高壓膠管試驗臺控制系統總體方案

摘 要：文章主要介紹高壓膠管實驗臺自動控制系統的結構組成和工作原理，根據系統的控制要求，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的總體方法。

關鍵詞：膠管試驗臺；控制系統；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膠管以及液態元件的設備，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工程，產品質量管理的檢驗所，以及對各種液壓膠管以及元件的生產檢驗和生產研究。

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部的氣體壓力調整至需要的數值。（2）在實驗過程中，將電源接通啟動旋轉按鈕，啟動充液泵。（3）轉到加載位置，關閉卸荷閥口，通過逐步增加充液泵的驅動氣體壓力，觀察充液泵的驅動壓力，直至數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 煤炭企業對控制系統的要求

經過對整個煤炭企業的實際運作，進行市場調研、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的升級和改造，以下為改造的主要方案內容：

2.1 最大限度幫助煤炭企業的生產工藝的實驗要求

在設計之前，需要確定煤炭企業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對于生產工藝的需求和流程，這樣才能夠保證整個自動化控制系統的開發不會出現反復，而且保證對整個液壓傳送機的控制方向。

2.2 在實現高壓膠管試驗臺的自動控制前提下，實現控制線路簡單、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）盡量讓控制系統節能省電。

2.3 操作簡易性和易維修

控制系統應操作簡單和便利，能迅速和方便地由一種控制方式轉換到另一種控制形式。該系統中設有自動和手動兩種控制，使工業生產和設備維護有效進行。

3 高壓膠管試驗臺控制系統的總體升級方案

高壓膠管試驗臺控制系統主要的性能在于控制系統的使用，為了能夠讓試驗臺實現各種復雜環境下的控制任務，文章主要從系統工程的角度出發，通過研究控制器以及合理的采用執行元件，檢測元件，以及支持元件等組成的控制系統，使得整個控制系統達到最優化。

3.1 控制系統的方案

3.1.1 控制系統方案。在本系統的開發過程中一定要將各個控制元件實現相互協調，相互配合才能鞏固實現高壓膠管爆破過程，因此在控制系統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：工業計算機控制高壓膠管實驗臺系統。使用工業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出現軟硬件故障，如沒有專業設備將會很難診斷故障元件的問題，并且使用專業設備將會導致維修時長增加、維修難度提升，且非專業人員無法維修，進而增加人員成本，因此本系統的設計不考慮工業計算機控制系統。方案二：采用典型的單片機控制系統。使用單片機控制系統具有結構簡單化、控制方便、擴展容易、且成本低廉等優點，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動控制能力有限，對于一些大功率的設備都無法實現，而且在試驗臺中不少設備需要強電進行設備驅動，而單片機在開關過程中會產生較大的電磁干擾，這有可能會導致整個系統出現崩潰的現象。因此為保證單片機控制系統，不但需要增加上驅動電路，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設計增加復雜性和不確定性，而且設計研發的周期、成本都會有所增加，因此本系統設計也不考慮單片機控制系統的方案。方案三：PLC控制系統。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采用的是面向對控制過程的梯形圖語言，這種語言直觀，一般具有電工知識的人員在短時間內都可以學會并良好的掌握。加上計算機基礎和傳統的繼電器控制技術的隔閡在PLC上完全不存在，僅僅需要修改部分的程序就可以實現。再次，PLC已經對內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功能、操作方案、規模差異的控制系統，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。因此本系統主要采用PLC控制系統。

3.2 控制系統的總體升級方案設計

控制系統總體結構如圖1所示。

4 結束語

文章是針對實驗室高壓膠管試驗臺的控制系統進行設計，解決了實際運行中系統不夠穩定和維修難的問題。高壓膠管試驗臺的控制系統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。