基于单片机的液压控制系统设计

基于单片机的液压控制系统设计

摘要：本文介绍一种以单片机为核心的液压控制系统的设计，该系统不仅工作精确、稳定可靠，而且提高了液压缸冲头的加工频率。

关键词：液压缸；单片机；阀

1引言

目前数控板材加工设备的核心部分就是液压控制系统，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、准确的工作，实现既定的工艺目的。本文提出利用高性能的单片机和PROFIBUS现场总线设计的控制器，不仅使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。

2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，系统包括液压缸、阀、位置传感器和控制器。系统通过上位机CNC给控制器发送命令，控制器根据要执行的命令控制阀动作，由阀传输的油来控制液压缸的换向和速度。控制器根据位置传感器反馈液压缸冲头的位置做闭环控制。

图1 数控冲床的智能高速液压控制系统

3智能高速液压控制系统的硬件设计

系统中的微处理器选用16位的单片机，晶振16MHz，内带256K Flash 和10K 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、位置信号检测电路、和通讯接口电路等。系统由24V电源经过DC/DC转换成多组DC电源为系统供电。

3.1阀驱动电路模块

由于开关阀只是工作在“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，本系统采用单片机的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。

图2 开关阀驱动电路原理图

3.2位置检测电路模块

位置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，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。光栅尺的输出有多路信号，图3中只是画出其中一路。。

图3 位置检测电路原理图

3.3 PROFIBUS通讯接口模块

由于液压控制系统的冲切频率要求很高，而PROFIBUS的传输速率最高可达12 M bit／s ，可满足要求，所以本系统采用PROFIBU通讯，其接口电路如图4所示。

图4 PROFIBUS通讯接口电路原理图

4智能高速液压控制系统的软件设计

系统的工作流程如图5所示。系统启动之后处于锁定状态，当CNC发送UNLOCKED信号后，控制器开始工作，同时CNC给控制器发送指定工作模式，如发送HOME工作命令，HOME的作用有清除错误，将液压冲头移到顶点（由命令设定），设置传感器的零点等。其他的工作命令如同SEEK,SEEK的作用是寻找液压冲头的工作位置，PUNCH是冲压。

图5系统程序流程图

5实验结论

系统在上电工作后，油缸活塞杆位移曲线如图6所示，系统工作在冲压模式下，其行程为4mm，循环周期为：22ms，极限公差为：＋0.1mm。

冲压行程为4mm时油缸活塞杆位移曲线

图6油缸活塞杆位移曲线

从图中可以看出，基于单片机的智能高速液压控制系统控在数控冲床中能够快速、准确的对工件实行冲压、压印等一系列加工。

参考文献

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