對Simotion C240的數控液壓千斤頂同步控制系統

郭峰 王偉華 趙遠鵬 李磊

摘 要：創建一套以SIMOTION C240為基礎的數控液壓千斤頂同步控制系統。在對其應用原理進行分析的過程中，針對多級油缸開展閉環控制系統的軟、硬件設計，然后對該系統的同步控制措施展開深入性的探析。

關鍵詞：SIMONTION C240；數控液壓千斤頂；多級油缸；同步控制措施

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）11-0077-02

1 引言

由于航空領域及其產業的快速發展，有不少類型的機械設備在軍工領域、民用行業得到廣泛應用。對于其地面維修設備來說，在需求方面也在持續提升。所以，在開展設備檢修時，往往需要借助于千斤頂把待維修設備穩妥地、高效地升起，使其可以在維修的過程中延續較長時間的鎖緊。對于目前經常使用的千斤頂來說，一般是包括三個液壓千斤頂裝置，它們全部屬于多級油缸結構，通過人工操縱的手段進行應用；在頂升的過程中，機身前后與兩側機翼存在傾斜角偏差，利用各個液壓千斤頂手動動作的協調性來進行規避與減緩。這一操控手段進行系統單一、制造便捷、成本少，不過其在應用期間具有極強的穩定性、重復精度小，同時無法達到自動化操作的目的。

筆者針對干擾多液壓執行件同步性能的要素，以三缸同步為原則，通過一套以SIMONTION運動控制系統為基礎的閉環控制系統，且對三液壓缸的運行狀態展開全方位地監督，確保全部同步驅動系統可以實現最強同步性能的解決方案。

2 系統控制原理

對于這一閉環控制系統來說，則是利用液壓泵站中比例換向閥芯的開度，對閥門內的油液量實施針對性地操控，并且也能夠左右系統對千斤頂的輸油量，進一步限制千斤頂的運行速率；另外，該系統利用西門子SIMONTION運動控制器，對不同千斤頂的運行位置進行操控，以此能夠計算且研究不同千斤頂的調節速度，同時，調節比例換向閥能夠對閥芯的開度進行控制，進一步影響不同千斤頂的運行速度，實現同步運行的目的。

（1）千斤頂上升期，該系統通過變頻調速調節泵對千斤頂的轉速進行控制，輸泵站供應適量的油液，以此能夠確保系統的順利運行，規避流量的虧耗，同時利用壓力填補閥控制比例換向閥進出油路的壓力差，降低系統壓力虧耗，進一步實現同步減少系統虧耗的目的。（2）千斤頂下落期，通過載荷壓縮千斤頂，造成千斤頂出現回油問題，再借助比例換向閥對反向油路的流量進行控制。

以SIMOTION運動控制系統為例子，可以動態性地監控不同千斤頂的位置、壓力、運行速度等，同時也可以對換向閥的啟閉進行操控，進一步左右油路的變化方向，調節比例換向閥的比例放大器的輸出電流，利用改變比例換向閥閥芯的開度進一步改變其流量的大小。

在選擇位移傳感器這一裝置的時候，則是以拉線式絕對值位移編碼器為特征，那么該裝置的傳感器精度極強，另外，該裝置是由德國HAWE企業研制的DT1-250型壓力傳感器，能夠對不同類型的千斤頂的壓力進行測算，同時也可以換算出其出力值的變化。

3 系統硬件構成

對于數控千斤頂同步控制系統來說，則是以SIMOTIONS企業Simoticm C240運動控制器為核心，該系統包括控制回路、液壓系統、主回路等。其中，主回路屬于全部控制系統的主配電組成，能夠對控制系統的所有組件例如電磁閥、液壓系統電機等實施供配電的控制。而控制回路的組成包括：SIEMENS企業的Simoticm C240運動控制器、變頻器MM440、手持操作觸摸屏MP177DP、本地人機操作觸摸屏MP377等。

在分析Simoticm C240的模塊系統的時候，可以發現，其是以SIMATIC S7-300為型號，和S7-300 PLC具備類同的外觀，能夠通過SIMATIC S7-300系統模塊對SIMOTION C實施擴展。人機界面能夠利用集成的Profibus接口進行銜接，達到遠程監控、動態診斷的目的。對于觸摸屏MP377而言，能夠更全面地呈現系統的動態變化，其在進行本地操作的過程中能夠達到數據輸入和手動控制的目的。對于C240控制器、三臺變頻器與觸摸屏MP377之間的通信功能來說，則是借助于Profibus總線完成的。

4 系統軟件設計

4.1 系統主要功能

系統通過西門子觸摸屏來對其運動狀態實施全方位地監控，每個千斤頂控制單元能夠利用DP線纜實現對接。控制系統具備的功能有兩個，即：

4.1.1 千斤頂動作功能

在通過千斤頂的運行模式中進行分析，其包括兩大類，即：多頂同步動作、單一動作。千斤頂在單一運行模式設置的基礎上，操作者能夠通過觸摸屏來調整相關數據，從而對其運行動作進行操控；基于多頂同步動作模式的作用下，操作者能夠利用觸摸屏對相關參數給予調整，確保多個定同步運行，且利用同步操控柜面板來對該系統的整個運行狀態實施全方位地監控。

4.1.2 監測與報警

系統可以動態監測千斤頂所有過程的運行情況，在本地利用觸摸屏、同步控制柜面板進行動態顯示。假若發生故障，本地觸摸屏、控制面板則會出現顯示錯誤，且發生警鳴聲，千斤頂也會即可停止運行。

4.2 Simotion控制程序設計

千斤頂的所有配件的動作操控則是交給SimotionC240控制器來實現的，其中，控制程序則是由Simotion專用軟件SCOUT編寫。其包括三種編程語言，即：LAD、MCC、ST。通過LAD與ST能夠更直接地實現邏輯測算、邏輯控制等目的；不過，MCC主要是對驅動系統進行編程。該系統的原始化程序、背景程序是通過LAD語言進行編寫的。每個軸動作子程序能夠配置在各個MotionTask內，等候背景程序的設置；系統原始化程序置于StartupTask內能夠對系統輸電期間的自定義實施診斷。

5 同步控制措施

在進行系統調試的過程中，其范圍是15-75mm/min，位移傳感器分辨率下限是0.02mm，系統最低速度采集診斷周期是0.02*10*60=0.12s，設定系統掃描整頓周期是10ms，假如絕對借助于理論來測算虛擬軸，那么速度環追蹤是不符合系統標準，不過基于系統多級缸在臨界點能夠出現壓力驟變、速度突變等現象，那么絕對實際軸，必然會存在追蹤失敗問題。所以，系統擬定以實際軸為核心，增設動態虛擬軸的分段控制措施，在整個環節中全部千斤頂都對虛擬定實施位置變化追蹤。

同步頂升操作原始運行，在全部千斤頂都處在一級伸出狀態的過程中，系統設定位移離2級臨界點的一個千斤頂賦值給虛擬軸，全部缸和虛擬軸的位置實施對比追蹤，在某一缸處在變化臨界范圍內的話，那么其位置賦值給虛擬軸，并且給予鎖定，在這一過程中無法進行更改與調整，其他千斤頂繼續追蹤，在該千斤頂伸出2級活塞桿運行的過程中，其鎖定系統癱瘓，等候下一個項處在變化臨界范圍內，那么虛擬軸可以接收新賦值，截止到全部頂均利用變化臨界范圍來跨入2級活塞桿運行。

6 結語

本文運用的同步控制系統具備的特點是操作便捷、安全穩定、效率高、同步精度大。運行期間則全部調試完畢，且在某大型設備的常規檢修環節進行廣泛應用。通過實踐證明能夠看出，該系統可以實現全自動上升與下降功能，當運行速度設置是25mm/min時，在千斤頂實現級別伸出轉切時，任何項之間的高度差均不會超過1mm，由此來看，其控制效果是非常不錯的。

參考文獻

[1]馮濤，同志學，王光磊.基于C240運動控制器的電液伺服系統控制的研究[J].液壓與氣動， 2012，（01）：18-21.

[2]王康，朱軍，史勃，張雷.西門子Simotion運動控制系統在托輥管加工機床中的應用[J].機床與液壓，2011，（04）：100-103.

[3]覃祥孝，李然.大型人字門同步升降系統的開發與應用[J].流體傳動與控制，2007，（05）：48-50.

[4]樊亞妮，劉克榮.基于運動控制器的全閉環控制系統[J].現代電子技術，2006，（23）：140-142.

[5]張巖.基于相角差的隔膜泵同步控制系統設計[J].電子世界，2014，（07）：133.

[6]沙印.多電機同步控制系統設計[J].煤礦機械，2015，（05）：21-23.