PLC在液壓實驗裝置控制系統(tǒng)中的應用

陳建華

（湖北交通職業(yè)技術學院，湖北武漢430079）

1 引言

可編程序控制器（PLC）廣泛應用于液壓系統(tǒng)控制與監(jiān)控方面，現(xiàn)有的液壓實驗設備主要是是在傳統(tǒng)液壓實驗臺基礎上增加PLC控制設備和控制功能，在實驗臺上不僅能夠完成液壓回路的組裝，掌握液壓系統(tǒng)原理，分析液壓系統(tǒng)性能，還能熟悉PLC可編程序的控制功能、控制原理及編程技巧，并進行實驗驗證［1］。

2 液壓實驗裝置的組成及控制原理

液壓實驗裝置主要由液壓實驗臺與電氣控制系統(tǒng)組成。

液壓實驗臺主要有2個油泵、各種液壓控制閥、油管、蓄能器和三通接頭等組成。2個油泵分別為1個定量泵和1個變量泵，各配有1臺電動機，實驗臺油路連接采用快速接頭，搭建不同的液壓回路［2］。

電氣控制系統(tǒng)是用上位機實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制，主要是控制液壓缸完成基本的動作?？刂葡到y(tǒng)的總體結構是：上位機用力控組態(tài)軟件作為人機界面，實現(xiàn)各種控制的可視化，下位機用PLC實現(xiàn)電磁換向閥、變頻器的控制，利用組態(tài)軟件對PLC的監(jiān)控實現(xiàn)系統(tǒng)和實時控制［3］。

PLC是電氣控制的核心元件，主要由操作者將控制系統(tǒng)所對應的程序編寫調試完成后，通過編程器將程序寫入PLC存儲器中，同時將所用到的輸入元件及輸出元件連接到PLC的輸入輸出端。

3 液壓回路控制原理

3.1 液壓回路圖

液壓實驗臺根據(jù)工作需要可以搭接不同的回路，實現(xiàn)不同運動和控制，下面以液壓系統(tǒng)速度換接回路為例進行說明，速度換接回路的作用是使執(zhí)行元件在一個工作循環(huán)中從一種速度切換到另一種速度。該回路通過二位三通換向閥與節(jié)流閥的串接，實現(xiàn)油缸的速度及方向的轉換。如圖1所示。

圖1 液壓系統(tǒng)速度換接回路

3.2 液壓回路動作分析

按下啟動按紐，將定量油泵啟動，在控制面板上將手動/自動開關轉到自動位置，在上位機可視化界面上點擊電磁換向閥得電按紐SB0，YA2得電。其工作循環(huán)如下：

3.2.1 活塞桿快進：YA2 得電，YA3、YA4 失電，三位四通電磁換向閥左位和二位三通閥右位工作，壓力油經(jīng)過電磁換向閥進入油缸無桿腔，活塞桿右行，活塞桿運行速度較快；

3.2.2 活塞桿工進：當活塞桿頭部到達接近開關SQ2時，YA4得電，二位三通閥左位工作，此時壓力油通過節(jié)流閥進入油缸無桿腔，調節(jié)節(jié)流閥的開口，活塞桿就可以得到一個相對較慢的工作速度；

3.2.3 運動延時：當活塞桿頭部到達接近開關SQ3時，YA2、YA3、YA4失電，活塞桿停止運行，時間繼電器工作，延時3S；

3.2.4 活塞桿快退：延時時間到后，YA3得電，YA2失電，三位四通電磁換向閥右位和二位三通閥右位工作，活塞桿快速返回；

當活塞桿頭部到達接近開關SQ1時，YA2得電，YA3、YA4失電，油缸進行下一個循環(huán)運動。液壓回路元件動作順序見表1。

表1 電磁鐵動作順序表

注：“＋”表示得電，“-”表示失電

4 PLC控制液壓實驗臺功能的實現(xiàn)

4.1 PLC 的控制原理

PLC是一種可編程的控制器，結合液壓速度換接回路原理，PLC通過編制相關的程序，把指令信號作為PLC的輸入，PLC輸出的控制信號則驅動實驗臺上各個電磁閥的電磁鐵動作，進而控制液壓系統(tǒng)油路的流動方向，從而使實驗臺處于不同的工作狀態(tài)，達到控制系統(tǒng)的目的［4］。

用PLC進行控制不但可以輕易地實現(xiàn)相關動作，還可以對設備中機械裝置、電路等相關硬件作適當調整，通過不同程序實現(xiàn)不同的動作組合。

由于速度換接控制回路有固定的順序動作，故采用順序功能圖（SFC）方法編寫，也可以采用其他方法編程，液壓回路控制輸入輸出I/O分配表如表2所示，PLC、電磁閥、電源及按鈕的接線圖如圖2所示［5-6］。

表2 I/O地址分配表

圖2 PLC I/O接點配置圖

4.2 速度換接回路順序功能圖

通過分析速度換接回路的工作特點，編寫回路控制的順序功能圖，其中M0為自鎖電路記憶停止信號，如圖3所示，順序功能圖如圖 4 所示［7］。

圖3 記憶停止信號

圖4 速度換接回路和順序功能圖

4.3 PLC 控制程序編寫

根據(jù)換接回路特點和順序功能圖，在GX-Works2三菱軟件中編寫程序，進行轉換和模擬運行，然后將程序傳送到PLC，搭接好液壓回路，進行驗證。換接回路控制梯形圖如圖5所示。

圖5 速度換接回路梯形圖

5 結束語

采用PLC對液壓實驗臺進行控制，不僅克服了傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的可靠性差、響應時間慢等缺點，提高了系統(tǒng)運行的精度；而且簡化了控制線路，增強了控制系統(tǒng)的功能，特別是改變工藝路線時，只需改變控制程序，系統(tǒng)元件不需重新安裝，提高了系統(tǒng)工作的靈活性，降低了系統(tǒng)運行的故障率；同時結合液壓回路的控制運行有利于提高液壓和PLC控制技術，有利于對實驗結果進行驗證分析。