¿Por qué una máquina herramienta zumba con precisión y otra se sacude de forma impredecible? La respuesta está en sus sistemas de control hidráulico. Este artículo explora las diferencias críticas entre los sistemas de control hidráulico de bucle abierto y de bucle cerrado, demostrando sus distintas funciones en el rendimiento de la máquina herramienta. Desde el control direccional básico hasta los sofisticados mecanismos de retroalimentación, aprenderá cómo afecta cada sistema a la precisión, la estabilidad y la capacidad de respuesta. Sumérjase en la mecánica y descubra qué sistema se adapta a sus necesidades para obtener un control y una eficacia óptimos.
El sistema de control hidráulico se compone de componentes de control hidráulico y transductores. Estos componentes suelen incluir válvulas de control hidráulico, bombas, etc.
La tecnología de control hidráulico es un aspecto crucial de la tecnología de control automático y es conocida por sus características únicas, sus destacadas ventajas y su papel indispensable.
Esta tecnología representa la integración del fluido electromecánico y se demuestra en el sistema de control hidráulico eléctrico, que utiliza sistemas dinámicos y de retroalimentación negativa. El sistema de control hidráulico es un sistema dinámico que integra los componentes mecánicos, eléctricos y sistemas hidráulicos.
La tecnología de control hidráulico se ha adoptado ampliamente en diversas industrias, como la fabricación de equipos, la automoción, la industria aeroespacial, el armamento, la metalurgia, el transporte marítimo y la ingeniería médica, entre otras.
Al igual que el sistema de control electromecánico, el sistema de control hidráulico puede dividirse en control de bucle abierto y control de bucle cerrado.
Para ilustrar la diferencia entre ambos, utilizaremos como ejemplo el control del haz de movimiento de la máquina herramienta.
La viga de movimiento de la máquina herramienta es un objeto de control común y sirve como cuerpo del banco de trabajo de la máquina herramienta. Se monta en la guía de deslizamiento del cuerpo de la máquina herramienta.
Los requisitos de rendimiento de la viga de movimiento varían según la máquina herramienta. Por ejemplo, la viga de movimiento de la rectificadora de superficies sólo requiere un movimiento alternativo horizontal constante y no requiere un control preciso de su desplazamiento.
Por otro lado, la viga de movimiento del centro de mecanizado NC o de la fresadora CNC se utiliza para el movimiento de avance de precisión, y su desplazamiento de movimiento debe controlarse con precisión para garantizar una calidad de mecanizado adecuada.
En el caso de la electrohidráulica prensa plegadoraAdemás, la distancia de movimiento del cilindro requiere una gran precisión para mantener ángulos de curvatura constantes y evitar efectos de curvatura reducidos.
Para comprender mejor la diferencia entre el control hidráulico de bucle abierto y el de bucle cerrado, utilizaremos el haz de movimiento de la máquina herramienta como objeto controlado y construiremos tres sistemas de control hidráulico comunes utilizando válvulas direccionales electromagnéticas, válvulas direccionales proporcionales electromagnéticas y servoválvulas electrohidráulicas como principales componentes de control.
El esquema de control hidráulico puede utilizarse para la mesa de trabajo alternativa horizontal de una rectificadora de superficies típica, como se muestra en la figura 1.1.
Este sistema de control hidráulico utiliza una válvula direccional electromagnética.
Una válvula direccional electromagnética de tres posiciones y cuatro vías sirve de unidad de control, y un interruptor de recorrido o de proximidad proporciona instrucciones. Un relé eléctrico forma una red informática lógica.
Esta configuración permite el funcionamiento lógico de la señal de control y la amplificación de potencia, generando un electroimán suficiente para controlar la válvula direccional electromagnética.
El núcleo de la válvula direccional electromagnética tiene tres posiciones: izquierda, centro y derecha, y puede controlar el disyuntor y el interruptor de aceite.
Cada puerto de la válvula sólo tiene dos estados, totalmente abierto y totalmente cerrado, lo que clasifica a la válvula direccional electromagnética como una válvula de conmutación hidráulica electromagnética.
La válvula direccional electromagnética sólo puede iniciar y detener el funcionamiento del circuito de aceite para controlar la viga de movimiento, pero no puede ajustar la velocidad de la viga de movimiento.
Para regular la velocidad de la viga en movimiento, se instala una válvula de mariposa en el sistema de control hidráulico para realizar el control de la mariposa.
Ajustando la apertura de la válvula, se puede regular la diferencia de presión del acelerador, lo que cambia el flujo de aceite de vuelta al depósito e indirectamente ajusta la entrada y salida de aceite hidráulico al cilindro hidráulico, cambiando en última instancia la velocidad de la viga.
Fig. 1.1 Diagrama de adopción de la válvula direccional electromagnética al sistema de control
La velocidad de la viga de movimiento sólo puede controlarse mediante la válvula de mariposa y no puede controlarse por control eléctrico. Esto provoca cambios bruscos de velocidad e importantes vibraciones de la viga.
El principio del sistema de control hidráulico que utiliza la válvula direccional electromagnética se muestra en la figura 1.2.
La señal de control es generada por el interruptor de desplazamiento y es una unidad de control lógico (0 ó 1).
La red de relés realiza una operación lógica sobre la señal de control y amplifica la alimentación del electroimán correspondiente, provocando el movimiento del núcleo de la válvula correspondiente.
De este modo, las tres posiciones del núcleo de la válvula cambian de izquierda a derecha y sale el caudal de control hidráulico, que acciona el cilindro hidráulico y mueve la viga de movimiento de la máquina herramienta.
Fig.1.2 Esquema de adopción de un sistema de control electromagnético de válvulas direccionales
El sistema de control hidráulico compuesto por una válvula direccional electromagnética y relés sólo puede generar instrucciones de control sencillas.
La señal de control es unidireccional y fluye sólo en la dirección de avance del objeto controlado.
Este sistema de control es un sistema de control de bucle abierto.
El tiempo de respuesta de la instrucción de control al objeto controlado depende del tiempo de respuesta de cada componente en la ruta de transmisión de la señal.
Sin embargo, como la señal de instrucción de control es simple, no hay ningún problema con que el sistema de control no siga la señal de instrucción de salida.
Si un componente está perturbado y produce un falso movimiento, el sistema no puede corregir o compensar automáticamente el error.
La válvula direccional electromagnética proporcional es un tipo de válvula hidráulica electromagnética de alto rendimiento y precio.
Para el control del haz de movimiento que requiere un mayor rendimiento, como las rectificadoras de superficies de control numérico (en las que no es necesario un control preciso del desplazamiento de la mesa de trabajo), puede utilizarse una electroválvula proporcional como unidad de control para formar un sistema de control hidráulico de bajo impacto y bajas vibraciones, como se muestra en la figura 1.3.
Fig.1.3 Diagrama de adopción de una válvula direccional electromagnética proporcional al sistema de control.
La válvula hidráulica proporcional utiliza una señal eléctrica para controlar el núcleo de la válvula para un movimiento gradual.
Por lo tanto, para controlar el cambio gradual en la apertura de la válvula, se puede ajustar la caída de presión y el caudal de la válvula hidráulica proporcional, cambiando la relación entre el caudal y las señales de control.
El controlador del programa genera señales eléctricas para controlar el haz en movimiento, lo que permite que el cambio gradual de las señales eléctricas controle y ajuste la velocidad de movimiento del haz. El resultado es un cambio suave de la velocidad y la dirección del movimiento del haz con un impacto mínimo.
El principio del sistema de control hidráulico que utiliza la válvula direccional electromagnética proporcional se muestra en la figura 1.4.
La señal de control es generada por el controlador de programa y es una señal de control analógica (señal eléctrica continua) que es amplificada por un amplificador proporcional para controlar el electroimán proporcional correspondiente de la electroválvula proporcional.
Esto produce un desplazamiento continuamente ajustable y una presión hidráulica continuamente cambiante para controlar el flujo de aceite y accionar el cilindro de aceite, realizando así el movimiento de la viga de la máquina herramienta.
En el sistema de control hidráulico que utiliza la válvula direccional electromagnética proporcional, aunque se puede utilizar un controlador de grado para emitir una señal de comando de control de gradiente continuo, la señal de control es unidireccional y fluye sólo en la dirección de avance del objeto controlado. Se trata de un sistema de control de bucle abierto.
El sistema de mando puede enviar una señal de gradiente continuo, y la salida del sistema puede seguir la señal de mando, pero la precisión de seguimiento es baja, y la velocidad de respuesta es lenta y depende del tiempo de respuesta de los componentes de transmisión de la señal.
Los errores causados por interferencias no pueden compensarse automáticamente.
Fig.1.4 Diagrama de adopción de una válvula direccional electromagnética proporcional al sistema de control.
El movimiento de la mesa de trabajo del centro de mecanizado NC es una parte crítica del proceso de mecanizado, que requiere una alta precisión y una rápida velocidad de respuesta.
En este caso, un sistema electrohidráulico servocontrol con una servoválvula electrohidráulica como unidad de control.
La servoválvula electrohidráulica es una unidad de control hidráulico de alto rendimiento con un control preciso y una velocidad de respuesta rápida, pero es cara.
La servoválvula electrohidráulica se utiliza a menudo en sistemas electrohidráulicos de control de bucle cerrado, en los que el objeto controlado puede accionarse temporalmente mediante el modo de control de bucle abierto.
En la figura 1.5 se muestra el sistema de control hidráulico del haz de movimiento de la máquina herramienta mediante una servoválvula electrohidráulica.
La máquina herramienta está equipada con un sensor de desplazamiento, que detecta la posición de la viga móvil, genera una señal de tensión de posición e introduce la señal en el dispositivo de control electrónico después de amplificarla.
Fig.1.5 Esquema de adopción de una servoválvula electrohidráulica para el sistema de control.
El dispositivo de control compara la señal de tensión de posición actual del haz de la máquina herramienta con la señal de tensión de instrucción de control para generar la señal de tensión de desviación.
La señal de desviación es una tensión analógica continua que refleja con precisión y en tiempo real la diferencia entre la posición del haz de la máquina herramienta y la instrucción de control (la posición deseada del haz).
La señal de desviación es amplificada por el amplificador proporcional, controlando el desplazamiento del motor de par en la servoválvula electrohidráulica y el núcleo de la válvula de control de alta precisión y alta dinámica.
Esto genera el caudal y la presión hidráulicos necesarios para accionar el movimiento del cilindro hidráulico y mover la viga de la máquina herramienta.
El movimiento de la viga es detectado por el sensor de desplazamiento y enviado al dispositivo de control electrónico, formando una señal de control de bucle cerrado. Este sistema de control se denomina control de bucle cerrado.
El proceso de control descrito anteriormente se muestra en la Figura 1.6.
El sistema es una estructura de control en bucle cerrado.
En un sistema de control hidráulico de bucle cerrado, no sólo existe el efecto de control de avance del controlador sobre el objeto controlado, sino también un efecto de retroalimentación del objeto controlado al controlador.
El sistema de control en bucle cerrado tiene alta precisión, respuesta dinámica rápida y compensación automática de interferencias externas.
Fig.1.6 Diagrama de adopción de una servoválvula electrohidráulica para el sistema de control.
El control hidráulico de bucle abierto y el control hidráulico de bucle cerrado son dos tipos de métodos básicos de control hidráulico.
1. Control hidráulico de bucle abierto.
El sistema de control en bucle abierto, que utiliza tanto válvulas hidráulicas comunes como válvulas hidráulicas proporcionales, presenta un importante solapamiento técnico con el sistema de control en bucle abierto. transmisión hidráulica ya que suelen utilizar tipos similares de componentes y circuitos hidráulicos.
El rendimiento del sistema de control hidráulico de bucle abierto depende en gran medida del rendimiento de los componentes hidráulicos.
La precisión en el sistema de bucle abierto está influida por la precisión de cada componente, y la respuesta del sistema está directamente ligada a la respuesta de cada componente.
El sistema de control hidráulico de bucle abierto no puede controlar ni compensar los cambios en la salida del sistema derivados de perturbaciones externas o variaciones de los parámetros internos.
En términos de diseño, el sistema de control hidráulico de bucle abierto tiene una estructura sencilla y requiere estabilidad, lo que hace que el análisis, el diseño y la instalación del sistema sean relativamente sencillos. Además, puede beneficiarse de la experiencia y los conocimientos adquiridos en el sector hidráulico. sistema de transmisión diseño.
La principal diferencia entre el sistema de control hidráulico de bucle abierto y el sistema de transmisión hidráulica radica en su enfoque. El sistema hidráulico de bucle abierto suele utilizarse en condiciones que requieren un control de baja precisión, mínimas perturbaciones externas, pequeños cambios en los parámetros internos y permiten un tiempo de respuesta lento.
En conclusión, el sistema de control hidráulico de bucle abierto es un método de control básico sin retroalimentación. El controlador sólo tiene control sobre la dirección única del objeto controlado y no hay efecto inverso del objeto controlado al controlador. Los errores causados por interferencias no pueden compensarse automáticamente.
Debido a la baja precisión y lenta respuesta del sistema de control de bucle abierto, generalmente no se recomienda utilizar una servoválvula, que tiene altos requisitos para las condiciones de trabajo y es de alto precio y alto rendimiento, en la construcción de un sistema de control de bucle abierto.
2. Control hidráulico de bucle cerrado.
El sistema de control hidráulico de bucle cerrado suele emplear una servoválvula electrohidráulica o una válvula de accionamiento directo (DDV) como unidad de control.
Las servoválvulas electrohidráulicas y las válvulas de accionamiento directo son componentes de control hidráulico de alto rendimiento que cuentan con sistemas de control de realimentación de bucle cerrado, lo que se traduce en una alta precisión y rápidas velocidades de respuesta.
El sistema de control hidráulico de bucle cerrado también se denomina sistema de control hidráulico realimentado, que funciona según el principio de realimentación.
El concepto básico del control por realimentación es eliminar o reducir las desviaciones mediante el uso de la desviación.
El sistema de control por realimentación funciona comparando la información sobre el objeto controlado detectada por la unidad de realimentación con las instrucciones de control de la unidad de instrucciones del sistema, produciendo una señal de desviación.
Esta señal de desviación se amplifica y se utiliza para accionar una válvula de control hidráulica de alta potencia, que a su vez controla el actuador hidráulico y el objeto controlado.
El sistema de control hidráulico de bucle cerrado forma un bucle cerrado, por lo que es más complicado de analizar, diseñar y poner en marcha que los sistemas de bucle abierto. Sin embargo, su gran precisión de control y su gran capacidad antiinterferente hacen que sea una inversión que merece la pena.
El control en bucle cerrado (método de control por realimentación) permite construir un sistema de control con gran precisión y capacidad antiinterferente, aunque los componentes hidráulicos utilizados tengan menor precisión y menor capacidad antiinterferente.
Además, los componentes hidráulicos existentes pueden utilizarse para lograr un mejor rendimiento del sistema de control y efectos de control mediante el control en bucle cerrado.
El control realimentado ofrece ventajas que no pueden lograrse mediante el control en bucle abierto.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
ES 
EN 
DE 
FR 
IT 
NL 
PT 
RU 