnDIP1nn+=Aen+(Pn-1-Ben-1+Cen-2)程序中算法为:
PnAen+Qn-1,QnPn-Ben+Cen-1TTKC),TT21(KB),TTTT1(KADPDPDIP=+=+=初值取Qn-10,en-10、算法程序每一步要计算enPn和Qn,其中Qn用于下一步计算Pn。
PD校正控制量为:
)dtdeTe(KPDP+=离散算法可以表示为:
1nDPnDP1nnDnPneTTKe)TT1(K)ee(TTeKP+=+=程序中算法为:
PnAen-Rn-1,RnBen式中,TTKB)TT1(KADPDP=+=;初值取Rn-10,算法程序每步计算en、Pn和Rn,其中Rn用于下一步计算Pn。
4.2PID算法程序采用扩充临界比例算法,整定T、Kp、TI和TD值。
为提高稳定精度,控制系统设置一个位置控制的门限值e。
PLC对数据处理后得到位置误差e进行判断,若|e|e,实行PD控制,改善控制动态特性。
当|e|e时,实行PID控制,保证控制精度。
PID控制算法程序框图如图3。
输入给定值图3PID控制算法程序框图开始采样测量值e给定一测量值|e|ePD控制PnAen-Rn-1PID控制PnAen-Qn-1控制气缸计算Qm、Rmem-1emNY返回5结论通过实际运用PLC控制技术控制气缸运动,气动系统获得了高速响应及高精度的位置控制。
参考文献:
1李友善.自动控制原理M.北京:
国防工业出版社,1980.欢迎广大读者订阅欢迎各位作者赐稿欢迎商家广告惠顾
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