1 液壓回路

    某機械手液壓系統中的典型比例控制回路如圖1所示。

    升降油缸8用于控制機械手夾緊機構的升降，其運動速度由電液比例換向閥1進行控制。移動油缸7的作用是推動夾緊機構進行伸縮運動，其運動速度由電液比例換向閥2進行控制。

    當移動油缸7帶動夾緊機構水平運動時，由于夾緊機構的重心不在升降油缸8與夾緊機構的鉸接點上，如果沒有平衡油缸6的作用，升降油缸的豎直導軌將受到很大的作用力，使夾緊機構的水平度受到影響，進而影響機械手的控制精度。因此在夾緊機構的另一端安裝了平衡油缸6，用其作用力來調整夾緊機構的重心，使它盡量靠近升降油缸8與夾緊機構的鉸接點。這樣，當夾緊機構上下運動時，就能夠保持夾緊機構的水平，使導軌受力較小。平衡油缸的提升過程由比例溢流閥4控制，其停止和下降過程由比例減壓閥3控制。該機械手工作過程中由于需要夾持五種不同規格的零件，加上空載動作，因此需要6種不同狀態下的平衡力。對于比例減壓閥3而言，停止狀態的平衡力與運動狀態又有所不同，所以比例溢流閥4共有6種工作壓力，而對于比例減壓閥3，則需要12種不同的平衡壓力。另外由于平衡力的大小還與升降油缸的工作速度有關，若采用電液伺服控制系統進行控制，成本較高，且對液壓油的清潔度要求較高，若采用傳統調壓回路進行調壓，回路結構很復雜，且性能難以滿足要求，而采用電液比例閥控制，則回路較為簡單。

2 控制功能的實現

    比例溢流閥、比例減壓閥不同檔次的平衡力由操作臺上的選擇開關選定，然后輸入PLC，由PLC確定具體選用那一種平衡力，確定具體的輸出數值，通過PLC的模擬量輸出模塊實現D／A轉換，轉化為對應的模擬量對外進行輸出。模擬量輸出模塊輸入的模擬量送到控制閥功率模塊，功率模塊以電流輸出的形式控制比例電磁鐵，通過比例溢流閥、比例減壓閥來控制對應的平衡壓力。在某個運動過程中，具體哪個閥起作用由電磁換向閥5來實現。提升時，電磁換向閥處于通電狀態，反之處于斷電狀態。電磁換向閥5的通斷狀態必須與比例換向閥1的控制信號相一致。只有當閥1的信號使缸8處于提升狀態，閥5才處于通電狀態，其他情況下閥5均處于斷電狀態。當操作臺上給出停止信號時，通過PLC判斷改變比例減壓閥的輸入信號，同時改變閥1的輸入信號，使缸8處于停止狀態。此時閥1調節的平衡力對應于有關的設定數值。接近開關10的作用是當提升處于下降的最低點時發出信號，通過PLC的作用使缸8自動處于停止狀態，同時在自動控制過程中，為進行下一個動作提供信號。接近開關9的作用是當提升缸處于最上位置時發出信號，通過PLC的作用也使油缸8自動處于停止狀態，在自動控制過程中，也為進行下一個動作提供有關信號。

    移動缸7的動作如下：當PLC經有關邏輯判斷需要缸7伸出時，PLC輸出給定數值，同樣經模擬量輸出模塊的D／A轉換，變為對應的模擬量輸出，經功率模塊放大后，控制電液比例方向閥的動作。

    缸7和缸8在運動過程中的加速及減速(停止)要求比較平穩，可利用功率模塊的斜坡調整功能，由PLC完成斜坡啟動，然后經過調節加速減速的斜坡，可以得到滿意的效果。

    工藝要求缸7在伸出及縮回的位置精度較高，由于控制方式采用開環控制，所以不能達到較高的位置精度。因此，我們采用了機械擋塊定位的方法來保證較高的位置精度。采用這種方法若減速過程處理不好，則會出現兩種不利情況，減速慢了出現機械撞擊，減速快了則不能達到所要求的精確位置。基于上述情況，筆者進行如下處理：當油缸7伸出或縮回到接近目標位置時，減速接近開關13(或12)發出控制信號，PLC改變輸出的模擬值，使油缸減速運動，速度減到一個較小的值，此時電液比例方向閥處于開口較小的位置(并始終保持這一位置)，當油缸8伸縮運動到達目標位置，接近開關11(或14)發出控制信號，PLC使油缸停止運動，讓執行元件平穩地靠在擋塊上。同時也給執行下一動作發出控制信號。

有關壓力控制閥的最低控制壓力和最高控制壓力的調整、以及方向控制閥的死區補償調整、增益調整可參照有關說明來進行。

3 PLC系統簡介

    由于PLC在機械手中需要完成的控制功能較多，控制精度較高，運算速度較快且具有數據處理能力，因此，筆者選用了西門子公司的S7—200系列CPU226型PLC，配模擬量擴展模塊EM232。由于PLC的輸出電流較小，需要用功率模塊來控制比例液壓閥，另外，機械手其它邏輯控制、液壓泵站的控制和液壓系統的開關控制均由PLC系統完成。

    在編程時，我們用輸入信號控制內部標志位M，用M控制PLC的輸出。液壓系統工作時所需要的各種數據存放在數據塊內，通過用戶程序傳送內部的數據給模擬量輸出模塊。

4 結論

    經過現場調試，使用PLC組成的控制系統對比例壓力閥、電液比例方向閥進行控制，效果很好，而且其工作參數調整方便，工作可靠性較高。