基于PLC的高壓密封試驗臺的電控系統的設計

張晞++劉新星++吳七力++趙志敏++李鄭洋

摘要：隨著技術的發展，在處理開關量上取代了傳統控制裝置以來，PLC增加了模擬量處理和運動控制等功能。本文以三菱的FX3U系列為例，討論了高壓密封試驗臺的PLC控制系統的設計方法。

關鍵詞：高壓密封試驗臺 可編程邏輯控制器（PLC） FX3U 接線圖

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0011-02

0 引言

密封圈作為液壓系統中必不可少的一部分，發揮著無可替代的作用，它可靠性的高低直接決定了整個液壓系統能否正確、穩定的運行。研究表明，油液泄漏是威脅液壓系統正常工作最主要的原因之一，而密封圈失效則是造成油液泄漏最主要的原因。所以，對密封圈泄露的研究有著重要的意義。

本實驗臺主要通過檢測不同壓強下，使用不同密封圈時液壓缸內油液的溫度、壓力及密封圈與液壓缸摩擦力等數據的變化，來檢測密封圈的壽命，壓強最高可達150MPa，使檢驗的結果更加有實際意義。為更準確的檢驗出影響密封圈壽命的因素，試驗臺采用了由驅動缸帶動試驗缸進行往復運動，使試驗缸內油液的壓力更加簡單，盡量排出油液內部壓力變化的干擾。

本實驗臺采用以可編程邏輯控制器為核心的電控系統，最終實現試驗臺架的升降和驅動缸驅動的控制以及所需傳感器數據的采集。

1 PLC控制驅動缸臺架升降

為實現對不同缸徑的實驗缸均可進行同心及定量偏心加載，試驗臺需可對驅動缸進行定量的上下調整。本實驗臺采用步進電機帶動絲杠運動，每給一個脈沖，步進電機便旋轉一個步矩角，在絲杠螺距已知的情況下，通過調整PLC發出脈沖的頻率及脈沖數，來調整驅動缸臺架上下移動的速度及位移（如圖1所示）。

接線完成后，若步進電機轉動方向與要求相反，只需將A+、A-或B+、B-中的一對反接即可。

FX3U-64MT的脈沖輸出程序如上圖，PLSY為脈沖輸出指令，K1000指脈沖產生的頻率為1000Hz，K30000指輸出30000個脈沖后自動停止，若位K0時，脈沖將持續產生，Y000指脈沖額輸出端口。需要注意的是，步進電機只能在低速時直接啟動，若步進電機需要進行高速旋轉，則應該有一個加速啟動的的過程，同時停止時也應該有一個減速的過程，此時K1000可用斜坡信號產生的數據寄存器代替，如下圖所示：

預先將數據存入D2、D3中，通過斜坡指令RAMP使D1中的數據由D2變為D3，變化時間為1000個掃描周期，如果要使加速時間可控，可通過修改特殊寄存器D8039中的數據來恒定PLC的掃描周期。減速停止時只需將D2、D3交換即可。

2 PLC控制驅動缸往復運動

驅動缸動力源由液壓泵站提供，通過活塞桿感應接近開關的位置向PLC傳輸信號，控制三位四通電磁換向閥改變驅動缸的運動方向，最終實現試驗缸的往復運動。

若電磁換向閥所需驅動電流較大，應該在PLC與電磁換向閥之間接中間繼電器，以防燒毀PLC觸點。

FX3U-64MT型號的PLC設有S/S端，當需要漏型輸入時，短接24V與S/S端，X端與0V形成控制；當需要源型輸入時，短接0V與S/S端，X端與24V形成控制回路。以本實驗臺為例，選用的是NPN型接近開關，接線如圖2所示。

3 傳感器數據采集

由于PLC本質上仍然是一種工業控制計算機，只能夠處理數字量信息，因此無法直接處理像溫度等連續變化的模擬量信息，因此必須通過外設硬件進行處理，將模擬量轉化成數字量，然后進入PLC進行處理。

根據需要所借的傳感器的個數，最終選用FX3U-4AD特殊功能模塊，該模塊可同時接收四個模擬量輸入，可識別多種電流、電壓信號，并且可以通過數字濾波設定，讀取穩定的A/D轉換值。該模塊的接線如圖3所示。

使用電流輸入時，必須連接U+和I+端子。如果外部接線中有電氣干擾，可以接一個平滑電容器，同時應該使用屏蔽電纜，并且要有良好的接地。

模塊的寫入及讀取程序如上圖所示，FMOVP為多點傳送指令，BMOVP為呈批傳送指令，U0指與可編程控制器連接的第一個特殊功能模塊，G2/G10指該模塊的緩沖存儲器，K4指傳送的個數，D5為寫入的第一個數據寄存器。

4 高壓實驗臺的工作流程

高壓實驗臺的工作流程如圖4所示，開始時，高壓實驗臺通電，通過PLC控制步進電機調整驅動缸臺架的高度，當驅動缸與試驗鋼對齊后，停止步進電機的運轉，啟動泵站上的三相異步電機，帶動液壓泵運動，通過電磁換向閥實現驅動缸的往復運動，進而帶動試驗缸運動，直到往復次數達到計數器的要求，實驗完成后，高壓試驗臺斷電，全部按鍵復位。在實驗過程中，完成對傳感器數據的采集及保存。

5 結語

高壓密封試驗臺采用可編程邏輯控制器控制后，控制系統更加簡單可靠，接線及維護更加方便，通過數模轉換模塊，可同時采集多個傳感器的數據，可以形成各個傳感器的歷史數據報表，由于可編程邏輯控制器的使用，實現了試驗臺架升降和驅動缸驅動的精確控制，達到了所需的要求。

參考文獻：

[1]韓志強，劉曉婷.步進電機PLC控制的研究設計[J].輕工機械，2006，24（4）：114-115.

[2]初航，史進波.三菱FX系列PLC編程及應用[M].北京：電子工業出版社，2014.

[3]Xi Zhang，Dalong Wang.Design of lifting system in seals of the hydraulic support eccentric loading test bench based on PLC and stepper motor[J].Engineering Solutions for Manufacturing Processes Ⅳ 2014：902-905.

[4]三菱電機自動化（中國）有限公司.FX3U系列微型可編程控制器 用戶手冊[硬件篇][Z].上海：三菱電機自動化（中國）有限公司.

[5]三菱電機自動化（中國）有限公司.FX3G·FX3U·FX3UC系列微型可編程控制器用戶手冊（模擬量控制篇）[Z].上海：三菱電機自動化（中國）有限公司.

摘要：隨著技術的發展，在處理開關量上取代了傳統控制裝置以來，PLC增加了模擬量處理和運動控制等功能。本文以三菱的FX3U系列為例，討論了高壓密封試驗臺的PLC控制系統的設計方法。

關鍵詞：高壓密封試驗臺 可編程邏輯控制器（PLC） FX3U 接線圖

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0011-02

0 引言

密封圈作為液壓系統中必不可少的一部分，發揮著無可替代的作用，它可靠性的高低直接決定了整個液壓系統能否正確、穩定的運行。研究表明，油液泄漏是威脅液壓系統正常工作最主要的原因之一，而密封圈失效則是造成油液泄漏最主要的原因。所以，對密封圈泄露的研究有著重要的意義。

本實驗臺主要通過檢測不同壓強下，使用不同密封圈時液壓缸內油液的溫度、壓力及密封圈與液壓缸摩擦力等數據的變化，來檢測密封圈的壽命，壓強最高可達150MPa，使檢驗的結果更加有實際意義。為更準確的檢驗出影響密封圈壽命的因素，試驗臺采用了由驅動缸帶動試驗缸進行往復運動，使試驗缸內油液的壓力更加簡單，盡量排出油液內部壓力變化的干擾。

本實驗臺采用以可編程邏輯控制器為核心的電控系統，最終實現試驗臺架的升降和驅動缸驅動的控制以及所需傳感器數據的采集。

1 PLC控制驅動缸臺架升降

為實現對不同缸徑的實驗缸均可進行同心及定量偏心加載，試驗臺需可對驅動缸進行定量的上下調整。本實驗臺采用步進電機帶動絲杠運動，每給一個脈沖，步進電機便旋轉一個步矩角，在絲杠螺距已知的情況下，通過調整PLC發出脈沖的頻率及脈沖數，來調整驅動缸臺架上下移動的速度及位移（如圖1所示）。

接線完成后，若步進電機轉動方向與要求相反，只需將A+、A-或B+、B-中的一對反接即可。

FX3U-64MT的脈沖輸出程序如上圖，PLSY為脈沖輸出指令，K1000指脈沖產生的頻率為1000Hz，K30000指輸出30000個脈沖后自動停止，若位K0時，脈沖將持續產生，Y000指脈沖額輸出端口。需要注意的是，步進電機只能在低速時直接啟動，若步進電機需要進行高速旋轉，則應該有一個加速啟動的的過程，同時停止時也應該有一個減速的過程，此時K1000可用斜坡信號產生的數據寄存器代替，如下圖所示：

預先將數據存入D2、D3中，通過斜坡指令RAMP使D1中的數據由D2變為D3，變化時間為1000個掃描周期，如果要使加速時間可控，可通過修改特殊寄存器D8039中的數據來恒定PLC的掃描周期。減速停止時只需將D2、D3交換即可。

2 PLC控制驅動缸往復運動

驅動缸動力源由液壓泵站提供，通過活塞桿感應接近開關的位置向PLC傳輸信號，控制三位四通電磁換向閥改變驅動缸的運動方向，最終實現試驗缸的往復運動。

若電磁換向閥所需驅動電流較大，應該在PLC與電磁換向閥之間接中間繼電器，以防燒毀PLC觸點。

FX3U-64MT型號的PLC設有S/S端，當需要漏型輸入時，短接24V與S/S端，X端與0V形成控制；當需要源型輸入時，短接0V與S/S端，X端與24V形成控制回路。以本實驗臺為例，選用的是NPN型接近開關，接線如圖2所示。

3 傳感器數據采集

由于PLC本質上仍然是一種工業控制計算機，只能夠處理數字量信息，因此無法直接處理像溫度等連續變化的模擬量信息，因此必須通過外設硬件進行處理，將模擬量轉化成數字量，然后進入PLC進行處理。

根據需要所借的傳感器的個數，最終選用FX3U-4AD特殊功能模塊，該模塊可同時接收四個模擬量輸入，可識別多種電流、電壓信號，并且可以通過數字濾波設定，讀取穩定的A/D轉換值。該模塊的接線如圖3所示。

使用電流輸入時，必須連接U+和I+端子。如果外部接線中有電氣干擾，可以接一個平滑電容器，同時應該使用屏蔽電纜，并且要有良好的接地。

模塊的寫入及讀取程序如上圖所示，FMOVP為多點傳送指令，BMOVP為呈批傳送指令，U0指與可編程控制器連接的第一個特殊功能模塊，G2/G10指該模塊的緩沖存儲器，K4指傳送的個數，D5為寫入的第一個數據寄存器。

4 高壓實驗臺的工作流程

高壓實驗臺的工作流程如圖4所示，開始時，高壓實驗臺通電，通過PLC控制步進電機調整驅動缸臺架的高度，當驅動缸與試驗鋼對齊后，停止步進電機的運轉，啟動泵站上的三相異步電機，帶動液壓泵運動，通過電磁換向閥實現驅動缸的往復運動，進而帶動試驗缸運動，直到往復次數達到計數器的要求，實驗完成后，高壓試驗臺斷電，全部按鍵復位。在實驗過程中，完成對傳感器數據的采集及保存。

5 結語

高壓密封試驗臺采用可編程邏輯控制器控制后，控制系統更加簡單可靠，接線及維護更加方便，通過數模轉換模塊，可同時采集多個傳感器的數據，可以形成各個傳感器的歷史數據報表，由于可編程邏輯控制器的使用，實現了試驗臺架升降和驅動缸驅動的精確控制，達到了所需的要求。

參考文獻：

[1]韓志強，劉曉婷.步進電機PLC控制的研究設計[J].輕工機械，2006，24（4）：114-115.

[2]初航，史進波.三菱FX系列PLC編程及應用[M].北京：電子工業出版社，2014.

[3]Xi Zhang，Dalong Wang.Design of lifting system in seals of the hydraulic support eccentric loading test bench based on PLC and stepper motor[J].Engineering Solutions for Manufacturing Processes Ⅳ 2014：902-905.

[4]三菱電機自動化（中國）有限公司.FX3U系列微型可編程控制器 用戶手冊[硬件篇][Z].上海：三菱電機自動化（中國）有限公司.

[5]三菱電機自動化（中國）有限公司.FX3G·FX3U·FX3UC系列微型可編程控制器用戶手冊（模擬量控制篇）[Z].上海：三菱電機自動化（中國）有限公司.

摘要：隨著技術的發展，在處理開關量上取代了傳統控制裝置以來，PLC增加了模擬量處理和運動控制等功能。本文以三菱的FX3U系列為例，討論了高壓密封試驗臺的PLC控制系統的設計方法。

關鍵詞：高壓密封試驗臺 可編程邏輯控制器（PLC） FX3U 接線圖

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0011-02

0 引言

密封圈作為液壓系統中必不可少的一部分，發揮著無可替代的作用，它可靠性的高低直接決定了整個液壓系統能否正確、穩定的運行。研究表明，油液泄漏是威脅液壓系統正常工作最主要的原因之一，而密封圈失效則是造成油液泄漏最主要的原因。所以，對密封圈泄露的研究有著重要的意義。

本實驗臺主要通過檢測不同壓強下，使用不同密封圈時液壓缸內油液的溫度、壓力及密封圈與液壓缸摩擦力等數據的變化，來檢測密封圈的壽命，壓強最高可達150MPa，使檢驗的結果更加有實際意義。為更準確的檢驗出影響密封圈壽命的因素，試驗臺采用了由驅動缸帶動試驗缸進行往復運動，使試驗缸內油液的壓力更加簡單，盡量排出油液內部壓力變化的干擾。

本實驗臺采用以可編程邏輯控制器為核心的電控系統，最終實現試驗臺架的升降和驅動缸驅動的控制以及所需傳感器數據的采集。

1 PLC控制驅動缸臺架升降

為實現對不同缸徑的實驗缸均可進行同心及定量偏心加載，試驗臺需可對驅動缸進行定量的上下調整。本實驗臺采用步進電機帶動絲杠運動，每給一個脈沖，步進電機便旋轉一個步矩角，在絲杠螺距已知的情況下，通過調整PLC發出脈沖的頻率及脈沖數，來調整驅動缸臺架上下移動的速度及位移（如圖1所示）。

接線完成后，若步進電機轉動方向與要求相反，只需將A+、A-或B+、B-中的一對反接即可。

FX3U-64MT的脈沖輸出程序如上圖，PLSY為脈沖輸出指令，K1000指脈沖產生的頻率為1000Hz，K30000指輸出30000個脈沖后自動停止，若位K0時，脈沖將持續產生，Y000指脈沖額輸出端口。需要注意的是，步進電機只能在低速時直接啟動，若步進電機需要進行高速旋轉，則應該有一個加速啟動的的過程，同時停止時也應該有一個減速的過程，此時K1000可用斜坡信號產生的數據寄存器代替，如下圖所示：

預先將數據存入D2、D3中，通過斜坡指令RAMP使D1中的數據由D2變為D3，變化時間為1000個掃描周期，如果要使加速時間可控，可通過修改特殊寄存器D8039中的數據來恒定PLC的掃描周期。減速停止時只需將D2、D3交換即可。

2 PLC控制驅動缸往復運動

驅動缸動力源由液壓泵站提供，通過活塞桿感應接近開關的位置向PLC傳輸信號，控制三位四通電磁換向閥改變驅動缸的運動方向，最終實現試驗缸的往復運動。

若電磁換向閥所需驅動電流較大，應該在PLC與電磁換向閥之間接中間繼電器，以防燒毀PLC觸點。

FX3U-64MT型號的PLC設有S/S端，當需要漏型輸入時，短接24V與S/S端，X端與0V形成控制；當需要源型輸入時，短接0V與S/S端，X端與24V形成控制回路。以本實驗臺為例，選用的是NPN型接近開關，接線如圖2所示。

3 傳感器數據采集

由于PLC本質上仍然是一種工業控制計算機，只能夠處理數字量信息，因此無法直接處理像溫度等連續變化的模擬量信息，因此必須通過外設硬件進行處理，將模擬量轉化成數字量，然后進入PLC進行處理。

根據需要所借的傳感器的個數，最終選用FX3U-4AD特殊功能模塊，該模塊可同時接收四個模擬量輸入，可識別多種電流、電壓信號，并且可以通過數字濾波設定，讀取穩定的A/D轉換值。該模塊的接線如圖3所示。

使用電流輸入時，必須連接U+和I+端子。如果外部接線中有電氣干擾，可以接一個平滑電容器，同時應該使用屏蔽電纜，并且要有良好的接地。

模塊的寫入及讀取程序如上圖所示，FMOVP為多點傳送指令，BMOVP為呈批傳送指令，U0指與可編程控制器連接的第一個特殊功能模塊，G2/G10指該模塊的緩沖存儲器，K4指傳送的個數，D5為寫入的第一個數據寄存器。

4 高壓實驗臺的工作流程

高壓實驗臺的工作流程如圖4所示，開始時，高壓實驗臺通電，通過PLC控制步進電機調整驅動缸臺架的高度，當驅動缸與試驗鋼對齊后，停止步進電機的運轉，啟動泵站上的三相異步電機，帶動液壓泵運動，通過電磁換向閥實現驅動缸的往復運動，進而帶動試驗缸運動，直到往復次數達到計數器的要求，實驗完成后，高壓試驗臺斷電，全部按鍵復位。在實驗過程中，完成對傳感器數據的采集及保存。

5 結語

高壓密封試驗臺采用可編程邏輯控制器控制后，控制系統更加簡單可靠，接線及維護更加方便，通過數模轉換模塊，可同時采集多個傳感器的數據，可以形成各個傳感器的歷史數據報表，由于可編程邏輯控制器的使用，實現了試驗臺架升降和驅動缸驅動的精確控制，達到了所需的要求。

參考文獻：

[1]韓志強，劉曉婷.步進電機PLC控制的研究設計[J].輕工機械，2006，24（4）：114-115.

[2]初航，史進波.三菱FX系列PLC編程及應用[M].北京：電子工業出版社，2014.

[3]Xi Zhang，Dalong Wang.Design of lifting system in seals of the hydraulic support eccentric loading test bench based on PLC and stepper motor[J].Engineering Solutions for Manufacturing Processes Ⅳ 2014：902-905.

[4]三菱電機自動化（中國）有限公司.FX3U系列微型可編程控制器 用戶手冊[硬件篇][Z].上海：三菱電機自動化（中國）有限公司.

[5]三菱電機自動化（中國）有限公司.FX3G·FX3U·FX3UC系列微型可編程控制器用戶手冊（模擬量控制篇）[Z].上海：三菱電機自動化（中國）有限公司.