PLC在液壓傳動控制中的應用
關(guān)鍵詞:PLC; 液壓傳動;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)讓液壓缸實現(xiàn)自由進退動作,以便完成預想的‘夾持’和‘震撞’兩個功能?!畩A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,以便對其進行固定或搬運。‘震撞’方式即:讓液壓缸的活塞桿快速、高壓地完成進退動作,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)是用上位機實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制。主要是控制液壓系統(tǒng)完成基本的動作:液缸的自由進退,從而實現(xiàn)對物體的夾持或震撞??偟目刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)是:上位機用力控組態(tài)軟件做人機界面,實現(xiàn)各種控制的可視化;下位用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)的實時控制。
1.工藝簡介
液壓傳動在機床上應用很廣,具體的結(jié)構(gòu)也很復雜,下面簡要介紹本系統(tǒng)動作情況。如圖1所示,液壓缸固定不動,活塞連同活塞桿帶動工作臺可以作向左或向右的往復運動。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由電動機帶動旋轉(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,推動活塞及活塞桿連同工作臺向右移動。液壓缸左腔的回油,經(jīng)油管、電磁換向閥排回油箱1。當換向閥左端電磁鐵斷電而右端通電時,液壓油便進入液壓缸的右腔,推動活塞及活塞桿向左運動。當這兩個過程交替實現(xiàn)時,就可以實現(xiàn)工作臺的往復運動了。當電磁換向閥6的左右端電磁鐵都斷電時,閥芯在兩端彈簧的作用下,處于中間位置。這時,液壓缸的左腔、右腔、進油路及回油路之間均不相通,活塞及活塞桿連同工作臺便停止不動。由此可見,電磁換向閥是控制油液流動方向的。
圖1 液壓動作原理
2.PLC控制系統(tǒng)設計
2.1硬件設計

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)電機轉(zhuǎn)速的方法來改變輸出壓力。這樣使得運轉(zhuǎn)中的節(jié)能效果明顯,降低系統(tǒng)的運行成本。變頻器可以通過控制端子來實現(xiàn)頻率的改變。系統(tǒng)采用OMRON 和臺達VFD-A型號變頻器,此變頻器可以通過控制端子MI1、MI2、MI3來實現(xiàn)八種速度的調(diào)節(jié)。具體操作為:首先在變頻器內(nèi)部設置好相關(guān)參數(shù),PR.16、PR.17、PR.18、PR.19、PR.20、PR.21、PR.22七個參數(shù)的設定值為七個不同的運轉(zhuǎn)頻率,再加上初始頻率總共有八個頻率,便可以實現(xiàn)“八段速調(diào)速”了。其控制信號是通過上述三個端子MI1、MI2、MI3接收的,即這三個端子可以實現(xiàn)八種組合,如下表所示:

這樣便可以方便的實現(xiàn)調(diào)速了。
變頻器上的FWD控制端子是實現(xiàn)電機正轉(zhuǎn)/停止控制的;REV是反轉(zhuǎn)/停止控制信號接線端子。由于本設計中所用電機帶動的是液壓泵,由其運轉(zhuǎn)方式?jīng)Q定了電機不能夠反轉(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)禁止設定)設為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備進行保護,使得電機轉(zhuǎn)速在一個比較安全合理的范圍內(nèi),對變頻器PR.36、PR.37進行設定,其設定值就是允許的輸出頻率上、下限值。
電磁換向閥是由兩個線圈來分別控制兩端電磁鐵的吸合的,如圖2所示。當有一端的線圈接通時另一個必須斷開,這樣才能保證換向閥滑塊的正常運動,不然會出現(xiàn)兩個電磁鐵同時吸合的情況,滑塊兩端就會同時受力,使得系統(tǒng)不能正常工作。所以兩個線圈在控制時就必須設置互鎖,通過硬件和軟件兩重互鎖來保證。
2.2 PLC程序設計
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)的程序來實現(xiàn),有些控制可以由上位機來干預。由于PLC有著極好的穩(wěn)定性、所以設備的大部分控制功能都由PLC來實現(xiàn)。運轉(zhuǎn)方式分為手動和自動兩種。
2.2.1手動方式。
設計中的手動方式可以控制電機的起停、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候或作簡單測驗時(比如測試電機負載情況)能夠用較簡潔的方式來控制系統(tǒng)的運行。
2.2.2自動方式。
本設計中的自動方式下可以按預定的方式完成活塞桿的往復運動。要求活塞桿能夠在到達一個終點以后經(jīng)過預先設置好的時間后返回。這就要求電磁換向閥的兩個線圈必須隔一定的時間輪流吸合或放開。整個過程可以讓PLC內(nèi)部的程序來完成,而不需要人的干預。如果需要切換控制方式,則可以用上位機人機界面上的轉(zhuǎn)換控制按鈕或用外接開關(guān)強行轉(zhuǎn)換。

圖3 軟件流程圖
3. 人機界面設計
人機界面采用力控組態(tài)軟件為開發(fā)平臺,通過組態(tài)軟件的PLC驅(qū)動,實現(xiàn)圖形與PLC內(nèi)寄存器的動畫連接,從而可實時監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)。限于篇幅,此處略,系統(tǒng)人機界面如圖4

圖4 人機界面圖
4.調(diào)試
在計算機上,通過人機界面進行調(diào)試。電機開始可以以正常速度啟動,在到達穩(wěn)定以后先把電磁閥打向左邊,讓活塞桿向外探出。當活塞桿到達行程的左限是就不能繼續(xù)前進,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。活塞桿的進退速度跟電機轉(zhuǎn)速、溢流閥開量均有關(guān)系:當電機轉(zhuǎn)速升高時,活塞桿的進退速度就增加,反之降低;當溢流閥的開量增加時,進退速度就會減小,反之加快。
調(diào)試結(jié)果表明,PLC控制運行無誤,系統(tǒng)完全符合要求。該系統(tǒng)已應用于我校的實驗教學,取得良好的效果,并順利通過有關(guān)驗收,有較高的推廣價值。
參考文獻:
1.何衍慶,可編程控制器原理及應用技巧,化學工業(yè)出版社1998
作者簡介:張智杰 男,(1970-)高級工程師 畢業(yè)于山東科技大學電氣自動化專業(yè),現(xiàn)主要從事計算機控制系統(tǒng)、PLC應用系統(tǒng)的科研與教學工作。
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