PLC在液壓傳動控制中的應用

摘 要：本文介紹了PLC在液壓傳動控制系統中的應用。該系統已經應用于我們的實驗教學中，它可以對液壓傳動系統PLC的運行狀態進行實時監控。實踐證明該系統實用性強，使用方便。

關鍵詞：PLC; 液壓傳動;組態軟件

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

　　本系統讓液壓缸實現自由進退動作，以便完成預想的‘夾持’和‘震撞’兩個功能。‘夾持’功能即：讓液壓缸的活塞桿根據物件的尺寸、承受壓力能力等夾住物件，使物件不發生脫落或移位，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，以便使其對物件產生一定的沖擊力，使其發生形變或破碎。本系統是用上位機實現對液壓系統的控制。主要是控制液壓系統完成基本的動作：液缸的自由進退，從而實現對物體的夾持或震撞。總的控制系統的結構是：上位機用力控組態軟件做人機界面，實現各種控制的可視化;下位用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，具體的結構也很復雜，下面簡要介紹本系統動作情況。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，將閥芯推向右端。液壓泵3由電動機帶動旋轉，通過其內部密封腔的容積變化，將油液從油箱1中，經濾油器2、油管吸入，并經電磁換向閥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時，就可以實現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。

2.PLC控制系統設計

　　2.1硬件設計

　　如圖2所示，為系統中PLC與變頻器及電磁閥的接線圖。PLC控制變頻器實現“八段速調速”，以便能夠根據工作的需要通過調節電機轉速的方法來改變輸出壓力。這樣使得運轉中的節能效果明顯，降低系統的運行成本。變頻器可以通過控制端子來實現頻率的改變。系統采用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來實現八種速度的調節。具體操作為：首先在變頻器內部設置好相關參數，PR.16、PR.17、PR.18、PR.19、PR.20、PR.21、PR.22七個參數的設定值為七個不同的運轉頻率，再加上初始頻率總共有八個頻率，便可以實現“八段速調速”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八種組合，如下表所示：

　　這樣便可以方便的實現調速了。

　　變頻器上的FWD控制端子是實現電機正轉/停止控制的;REV是反轉/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，由其運轉方式決定了電機不能夠反轉。為了防止反轉情況的發生，首先把變頻器內部參數PR.24（反轉禁止設定）設為d0001即可使得變頻器拒絕接收反轉命令。然后在變頻器控制端子接線時只接FWD端子就可以了。為了對液壓系統的液壓泵以及輔助設備進行保護，使得電機轉速在一個比較安全合理的范圍內，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

　　本系統中PLC的主要作用就是控制變頻器8段速調速和電磁換向閥。系統流程圖如圖3。本系統的功能完成主要靠PLC內的程序來實現，有些控制可以由上位機來干預。由于PLC有著極好的穩定性、所以設備的大部分控制功能都由PLC來實現。運轉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換控制按鈕或用外接開關強行轉換。

3. 人機界面設計

　　人機界面采用力控組態軟件為開發平臺，通過組態軟件的PLC驅動，實現圖形與PLC內寄存器的動畫連接，從而可實時監控系統的運行狀態。限于篇幅，此處略，系統人機界面如圖4

4.調試

　　在計算機上，通過人機界面進行調試。電機開始可以以正常速度啟動，在到達穩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，通過調節溢流閥開口的大小，可以調整此值的大小。活塞桿的進退速度跟電機轉速、溢流閥開量均有關系：當電機轉速升高時，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。

　　調試結果表明，PLC控制運行無誤，系統完全符合要求。該系統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，化學工業出版社1998

　　作者簡介：張智杰 男，（1970-）高級工程師 畢業于山東科技大學電氣自動化專業，現主要從事計算機控制系統、PLC應用系統的科研與教學工作。