PLC在液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

王 敏

（遼河化工廠，沈陽(yáng)遼中 110200）

1 引言

系統(tǒng)是用上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)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)軟件作為人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)各種控制的可視化；下位機(jī)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(duì)PLC的監(jiān)控實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)控制。

2 工藝簡(jiǎn)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，液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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)可以向左或向右往復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖中所示為電磁換向閥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。液壓泵由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)其內(nèi)部密封的容積變化，將油液經(jīng)濾油器及油管從油箱中吸入，并經(jīng)電磁換向閥壓入液壓缸的左腔。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)。液壓缸右腔的回油，經(jīng)油管電磁換向閥排回油箱。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(guò)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(jiàn)，電磁換向閥是控制油液流動(dòng)方向的。

圖1 液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中PLC與變頻器及電磁閥的接線圖如圖2所示。PLC變頻器實(shí)現(xiàn)“八段速調(diào)速”，以便根據(jù)工作的需要通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法來(lái)改變輸出壓力。這樣能達(dá)到運(yùn)轉(zhuǎn)中的節(jié)能效果，降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本。變頻器可以通過(guò)控制端子來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率的改變。系統(tǒng)采用VFD—A型號(hào)變頻器，此變頻器可以通過(guò)控制端子M11、M12、M13來(lái)實(shí)現(xiàn)8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 7個(gè)參數(shù)的設(shè)定值為 7個(gè)不同的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，再加上初始頻率總共8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(guò)上述3個(gè)端子M11、M12、M13接收的，即這3個(gè)端子可以實(shí)現(xiàn)8種組合，如表1所示。

變頻器上的FWD控制端子用來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)／停止控制﹔REV是反轉(zhuǎn)／停止控制信號(hào)接線端子。由于本設(shè)計(jì)中所用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的是液壓泵，由其運(yùn)轉(zhuǎn)方式?jīng)Q定了電動(dòng)機(jī)不能夠反轉(zhuǎn)。為了防止發(fā)生反轉(zhuǎn)，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即可使變頻器拒絕反轉(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(duì)液壓系統(tǒng)的液壓泵以及輔助設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在一個(gè)比較安全合理的范圍內(nèi)，對(duì)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。

表1

圖2 PLC與變頻器及電磁閥的接線圖

電磁換向閥是由兩個(gè)線圈來(lái)分別控制兩端電磁鐵的吸合。當(dāng)有一端的線圈接通時(shí)另一個(gè)必須斷開(kāi)，這樣才能保證換向閥滑動(dòng)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(guò)硬件和軟件兩重互鎖來(lái)保證。

（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八段速調(diào)速和電磁換向閥。系統(tǒng)流程圖如圖3所示。本系統(tǒng)的功能完成主要靠PLC內(nèi)的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，有些控制可以由上位機(jī)來(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)。運(yùn)轉(zhuǎn)方式分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種。

圖3 系統(tǒng)流程圖

①手動(dòng)方式

可以控制電動(dòng)機(jī)的啟停、變頻器的正常八速段調(diào)速、電磁閥的吸合控制。它是為了在精度要求不高或作簡(jiǎn)單測(cè)驗(yàn)時(shí)（比如測(cè)試電動(dòng)機(jī)負(fù)載情況）能夠用較簡(jiǎn)潔的方式控制系統(tǒng)運(yùn)行。

②自動(dòng)方式

可以按預(yù)定的方式完成活塞桿往復(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(guò)預(yù)先設(shè)置好的時(shí)間后返回。這就要求換向閥的兩個(gè)線圈必須隔一定的時(shí)間輪流吸合或放開(kāi)。整個(gè)過(guò)程可以由PLC內(nèi)部的程序來(lái)完成，而不需要手動(dòng)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)換控制按鈕或外接開(kāi)關(guān)強(qiáng)行轉(zhuǎn)換。

4 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

人機(jī)界面采用力控組態(tài)軟件作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)組態(tài)軟件的PLC驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)圖形與PLC內(nèi)存器的動(dòng)畫(huà)連接，從而實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

5 調(diào)試

在計(jì)算機(jī)上，通過(guò)人機(jī)界面進(jìn)行調(diào)試。電動(dòng)機(jī)開(kāi)始可以正常速度啟動(dòng)，在達(dá)到穩(wěn)定后先把電磁閥打向左邊，讓活塞桿向外探出。當(dāng)活塞桿達(dá)到行程的左限時(shí)就不能繼續(xù)前進(jìn)，但由于溢流閥的作用使對(duì)外輸出壓力為恒定值，通過(guò)調(diào)節(jié)溢流閥開(kāi)量的大小，可以調(diào)整此值的大小。活塞桿的進(jìn)退速度跟電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、溢流閥開(kāi)量均有關(guān)系：當(dāng)電動(dòng)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(kāi)量增加時(shí)，進(jìn)退速度就會(huì)減少，反之加快。