PLC在液壓實驗裝置控制系統中的應用

陳建華

（湖北交通職業技術學院，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控制與監控方面，現有的液壓實驗設備主要是是在傳統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，掌握液壓系統原理，分析液壓系統性能，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］。

電氣控制系統是用上位機實現對液壓系統的控制，主要是控制液壓缸完成基本的動作。控制系統的總體結構是：上位機用力控組態軟件作為人機界面，實現各種控制的可視化，下位機用PLC實現電磁換向閥、變頻器的控制，利用組態軟件對PLC的監控實現系統和實時控制［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

液壓實驗臺根據工作需要可以搭接不同的回路，實現不同運動和控制，下面以液壓系統速度換接回路為例進行說明，速度換接回路的作用是使執行元件在一個工作循環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流閥的串接，實現油缸的速度及方向的轉換。如圖1所示。

圖1 液壓系統速度換接回路

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，此時壓力油通過節流閥進入油缸無桿腔，調節節流閥的開口，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

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，進而控制液壓系統油路的流動方向，從而使實驗臺處于不同的工作狀態，達到控制系統的目的［4］。

用PLC進行控制不但可以輕易地實現相關動作，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，不僅克服了傳統繼電器控制系統的可靠性差、響應時間慢等缺點，提高了系統運行的精度；而且簡化了控制線路，增強了控制系統的功能，特別是改變工藝路線時，只需改變控制程序，系統元件不需重新安裝，提高了系統工作的靈活性，降低了系統運行的故障率；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。