電液控綜合試驗(yàn)臺設(shè)計

摘 要 論述設(shè)計電液控綜合試驗(yàn)臺的目的和意義，并闡述試驗(yàn)臺的組成及原理。該試驗(yàn)臺分為電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，其中電氣系統(tǒng)包括操作顯示部分和PLC+繼電器部分。分別設(shè)計該試驗(yàn)臺中組態(tài)軟件部分，并闡述其作用和設(shè)計內(nèi)容；PLC+繼電器部分，并闡述其作用和設(shè)計內(nèi)容；液壓系統(tǒng)部分，并闡述其工作原理和設(shè)計內(nèi)容。最后闡述通過該試驗(yàn)臺所能做的實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞 電液控；試驗(yàn)臺；組態(tài)軟件；PLC+繼電器；液壓

中圖分類號：TP315 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）04-0015-02

Abstract The purpose and significance of the design of the electro-

hydraulic and control test bench are expounded， and the composition and principle of the test bench are expounded. The test bench is di-vided into the electrical system， including operation display part and

PLC+relay part， and the hydraulic system. The configuration soft-

ware part， PLC+relay part， and the hydraulic system are designed，

and the working principle and the design contents are expounded. And at last， the experiment which can be done by this compre-hensive test bench are expounded.

Key words electro-hydraulic and control； test bench； configuration software； PLC+relay； hydraulic

1 引言

目前電液控系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，有液壓的地方基本都會有對應(yīng)的電氣控制系統(tǒng)，并且這樣的系統(tǒng)在各行各業(yè)都有大量的應(yīng)用。但是目前這樣的試驗(yàn)臺缺乏，現(xiàn)有的試驗(yàn)設(shè)備往往集成度高，試驗(yàn)單一，比如現(xiàn)有液壓與氣動實(shí)驗(yàn)室、PLC實(shí)驗(yàn)室等，很少有電氣與液壓集成的實(shí)驗(yàn)室；目前也有一些這樣的試驗(yàn)設(shè)備，集成PLC與液壓系統(tǒng)為一體，但是沒有把PLC的上位機(jī)組態(tài)軟件集成到一起。

基于此，設(shè)計電液控試驗(yàn)臺。通過在此試驗(yàn)臺上的試驗(yàn)學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)會如何通過電氣部分對液壓部分進(jìn)行控制，還能學(xué)會如何利用工控機(jī)，通過PLC上位機(jī)組態(tài)軟件對電氣及液壓部分進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集。

2 總體設(shè)計

圖1所示為電液控試驗(yàn)臺總體設(shè)計框圖，該試驗(yàn)臺的主要組成部分有電氣系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)，其中電氣系統(tǒng)包括操作顯示部分（工控機(jī)及組態(tài)部分）、PLC+繼電器部分。該試驗(yàn)臺的工作原理：工控機(jī)通過組態(tài)軟件對PLC進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集，PLC接收工控機(jī)的控制信號，并把相應(yīng)的數(shù)據(jù)利用組態(tài)軟件傳輸?shù)焦た貦C(jī)并且顯示；繼電器接收PLC的控制信息，進(jìn)而控制液壓系統(tǒng)；液壓系統(tǒng)按照接收到的信息進(jìn)行動作，并把相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳遞到PLC。該試驗(yàn)臺設(shè)計的內(nèi)容有電氣系統(tǒng)設(shè)計和液壓系統(tǒng)設(shè)計。

3 電氣系統(tǒng)設(shè)計

操作顯示部分設(shè)計 操作顯示部分通過組態(tài)軟件在工控機(jī)上顯示，主要是組態(tài)部分的設(shè)計。并且進(jìn)行組態(tài)監(jiān)控程序設(shè)計時，將監(jiān)控界面中的組態(tài)變量與PLC程序中對應(yīng)的變量寄存器進(jìn)行連接，讓它們一一對應(yīng)，借助MCGS6.2組態(tài)軟件的開發(fā)系統(tǒng)，設(shè)計出適合于電液控試驗(yàn)臺的監(jiān)控軟件。主要有操作控制按鈕設(shè)計（借助組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)）、數(shù)據(jù)采集數(shù)顯表設(shè)計以及保存歷史數(shù)據(jù)的設(shè)計。通過組態(tài)軟件界面可以對PLC進(jìn)行控制，還可以把系統(tǒng)相應(yīng)的量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

PLC+繼電器部分設(shè)計 把PLC及繼電器固定在試驗(yàn)臺上，留出線路接口，并給予標(biāo)注。設(shè)計的主要內(nèi)容如下所示。

1）PLC部分設(shè)計。PLC是電氣控制部分的核心，接收上位機(jī)組態(tài)軟件控制信息，經(jīng)過程序運(yùn)行后再發(fā)送出去，進(jìn)而控制繼電器、液壓系統(tǒng)等；數(shù)據(jù)采集部分主要通過EM231模塊來實(shí)現(xiàn)，采集試驗(yàn)系統(tǒng)中的壓力、流量、位置等數(shù)據(jù)，把采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后再發(fā)送到控制繼電器、液壓系統(tǒng)等，或通過組態(tài)軟件顯示到工控機(jī)界面上。

①PLC硬件設(shè)計。本實(shí)驗(yàn)臺使用西門子CPU226 PLC和一個EM231模塊，該部分主要是線路連接，根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行接線，主要包括PLC輸入部分的接線和輸出部分的接線。

②PLC程序設(shè)計。主程序是PLC程序主要部分，是各子程序入口，具有接收指令后，判斷子程序是否需要被激活的作用。初始化程序?qū)LC中各個變量賦予初值，是試驗(yàn)系統(tǒng)能夠遵照后續(xù)程序正常運(yùn)行的前提條件。手動程序的作用是使系統(tǒng)能夠接收操作指令，并對指令做出響應(yīng)，完成指定動作。自動程序是通過運(yùn)行可以讓設(shè)計好的試驗(yàn)系統(tǒng)按照一定的步驟自動運(yùn)行。模擬量轉(zhuǎn)換程序是經(jīng)壓力變送器調(diào)制電壓信號（0～5 V）進(jìn)入EM 231CN模擬量擴(kuò)展模塊，然后經(jīng)過程序轉(zhuǎn)換顯示出對應(yīng)物理量數(shù)值。運(yùn)算程序是PLC 程序中最為重要的程序段，包含系統(tǒng)工作過程中主要動作和主要運(yùn)算過程，是整個程序的核心。

③I/O口分配。I/O接口分配，把輸入輸出信息與PLC的I/O口一一對應(yīng)，進(jìn)而進(jìn)行控制操作及數(shù)據(jù)采集。根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)，可以進(jìn)行不同的I/O口分配。

2）繼電器部分設(shè)計。選用普通的繼電器，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，進(jìn)行繼電器的接線，如有延時，可選用時間繼電器。

4 液壓系統(tǒng)設(shè)計

借助普通液壓試驗(yàn)臺，試驗(yàn)臺的組成有液壓源（液壓泵、過濾器、溢流閥及液壓管線等組成）、控制閥（包括電磁換向閥、節(jié)流閥等）、液壓缸及管線。通過液壓試驗(yàn)臺能做以下實(shí)驗(yàn)。

1）液壓泵實(shí)驗(yàn)。了解液壓泵的工作特性；通過實(shí)驗(yàn)增加對液壓泵工作的感性認(rèn)識，如液壓泵工作時的振動、噪聲，油壓的脈動，油溫的升高等；掌握測試液壓泵工作性能的方法。

2）液壓回路實(shí)驗(yàn)。液壓回路是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，通過對液壓回路的動作觀察和動手操作，可加深對液壓回路組成元件和液壓回路工作原理的了解。液壓回路實(shí)驗(yàn)如下所示：

①換向回路，了解利用電磁換向閥控制雙桿液壓缸運(yùn)動、停止的原理；

②調(diào)速回路，了解利用節(jié)流閥或調(diào)速閥在液壓系統(tǒng)中調(diào)節(jié)液壓缸運(yùn)動速度的原理；

③多缸順序動作回路，了解由行程開關(guān)控制電磁換向閥的自動往復(fù)換向回路的基本原理。

通過該實(shí)驗(yàn)臺可以做如上液壓試驗(yàn)，接上對應(yīng)的繼電器及PLC線路等，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，安裝不同的液壓控制元件，用液壓管線組建液壓回路，就可以進(jìn)行不同的電液控綜合實(shí)驗(yàn)。

5 結(jié)論

此試驗(yàn)臺集成了液壓及電氣PLC部分、組態(tài)軟件。通過此試驗(yàn)臺，學(xué)生可做的實(shí)驗(yàn)有：

1）組態(tài)軟件的使用，包括控制與數(shù)據(jù)采集部分，與PLC對應(yīng)的接口連接；

2）PLC實(shí)驗(yàn)，包括硬線連接、程序設(shè)計及調(diào)試；

3）接口設(shè)計實(shí)驗(yàn)一，組態(tài)與PLC連接的接口設(shè)計實(shí)驗(yàn)；

4）繼電器實(shí)驗(yàn)，包括繼電器的選取、硬線連接；

5）接口設(shè)計實(shí)驗(yàn)二，PLC與繼電器接口連接設(shè)計實(shí)驗(yàn)；

6）液壓實(shí)驗(yàn)，包括液壓元件的選取、液壓回路的設(shè)計及調(diào)試；

7）電控綜合實(shí)驗(yàn)一，通過按鈕控制繼電器實(shí)驗(yàn)；

8）電控綜合實(shí)驗(yàn)二，通過按鈕控制PLC，進(jìn)而控制繼電器實(shí)驗(yàn)；

9）電液控綜合實(shí)驗(yàn)一，通過繼電器控制液壓系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)；

10）電液控綜合實(shí)驗(yàn)二，通過PLC控制液壓系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。

通過該試驗(yàn)臺的學(xué)習(xí)，學(xué)生更熟悉了繼電器、PLC及液壓部分；通過接口實(shí)驗(yàn)，學(xué)生更深入地理解了它們的連接關(guān)系；通過電液控綜合實(shí)驗(yàn)，學(xué)生更深入地理解了電液一體化。通過這些實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生學(xué)習(xí)電氣液壓一體化及機(jī)電一體化打好基礎(chǔ)，為將來走上工作崗位打好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]賈光政，張富臣，王顯偉.高壓氣體裝置性能檢測系統(tǒng)[J].化工自動化及儀表，2011，38（7）：800-801.

[2]郗安民，劉穎，曲開宏，等.機(jī)電系統(tǒng)教學(xué)試驗(yàn)臺[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2002，19（1）：24-26.

[3]王野牧，馬洪義.電液伺服比例綜合實(shí)驗(yàn)臺設(shè)計和研究[J].機(jī)械工程師，2011（5）：37-39.

[4]李永法.電液伺服閥綜合實(shí)驗(yàn)臺的研制[J].河南科技學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2009，37（2）：52-55.

[5]劉志奇，段鎖林，王明智.液壓泵綜合試驗(yàn)臺設(shè)計[J].太原重型機(jī)械學(xué)院學(xué)報，2000，21（1）：35-38.

[6]雷杰.50MPa液壓綜合試驗(yàn)臺的設(shè)計與研究[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報，2007，25（1）：103-106.

[7]孫永厚.液壓綜合試驗(yàn)臺設(shè)計[J].工程機(jī)械，2003（11）：

40-42.

[8]樊濤，牛曉華，吳兆遷.液壓綜合試驗(yàn)臺設(shè)計[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2008，36（8）：31-33.