液壓實(shí)驗臺的電氣控制改造設計

　機電一體化的重要內容包括液壓傳動(dòng)技術(shù)，而液壓實(shí)驗臺則是為了研究、生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)液壓元件以及液壓系統的重要實(shí)驗設備。在以往從事液壓實(shí)驗的液壓實(shí)驗臺設備組成固定不變，且控制方式簡(jiǎn)單*，自動(dòng)化程度低、不具備可擴展性。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 也隨著(zhù)液壓傳動(dòng)技術(shù)研究和生產(chǎn)的不斷深入，對液壓實(shí)驗臺的設備要求越來(lái)越高。因此，急需開(kāi)發(fā)一套自動(dòng)化程度高、控制穩定可靠，并且可擴展， 具有機電液一體化功能的電氣控制系統。
液壓實(shí)驗臺包括電氣控制柜和液壓運行裝置2個(gè)部分，電氣控制柜采用的是對繼電器進(jìn)行遠程控制，由于繼電器的使用壽命短、控制不準確等缺陷，隨著(zhù)液壓系統研究和應用的更加深入，目前這種采用繼電器實(shí)現的電氣控制柜已經(jīng)越來(lái)越不能滿(mǎn)足液壓實(shí)驗臺的實(shí)驗要求。因此，本文提出了一種應用于液壓實(shí)驗臺的基于PLC的電氣控制系統。
1、系統總體設計
可編程邏輯控制器（PLC）是一種執行數字運算操作的電子系統，主要應用于工業(yè)生產(chǎn)中，它以微處理器為核心，結合了計算機技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)以及通信技術(shù)于一體， 因為PLC具有體積小、抗干擾能力強、功能強大、程序簡(jiǎn)單、靈活通用和維護方便等特點(diǎn)，而使得PLC 成為目前工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制中應用的控制器之一。
以PLC為核心的自動(dòng)化控制系統從根本上取代了傳統的繼電器控制系統。傳統的繼電器控制系統的實(shí)現原理是通過(guò)接線(xiàn)來(lái)實(shí)現整個(gè)控制邏輯的，而PLC 控制系統的控制邏輯全部體現在程序中，通過(guò)程序語(yǔ)言來(lái)描述控制原理和控制過(guò)程， 結合PLC的數字量或者模擬量輸入，從而改變PLC的輸出量。
（1）系統總體設計
如圖1所示，控制系統由上位機、計算機和下位機、PLC組成。由計算機對壓力、位移等試驗參數進(jìn)行數據采集、處理、顯示等。實(shí)驗過(guò)程中，計算機還可以根據設定值以及傳感器的反饋值，對執行機構進(jìn)行控制，實(shí)現控制系統對實(shí)驗臺的監測、跟蹤和控制。

圖1 控制系統總體框圖
（2）PLC控制系統組成
PLC控制系統組成如圖2 所示， 壓力傳感器測得的壓力數據首先經(jīng)過(guò)AD轉換， 轉換成數字量然后發(fā)送給PLC； 液壓油缸的位移也同樣經(jīng)過(guò)AD轉換之后發(fā)送到PLC；同時(shí)PLC還能采集到接近開(kāi)關(guān)的狀態(tài)量。PLC 能夠輸出控制量，由于PLC輸出的控制量是數字量，所以需要先進(jìn)行DA轉換，然后去控制電磁換向閥。

圖2 PLC 控制系統組成
（3）液壓實(shí)驗臺控制系統軟件設計
采用組態(tài)軟件WinCC 作為上位機軟件的開(kāi)發(fā)平臺，上位機軟件主要用來(lái)實(shí)現人機對話(huà)。軟件的結構如圖3所示。上位機軟件主要包括以下幾個(gè)內容。

圖3 上位機軟件組成框圖
①按鈕部分上位機軟件有一些按鈕，用于對執行機構進(jìn)行操作，包括水泵的啟停等；②總覽部分總覽部分對整個(gè)實(shí)驗臺系統有個(gè)大致的介紹和描述，便于工作人員了解；③界面部分上位機軟件的界面包括用戶(hù)管理界面、監控界面、報警界面、趨勢界面、歸檔界面以及報表打印界面等內容。用戶(hù)管理界面幫助用戶(hù)對輸入輸出端口進(jìn)行設置管理以及對相關(guān)參數進(jìn)行設置等； 監控界面包括一些實(shí)驗臺的視頻信號等；趨勢界面用于顯示傳感器連續輸出，便于工作人員了解參數的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。
2、報警與故障顯示
系統還設計了超限報警功能，當某個(gè)傳感器的測量數據超出了限制的范圍，系統則會(huì )通過(guò)PLC輸出一個(gè)控制信號， 控制報警器（本文為蜂鳴器報警），提醒工作人員有故障發(fā)生。系統還能夠實(shí)時(shí)地監測實(shí)驗臺現場(chǎng)設備的運行狀態(tài)和當前位移狀況、壓力大小以及油路的運行狀態(tài)等?？刂葡到y還具有簡(jiǎn)單的自診斷能力， 確保整個(gè)系統安全可靠的運行。故障顯示如圖4 所示。

圖4 系統故障顯示
實(shí)踐證明，本文設計的液壓實(shí)驗臺控制系統設計合理，硬件的選擇恰到好處，軟件的設計也能滿(mǎn)足要求、可操作性強、功能強大，檢測到的現場(chǎng)傳感器數據與實(shí)際吻合，對電機、繼電器等的控制也準確及時(shí)，整個(gè)液壓實(shí)驗臺系統運行穩定可靠，監控效果很好。本文的這種模塊化設計還具有易于擴展、系統維護方便等特點(diǎn)，對于后續的系統改造鋪下了良好的基礎。