液壓數字控制器(HNC)在液壓同步系統中的應用
高載荷、大功率、長行程的系統通常要求使用多個執行機構來完成它的功能和動作，如水庫閘門提升、大型集裝箱升降和一些大型壓機、試驗機等。在這樣的大負載系統中，解決多個執行機構的液壓系統同步問題，保證工程建設安全性和可靠性成為關鍵性的技術。在礦山、冶金、建筑和水利等領域中，液壓同步系統已經實現了軋機同步運動、大型屋架整體提升以及多閘門同步放落提升等技術應用。HNC可以簡化系統設計和調試的復雜度、參數化、模塊化、算法簡單好用，易于工程技術人員接受、掌握和調試。HNC和比例閥組成的系統能夠有效提高系統控制精度和減少同步誤差。
1．液壓同步系統及比例閉環控制同步系統的分析
常用的液壓同步有速度同步和位置同步兩類。速度同步是指各執行元件的運動速度相等，而位置同步是指各執行元件在運動中或停止時都保持相同的位移量。涉及液壓同步精度的控制方式有：容積控制、流量控制和伺服控制。伺服控制的同步精度最高，流量控制的同步精度次之。
電液比例控制閥應用有了很大的推廣并取代了一大部分電液伺服控制系統。HNC的出現及應用，可以有效提高比例閥液壓系統的控制精度和動態響應，使其性能達到伺服閥的水平。而比例閥系統具有抗污染強、工作可靠、無零漂、價廉和節能等優點又得以保持。此處所介紹的位置同步系統是一種典型的比例閥閉環控制系統，HNC在系統中代替PC控制器。
2．HNC控制系統和基于PC的控制系統的比較
控制系統用的HNC為Rexroth公司的HNC100-2X型，它是數字式液壓軸控制器，是一個對液壓缸進行閉環控制的可編程NC控制器，它滿足對液壓軸閉環控制的特殊指令形式而且還提供電氣驅動選項。實際上可以把HNC理解為模塊化的單片機系統，它的編程語言和編程環境(WIN PED)很簡單，而且閉環控制參數在WIN PED內部已經做好了，只需把系統參數放在程序的相應位置就可以了，并不需要去設定PID參數，系統會自動整定。若系統整定的參數試驗效果不理想，調試過程中可根據實際情況調整PID參數。HNC集數字量輸入/輸出接口、模擬量輸入/輸出接口于一體，帶有串口用于和計算機通信，并有現場總線接口用于HNC至上位控制器的通信。HNC既可以用作控制器直接控制液壓伺服系統，也可用作終端驅動器接收上位控制器的指令輸出。在本項目中HNC用作電液系統的控制器。
PC Based液壓伺服控制系統是在工業計算機的基礎上添置模擬量輸入/輸出卡、數字量輸入/輸出卡（此部分可用PLC替代），通過對液壓系統建模、仿真分析優化整定控制系統的控制參數，用高級語言編程實現控制算法，最終根據運動要求，控制程序求得控制輸出后進模擬量輸出卡，再由卡送電信號給控制閥，同時控制程序采集反饋信號，據此控制器求出控制輸出量后送輸出卡，接著閥根據卡送出的電信號將運動結果反映在液壓執行機構的參數變化上，這樣一個控制周期完成。經過多個控制周期系統實現用戶要求的運動。此方法系統復雜、參數整定麻煩且程序可移植性差，勞動強度大，可靠性差。
3．電液同步控制系統的組成
電液同步系統原理圖如圖41所示，由圖41可知，電液伺服同步系統采用一對比例換向閥控制伺服缸，液壓缸內部裝有磁致伸縮直線模擬式傳感器用于實時檢測液壓缸的位移，反饋信號直接送HNC。HNC內部有濾波電路，可以對采集到的信號進行濾波處理，同時HNC根據要求的運動命令信號和反饋信號分析計算后求得系統的控制信號分別送給比例閥，同樣閥可根據電信號強弱將運動結果反映在兩液壓缸的位移變化上，這樣一個控制運動周期完成。經過多個控制周期后系統完成指定的運動。HNC有數字量輸入/輸出端口，程序能夠根據輸入端口的信號跳轉到相應的子程序，這點類似PLC的輸入/輸出端口，數字端可以直接連接控制面板，方便易用。
本項目采用BOSCH比例閥0811404046，該閥有兩種增益：在工作電壓-6～6V是小增益，-10～-6V，6～10V是大增益。小增益能夠提高系統在低速時的平穩性和同步精度，而大增益能夠實現大流量控制，使液壓缸快速同步接近工作點，節約行程時間，提高工作效率。試驗數據表明該閥能夠滿足應用要求，效果很好。
4．系統調試及分析
同PC Based液壓伺服系統不同，HNC控制系統只要少量幾個參數即可以調試出一個近乎最優的控制系統。在系統穩定的前提下，只需知道系統最大流量，液壓缸的有效作用面積和系統壓力及外作用力，由此計算出液壓缸的最大運動速度及加速度就可以編寫程序了。在調試過程中應該注意的事項有：
1)將一對位移傳感器零點和滿量程點調整一致，這樣能夠保證液壓缸的同步精度最大程度地接近傳感器精度，方便調試。
2)液壓缸的運動速度和加速度、減速度不能夠超過理論最大運動速度和加減速度，否則會有意想不到的情況發生。
3) HNC帶有PID運算功能，調試過程中P增益不宜調的太大，應由小慢慢往上加，否則會帶來系統不穩定問題。
4)信號干擾和屏蔽是要重點考慮的問題之一。
5．小結
試驗表明，液壓缸從位移100mm同步運動到位移350mm過程中，同步誤差小于0.5mm，穩態同步誤差0.1mm左右，單缸穩態誤差小于0.02mm。可見系統同步精度高，穩定誤差小，動態同步效果好，能夠滿足大多數工程實際應用。