高壓膠管試驗臺控制系統(tǒng)總體方案

摘 要：文章主要介紹高壓膠管實驗臺自動控制系統(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驗臺自動控制系統(tǒng)的總體方法。

關(guān)鍵詞：膠管試驗臺；控制系統(tǒng)；PLC；觸摸屏

1 高壓膠管試驗臺分析

1.1 高壓膠管實驗臺簡介

高壓膠管實驗臺是一種主要適用于液態(tài)膠管以及液態(tài)元件的設備，其主要應用于液壓元件的爆破，耐壓測試等，其設備主要應用于液壓膠管的生產(chǎn)工程，產(chǎn)品質(zhì)量管理的檢驗所，以及對各種液壓膠管以及元件的生產(chǎn)檢驗和生產(chǎn)研究。

文章中的高壓膠管爆破試驗臺主要采用計算機控制整個液壓的過程，可以實現(xiàn)最大為200MPa壓力等級的膠管、軟管、銅管、以及不銹鋼管的爆破實驗以及封閉試驗。

1.2 高壓膠管實驗臺的工作原理分析

高壓膠管實驗臺的工作原理如下：（1）首先要進行整個實驗臺

的連接，先將液壓支架軟管總成安裝至試驗臺上，對整個實驗臺進行通電，通過充氣壓縮機并將其內(nèi)部的氣體壓力調(diào)整至需要的數(shù)值。（2）在實驗過程中，將電源接通啟動旋轉(zhuǎn)按鈕，啟動充液泵。（3）轉(zhuǎn)到加載位置，關(guān)閉卸荷閥口，通過逐步增加充液泵的驅(qū)動氣體壓力，觀察充液泵的驅(qū)動壓力，直至數(shù)字壓力達到實驗所需要的壓力為止。（4）達到實驗壓力之后，設置保壓，并在實驗規(guī)定的保壓時間之后，進行卸荷處理。（5）更換試液軟管總成，重復進行試驗。

2 煤炭企業(yè)對控制系統(tǒng)的要求

經(jīng)過對整個煤炭企業(yè)的實際運作，進行市場調(diào)研、分析和綜合，進而提出更加具體、詳細的要求，在征求得實驗臺管理部門的同意之后進行試驗控制系統(tǒng)的升級和改造，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)工藝的實驗要求

在設計之前，需要確定煤炭企業(yè)在進行實驗臺的主要工藝要求，并從真正意義上了解整個煤炭企業(yè)對于生產(chǎn)工藝的需求和流程，這樣才能夠保證整個自動化控制系統(tǒng)的開發(fā)不會出現(xiàn)反復，而且保證對整個液壓傳送機的控制方向。

2.2 在實現(xiàn)高壓膠管試驗臺的自動控制前提下，實現(xiàn)控制線路簡單、方便

（1）選取標準化器件，保證整個實驗過程中能夠簡單方便。（2）使用最短的導線數(shù)量和長度。（3）使用標準的元件，且使用的器件屬于相同型號。（4）盡量讓控制系統(tǒng)節(jié)能省電。

2.3 操作簡易性和易維修

控制系統(tǒng)應操作簡單和便利，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)中設有自動和手動兩種控制，使工業(yè)生產(chǎn)和設備維護有效進行。

3 高壓膠管試驗臺控制系統(tǒng)的總體升級方案

高壓膠管試驗臺控制系統(tǒng)主要的性能在于控制系統(tǒng)的使用，為了能夠讓試驗臺實現(xiàn)各種復雜環(huán)境下的控制任務，文章主要從系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，通過研究控制器以及合理的采用執(zhí)行元件，檢測元件，以及支持元件等組成的控制系統(tǒng)，使得整個控制系統(tǒng)達到最優(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)過程中一定要將各個控制元件實現(xiàn)相互協(xié)調(diào)，相互配合才能鞏固實現(xiàn)高壓膠管爆破過程，因此在控制系統(tǒng)中的核心部分主要是對可編程序控制器（PLC）進行處理，PLC在采集輸入信號之后，控制各個相應的設備，并實時跟蹤整個爆破壓力的測試過程。系統(tǒng)具有良好的手動控制和自動控制兩種方式，自動控制的方式是設備直接運行之后，系統(tǒng)PLC按照原先設定好的程序周期進行運行；手動控制方式是通過手動操作面板直接控制設備的各個動作，并根據(jù)動作來獲得某個時間點的詳細值。

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)計算機控制高壓膠管實驗臺系統(tǒng)。使用工業(yè)控制計算機可以通過個人電腦的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，連接對應的設備控制程序，但這其中存在著一個比較難以解決的問題，就是一旦工控機系統(tǒng)出現(xiàn)軟硬件故障，如沒有專業(yè)設備將會很難診斷故障元件的問題，并且使用專業(yè)設備將會導致維修時長增加、維修難度提升，且非專業(yè)人員無法維修，進而增加人員成本，因此本系統(tǒng)的設計不考慮工業(yè)計算機控制系統(tǒng)。方案二：采用典型的單片機控制系統(tǒng)。使用單片機控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單化、控制方便、擴展容易、且成本低廉等優(yōu)點，在使用單片機時可以進行儀器儀表的控制。但由于單片機需要I/O輸出闡述去控制外部的設備，而且單片機對于設備的驅(qū)動控制能力有限，對于一些大功率的設備都無法實現(xiàn)，而且在試驗臺中不少設備需要強電進行設備驅(qū)動，而單片機在開關(guān)過程中會產(chǎn)生較大的電磁干擾，這有可能會導致整個系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰的現(xiàn)象。因此為保證單片機控制系統(tǒng)，不但需要增加上驅(qū)動電路，而且還要在設計過程中增加強弱電隔離等措施，這就會無形之中讓整個控制系統(tǒng)設計增加復雜性和不確定性，而且設計研發(fā)的周期、成本都會有所增加，因此本系統(tǒng)設計也不考慮單片機控制系統(tǒng)的方案。方案三：PLC控制系統(tǒng)。可編程序控制器（簡稱PLC），是一種直接面向用戶的專用控制計算機，其具有非常多的優(yōu)點。首先，其可靠性強，具有很強的抗干擾力。其采用的電子器件大都屬于工業(yè)專用，在軟硬件的設計上還采用了高屏蔽、高濾波以及光電隔離等內(nèi)容，這讓PLC具有非常強大的抗干擾能力，其平均無故障時間可以達到上萬小時。其次，編程方法簡單、直觀。PLC采用的是面向?qū)刂七^程的梯形圖語言，這種語言直觀，一般具有電工知識的人員在短時間內(nèi)都可以學會并良好的掌握。加上計算機基礎和傳統(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現(xiàn)。再次，PLC已經(jīng)對內(nèi)部的控件進行模塊化、系列化的設計，它可以通過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)，適應性非常強。最后PLC的維護非常簡單，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，并可以盡快排出問題。因此本系統(tǒng)主要采用PLC控制系統(tǒng)。

3.2 控制系統(tǒng)的總體升級方案設計

控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4 結(jié)束語

文章是針對實驗室高壓膠管試驗臺的控制系統(tǒng)進行設計，解決了實際運行中系統(tǒng)不夠穩(wěn)定和維修難的問題。高壓膠管試驗臺的控制系統(tǒng)在實際應用中操作簡單，運行良好，取得的試驗曲線效果較好，具有較高的實際應用價值。

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作者簡介：王飛（1981-），男，籍貫：山西省襄汾縣，學歷：本科，職稱：工程師，研究方向：煤機檢測。