摘 要：本文介紹了PLC在液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。該系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，它可以對液壓傳動(dòng)系統(tǒng)PLC的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。實(shí)踐證明該系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)，使用方便。

關(guān)鍵詞：PLC; 液壓傳動(dòng);組態(tài)軟件

Abstract:This paper introduces the application of PLC to Hydraulic transmission system . This system has been put into operation in our experiment teaching, which can monitor the running state of Hydraulic transmission system. Practicability and convenience have been proved by application.

Keywords:PLC; Hydraulic transmission; Configsoftwore

本系統(tǒng)讓液壓缸實(shí)現(xiàn)自由進(jìn)退動(dòng)作，以便完成預(yù)想的‘夾持’和‘震撞’兩個(gè)功能。‘夾持’功能即：讓液壓缸的活塞桿根據(jù)物件的尺寸、承受壓力能力等夾住物件，使物件不發(fā)生脫落或移位，以便對其進(jìn)行固定或搬運(yùn)。‘震撞’方式即：讓液壓缸的活塞桿快速、高壓地完成進(jìn)退動(dòng)作，以便使其對物件產(chǎn)生一定的沖擊力，使其發(fā)生形變或破碎。本系統(tǒng)是用上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制。主要是控制液壓系統(tǒng)完成基本的動(dòng)作：液缸的自由進(jìn)退，從而實(shí)現(xiàn)對物體的夾持或震撞?？偟目刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)是：上位機(jī)用力控組態(tài)軟件做人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)各種控制的可視化;下位用PLC實(shí)現(xiàn)電磁換向閥、變頻器的控制;利用組態(tài)軟件對PLC的監(jiān)控實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。

1.工藝簡介

液壓傳動(dòng)在機(jī)床上應(yīng)用很廣，具體的結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，下面簡要介紹本系統(tǒng)動(dòng)作情況。如圖1所示，液壓缸固定不動(dòng)，活塞連同活塞桿帶動(dòng)工作臺(tái)可以作向左或向右的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖1中所示為電磁換向閥6的左端電磁鐵通電而右端的電磁鐵斷電狀態(tài)，將閥芯推向右端。液壓泵3由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，通過其內(nèi)部密封腔的容積變化，將油液從油箱1中，經(jīng)濾油器2、油管吸入，并經(jīng)電磁換向閥6壓入液壓缸7的左腔。迫使液壓缸左腔容積不斷增大，推動(dòng)活塞及活塞桿連同工作臺(tái)向右移動(dòng)。液壓缸左腔的回油，經(jīng)油管、電磁換向閥排回油箱1。當(dāng)換向閥左端電磁鐵斷電而右端通電時(shí)，液壓油便進(jìn)入液壓缸的右腔，推動(dòng)活塞及活塞桿向左運(yùn)動(dòng)。當(dāng)這兩個(gè)過程交替實(shí)現(xiàn)時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)了。當(dāng)電磁換向閥6的左右端電磁鐵都斷電時(shí)，閥芯在兩端彈簧的作用下，處于中間位置。這時(shí)，液壓缸的左腔、右腔、進(jìn)油路及回油路之間均不相通，活塞及活塞桿連同工作臺(tái)便停止不動(dòng)。由此可見，電磁換向閥是控制油液流動(dòng)方向的。

圖1 液壓動(dòng)作原理

2.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1硬件設(shè)計(jì)

圖2 PLC與變頻器連接土

如圖2所示，為系統(tǒng)中PLC與變頻器及電磁閥的接線圖。PLC控制變頻器實(shí)現(xiàn)“八段速調(diào)速”，以便能夠根據(jù)工作的需要通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法來改變輸出壓力。這樣使得運(yùn)轉(zhuǎn)中的節(jié)能效果明顯，降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本。變頻器可以通過控制端子來實(shí)現(xiàn)頻率的改變。系統(tǒng)采用OMRON 和臺(tái)達(dá)VFD-A型號(hào)變頻器，此變頻器可以通過控制端子MI1、MI2、MI3來實(shí)現(xiàn)八種速度的調(diào)節(jié)。具體操作為：首先在變頻器內(nèi)部設(shè)置好相關(guān)參數(shù)，PR.16、PR.17、PR.18、PR.19、PR.20、PR.21、PR.22七個(gè)參數(shù)的設(shè)定值為七個(gè)不同的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，再加上初始頻率總共有八個(gè)頻率，便可以實(shí)現(xiàn)“八段速調(diào)速”了。其控制信號(hào)是通過上述三個(gè)端子MI1、MI2、MI3接收的，即這三個(gè)端子可以實(shí)現(xiàn)八種組合，如下表所示：

這樣便可以方便的實(shí)現(xiàn)調(diào)速了。

變頻器上的FWD控制端子是實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)/停止控制的;REV是反轉(zhuǎn)/停止控制信號(hào)接線端子。由于本設(shè)計(jì)中所用電機(jī)帶動(dòng)的是液壓泵，由其運(yùn)轉(zhuǎn)方式?jīng)Q定了電機(jī)不能夠反轉(zhuǎn)。為了防止反轉(zhuǎn)情況的發(fā)生，首先把變頻器內(nèi)部參數(shù)PR.24（反轉(zhuǎn)禁止設(shè)定）設(shè)為d0001即可使得變頻器拒絕接收反轉(zhuǎn)命令。然后在變頻器控制端子接線時(shí)只接FWD端子就可以了。為了對液壓系統(tǒng)的液壓泵以及輔助設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速在一個(gè)比較安全合理的范圍內(nèi)，對變頻器PR.36、PR.37進(jìn)行設(shè)定，其設(shè)定值就是允許的輸出頻率上、下限值。

電磁換向閥是由兩個(gè)線圈來分別控制兩端電磁鐵的吸合的，如圖2所示。當(dāng)有一端的線圈接通時(shí)另一個(gè)必須斷開，這樣才能保證換向閥滑塊的正常運(yùn)動(dòng)，不然會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)電磁鐵同時(shí)吸合的情況，滑塊兩端就會(huì)同時(shí)受力，使得系統(tǒng)不能正常工作。所以兩個(gè)線圈在控制時(shí)就必須設(shè)置互鎖，通過硬件和軟件兩重互鎖來保證。

2.2 PLC程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中PLC的主要作用就是控制變頻器8段速調(diào)速和電磁換向閥。系統(tǒng)流程圖如圖3。本系統(tǒng)的功能完成主要靠PLC內(nèi)的程序來實(shí)現(xiàn)，有些控制可以由上位機(jī)來干預(yù)。由于PLC有著極好的穩(wěn)定性、所以設(shè)備的大部分控制功能都由PLC來實(shí)現(xiàn)。運(yùn)轉(zhuǎn)方式分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種。

2.2.1手動(dòng)方式。

設(shè)計(jì)中的手動(dòng)方式可以控制電機(jī)的起停、變頻器的正常八速段調(diào)速、電磁閥的吸合控制。是為了在精度要求不高的時(shí)候或作簡單測驗(yàn)時(shí)（比如測試電機(jī)負(fù)載情況）能夠用較簡潔的方式來控制系統(tǒng)的運(yùn)行。

2.2.2自動(dòng)方式。

本設(shè)計(jì)中的自動(dòng)方式下可以按預(yù)定的方式完成活塞桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。要求活塞桿能夠在到達(dá)一個(gè)終點(diǎn)以后經(jīng)過預(yù)先設(shè)置好的時(shí)間后返回。這就要求電磁換向閥的兩個(gè)線圈必須隔一定的時(shí)間輪流吸合或放開。整個(gè)過程可以讓PLC內(nèi)部的程序來完成，而不需要人的干預(yù)。如果需要切換控制方式，則可以用上位機(jī)人機(jī)界面上的轉(zhuǎn)換控制按鈕或用外接開關(guān)強(qiáng)行轉(zhuǎn)換。

圖3 軟件流程圖

3. 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

人機(jī)界面采用力控組態(tài)軟件為開發(fā)平臺(tái)，通過組態(tài)軟件的PLC驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)圖形與PLC內(nèi)寄存器的動(dòng)畫連接，從而可實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。限于篇幅，此處略，系統(tǒng)人機(jī)界面如圖4

圖4 人機(jī)界面圖

4.調(diào)試

在計(jì)算機(jī)上，通過人機(jī)界面進(jìn)行調(diào)試。電機(jī)開始可以以正常速度啟動(dòng)，在到達(dá)穩(wěn)定以后先把電磁閥打向左邊，讓活塞桿向外探出。當(dāng)活塞桿到達(dá)行程的左限是就不能繼續(xù)前進(jìn)，但由于溢流閥的作用使得對外輸出壓力為一恒定值，通過調(diào)節(jié)溢流閥開口的大小，可以調(diào)整此值的大小?；钊麠U的進(jìn)退速度跟電機(jī)轉(zhuǎn)速、溢流閥開量均有關(guān)系：當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，活塞桿的進(jìn)退速度就增加，反之降低;當(dāng)溢流閥的開量增加時(shí)，進(jìn)退速度就會(huì)減小，反之加快。

調(diào)試結(jié)果表明，PLC控制運(yùn)行無誤，系統(tǒng)完全符合要求。該系統(tǒng)已應(yīng)用于我校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，取得良好的效果，并順利通過有關(guān)驗(yàn)收，有較高的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

1.何衍慶，可編程控制器原理及應(yīng)用技巧，化學(xué)工業(yè)出版社1998

作者簡介：張智杰 男，（1970-）高級(jí)工程師 畢業(yè)于山東科技大學(xué)電氣自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)主要從事計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、PLC應(yīng)用系統(tǒng)的科研與教學(xué)工作。