高壓膠管試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)總體方案

摘 要：文章主要介紹高壓膠管實(shí)驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，提出三種控制方案，并予以分析，提出了“PLC+觸摸屏”控制方式作為本次高壓膠管實(shí)驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)控制系統(tǒng)的總體方法。

關(guān)鍵詞：膠管試驗(yàn)臺(tái)；控制系統(tǒng)；PLC；觸摸屏

1 高壓膠管試驗(yàn)臺(tái)分析

1.1 高壓膠管實(shí)驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)介

高壓膠管實(shí)驗(yàn)臺(tái)是一種主要適用于液態(tài)膠管以及液態(tài)元件的設(shè)備，其主要應(yīng)用于液壓元件的爆破，耐壓測(cè)試等，其設(shè)備主要應(yīng)用于液壓膠管的生產(chǎn)工程，產(chǎn)品質(zhì)量管理的檢驗(yàn)所，以及對(duì)各種液壓膠管以及元件的生產(chǎn)檢驗(yàn)和生產(chǎn)研究。

文章中的高壓膠管爆破試驗(yàn)臺(tái)主要采用計(jì)算機(jī)控制整個(gè)液壓的過(guò)程，可以實(shí)現(xiàn)最大為200MPa壓力等級(jí)的膠管、軟管、銅管、以及不銹鋼管的爆破實(shí)驗(yàn)以及封閉試驗(yàn)。

1.2 高壓膠管實(shí)驗(yàn)臺(tái)的工作原理分析

高壓膠管實(shí)驗(yàn)臺(tái)的工作原理如下：（1）首先要進(jìn)行整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)

的連接，先將液壓支架軟管總成安裝至試驗(yàn)臺(tái)上，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行通電，通過(guò)充氣壓縮機(jī)并將其內(nèi)部的氣體壓力調(diào)整至需要的數(shù)值。（2）在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將電源接通啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)按鈕，啟動(dòng)充液泵。（3）轉(zhuǎn)到加載位置，關(guān)閉卸荷閥口，通過(guò)逐步增加充液泵的驅(qū)動(dòng)氣體壓力，觀察充液泵的驅(qū)動(dòng)壓力，直至數(shù)字壓力達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需要的壓力為止。（4）達(dá)到實(shí)驗(yàn)壓力之后，設(shè)置保壓，并在實(shí)驗(yàn)規(guī)定的保壓時(shí)間之后，進(jìn)行卸荷處理。（5）更換試液軟管總成，重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)。

2 煤炭企業(yè)對(duì)控制系統(tǒng)的要求

經(jīng)過(guò)對(duì)整個(gè)煤炭企業(yè)的實(shí)際運(yùn)作，進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研、分析和綜合，進(jìn)而提出更加具體、詳細(xì)的要求，在征求得實(shí)驗(yàn)臺(tái)管理部門的同意之后進(jìn)行試驗(yàn)控制系統(tǒng)的升級(jí)和改造，以下為改造的主要方案內(nèi)容：

2.1 最大限度幫助煤炭企業(yè)的生產(chǎn)工藝的實(shí)驗(yàn)要求

在設(shè)計(jì)之前，需要確定煤炭企業(yè)在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)臺(tái)的主要工藝要求，并從真正意義上了解整個(gè)煤炭企業(yè)對(duì)于生產(chǎn)工藝的需求和流程，這樣才能夠保證整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的開發(fā)不會(huì)出現(xiàn)反復(fù)，而且保證對(duì)整個(gè)液壓傳送機(jī)的控制方向。

2.2 在實(shí)現(xiàn)高壓膠管試驗(yàn)臺(tái)的自動(dòng)控制前提下，實(shí)現(xiàn)控制線路簡(jiǎn)單、方便

（1）選取標(biāo)準(zhǔn)化器件，保證整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能夠簡(jiǎn)單方便。（2）使用最短的導(dǎo)線數(shù)量和長(zhǎng)度。（3）使用標(biāo)準(zhǔn)的元件，且使用的器件屬于相同型號(hào)。（4）盡量讓控制系統(tǒng)節(jié)能省電。

2.3 操作簡(jiǎn)易性和易維修

控制系統(tǒng)應(yīng)操作簡(jiǎn)單和便利，能迅速和方便地由一種控制方式轉(zhuǎn)換到另一種控制形式。該系統(tǒng)中設(shè)有自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制，使工業(yè)生產(chǎn)和設(shè)備維護(hù)有效進(jìn)行。

3 高壓膠管試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的總體升級(jí)方案

高壓膠管試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)主要的性能在于控制系統(tǒng)的使用，為了能夠讓試驗(yàn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜環(huán)境下的控制任務(wù)，文章主要從系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，通過(guò)研究控制器以及合理的采用執(zhí)行元件，檢測(cè)元件，以及支持元件等組成的控制系統(tǒng)，使得整個(gè)控制系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化。

3.1 控制系統(tǒng)的方案

3.1.1 控制系統(tǒng)方案。在本系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程中一定要將各個(gè)控制元件實(shí)現(xiàn)相互協(xié)調(diào)，相互配合才能鞏固實(shí)現(xiàn)高壓膠管爆破過(guò)程，因此在控制系統(tǒng)中的核心部分主要是對(duì)可編程序控制器（PLC）進(jìn)行處理，PLC在采集輸入信號(hào)之后，控制各個(gè)相應(yīng)的設(shè)備，并實(shí)時(shí)跟蹤整個(gè)爆破壓力的測(cè)試過(guò)程。系統(tǒng)具有良好的手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種方式，自動(dòng)控制的方式是設(shè)備直接運(yùn)行之后，系統(tǒng)PLC按照原先設(shè)定好的程序周期進(jìn)行運(yùn)行；手動(dòng)控制方式是通過(guò)手動(dòng)操作面板直接控制設(shè)備的各個(gè)動(dòng)作，并根據(jù)動(dòng)作來(lái)獲得某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的詳細(xì)值。

3.1.2 各控制方案的分析與控制方案的選擇。方案一：工業(yè)計(jì)算機(jī)控制高壓膠管實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)。使用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)可以通過(guò)個(gè)人電腦的PCI總線和高壓膠管PC/104總線相互結(jié)合，并采用多功能卡的方式，連接對(duì)應(yīng)的設(shè)備控制程序，但這其中存在著一個(gè)比較難以解決的問(wèn)題，就是一旦工控機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)軟硬件故障，如沒(méi)有專業(yè)設(shè)備將會(huì)很難診斷故障元件的問(wèn)題，并且使用專業(yè)設(shè)備將會(huì)導(dǎo)致維修時(shí)長(zhǎng)增加、維修難度提升，且非專業(yè)人員無(wú)法維修，進(jìn)而增加人員成本，因此本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不考慮工業(yè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。方案二：采用典型的單片機(jī)控制系統(tǒng)。使用單片機(jī)控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、控制方便、擴(kuò)展容易、且成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在使用單片機(jī)時(shí)可以進(jìn)行儀器儀表的控制。但由于單片機(jī)需要I/O輸出闡述去控制外部的設(shè)備，而且單片機(jī)對(duì)于設(shè)備的驅(qū)動(dòng)控制能力有限，對(duì)于一些大功率的設(shè)備都無(wú)法實(shí)現(xiàn)，而且在試驗(yàn)臺(tái)中不少設(shè)備需要強(qiáng)電進(jìn)行設(shè)備驅(qū)動(dòng)，而單片機(jī)在開關(guān)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的電磁干擾，這有可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰的現(xiàn)象。因此為保證單片機(jī)控制系統(tǒng)，不但需要增加上驅(qū)動(dòng)電路，而且還要在設(shè)計(jì)過(guò)程中增加強(qiáng)弱電隔離等措施，這就會(huì)無(wú)形之中讓整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)增加復(fù)雜性和不確定性，而且設(shè)計(jì)研發(fā)的周期、成本都會(huì)有所增加，因此本系統(tǒng)設(shè)計(jì)也不考慮單片機(jī)控制系統(tǒng)的方案。方案三：PLC控制系統(tǒng)。可編程序控制器（簡(jiǎn)稱PLC），是一種直接面向用戶的專用控制計(jì)算機(jī)，其具有非常多的優(yōu)點(diǎn)。首先，其可靠性強(qiáng)，具有很強(qiáng)的抗干擾力。其采用的電子器件大都屬于工業(yè)專用，在軟硬件的設(shè)計(jì)上還采用了高屏蔽、高濾波以及光電隔離等內(nèi)容，這讓PLC具有非常強(qiáng)大的抗干擾能力，其平均無(wú)故障時(shí)間可以達(dá)到上萬(wàn)小時(shí)。其次，編程方法簡(jiǎn)單、直觀。PLC采用的是面向?qū)刂七^(guò)程的梯形圖語(yǔ)言，這種語(yǔ)言直觀，一般具有電工知識(shí)的人員在短時(shí)間內(nèi)都可以學(xué)會(huì)并良好的掌握。加上計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)和傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)的隔閡在PLC上完全不存在，僅僅需要修改部分的程序就可以實(shí)現(xiàn)。再次，PLC已經(jīng)對(duì)內(nèi)部的控件進(jìn)行模塊化、系列化的設(shè)計(jì)，它可以通過(guò)組合的方式形成了更多的具有不同系統(tǒng)功能、操作方案、規(guī)模差異的控制系統(tǒng)，適應(yīng)性非常強(qiáng)。最后PLC的維護(hù)非常簡(jiǎn)單，其自帶的自我診斷功能和監(jiān)視功能，可以迅速找到故障點(diǎn)，并可以盡快排出問(wèn)題。因此本系統(tǒng)主要采用PLC控制系統(tǒng)。

3.2 控制系統(tǒng)的總體升級(jí)方案設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章是針對(duì)實(shí)驗(yàn)室高壓膠管試驗(yàn)臺(tái)的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，解決了實(shí)際運(yùn)行中系統(tǒng)不夠穩(wěn)定和維修難的問(wèn)題。高壓膠管試驗(yàn)臺(tái)的控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行良好，取得的試驗(yàn)曲線效果較好，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：王飛（1981-），男，籍貫：山西省襄汾縣，學(xué)歷：本科，職稱：工程師，研究方向：煤機(jī)檢測(cè)。