液壓PLC控制實(shí)驗臺的設計

1、前言

液壓傳動(dòng)課程是機電專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎課程，實(shí)用性非常強。授課由理論、液壓元件、液壓回路3部分組成，而液壓系統的回路設計非常靈活和重要。

傳統教學(xué)利用繼電器組控制回路已經(jīng)不能滿(mǎn)足教學(xué)需要，本文利用PLC技術(shù)將液壓技術(shù)有機結合起來(lái)，培養了學(xué)生研究能力和創(chuàng )新能力。由于PLC(可編程序控制器)具有抗干擾性強, 運行可靠的優(yōu)點(diǎn)因而在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域被廣泛應用。利用PLC控制技術(shù)可以完成液壓回路實(shí)驗中任何回路控制實(shí)驗，如節流回路、調壓回路、減壓回路、順序回路（電氣控制、行程控制）、差動(dòng)回路和綜合回路。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗不僅能夠掌握液壓系統原理，也能掌握PLC可編程序控制的功能，控制原理及編程技巧。

2、液壓回路實(shí)驗臺裝置

為了直觀(guān)形象地了解液壓元器件的結構原理，清晰明地觀(guān)察液壓傳動(dòng)油路的工作過(guò)程狀況，實(shí)驗裝置的所有液壓元件均采用透明有機玻璃外殼，可以清晰直觀(guān)地了解和觀(guān)察到所有液壓元件的內部結構原理及液壓傳動(dòng)油路的工作過(guò)程。利用該系統既可對單個(gè)液壓元件的結構、工作原理及性能進(jìn)行教學(xué)，還可以對常見(jiàn)基本液壓回路的實(shí)驗演示學(xué)習。

采用PLC編程控制模塊可實(shí)現可編程程序控制器（PLC）智能控制，使得機、電、液控制有機結合起來(lái)，優(yōu)化了控制方案。

2.1 實(shí)驗裝置組成

實(shí)驗裝置由實(shí)驗臺架、液壓泵站、常用液壓元件、電氣控制單元等幾部分組成。

該實(shí)驗臺元器件采用透明有機玻璃外殼，使得元件的內部結構鮮明直觀(guān)。通過(guò)透明的油管和紅色液壓油可以清晰地觀(guān)察到液壓油在整個(gè)液壓元件中的流動(dòng)過(guò)程。實(shí)驗臺采用獨立的元件模塊，安裝方便，可以隨意的組合各實(shí)驗模塊，搭建各種不同的實(shí)驗回路。液壓元件的zui大承受壓力為1Mpa，系統額定工作壓力為0.8Mpa，是安全的低壓實(shí)驗系統。采用PLC編程控制模塊，實(shí)現可編程程序控制器（PLC）智能控制。實(shí)驗配有虛擬仿真軟件，可以根據學(xué)生思路自己設計實(shí)驗（圖1）。

圖1 實(shí)驗裝置

圖2 液壓泵站原理

1.驅動(dòng)電機2.定量葉片泵3.溢流閥4.吸油過(guò)濾器5.加熱器6.空氣濾芯器7.放油螺栓

2.2 實(shí)驗裝置電氣及液壓系統設計

液壓實(shí)驗臺控制系統由液壓動(dòng)力控制和電氣控制兩大系統組成，其中電氣控制系統分為強電部分即液壓泵電機控制部分和弱電部分即PLC控制部分。強、弱電部分實(shí)行分開(kāi)隔離設計。圖2 為液壓泵站的原理圖。

液壓動(dòng)力源控制系統主要由油箱、過(guò)濾器、定量泵、溢流閥、節流閥和壓力表等液壓元件組成。定量泵2 是單作用葉片泵，系統壓力由教師調節，實(shí)驗壓力為0.7MPa調好后一般不再變動(dòng)。

2.3 電氣控制回路設計

系統電氣控制回路主要由液壓主控回路、液壓繼電器控制回路、液壓PLC控制回路組成。液壓主控回路：主要控制定量泵的開(kāi)關(guān)以及加熱器的工作。

本實(shí)驗臺采用定量泵，額定流量一定，主控回路控制電機正轉，圖3為液壓主控回路圖。

圖3中，按下SB13，接觸器KM1得電，定量泵電機正傳，提供額定壓力油。SB12為停止按鈕。圖4為液壓溫控控制電路，按下SB14，繼電器KM2得電，加熱器工作，如果溫度低于設定溫度，油溫會(huì )自動(dòng)加熱到設定溫度，QF4為加熱器開(kāi)關(guān)按鈕。

圖3 液壓主控回路

圖4 液壓溫控電路

圖5 為液壓PLC接線(xiàn)圖，所用PLC型號為FX- 20系列，實(shí)驗裝置的PLC控制方式有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種方式，實(shí)驗回路搭建好后，進(jìn)行調試時(shí)先采用手動(dòng)控制方式，將PLC程序通過(guò)編程軟件下載到PLC存儲器中進(jìn)行手動(dòng)控制，可以校驗程序是否正確。自動(dòng)模式為通過(guò)的工控軟件選擇PLC模式，進(jìn)行回路實(shí)驗。FX1S-20MR有14個(gè)輸入點(diǎn)，8個(gè)輸出繼電器。

圖5 液壓PLC 接線(xiàn)

圖6 為控制臺PLC輸入輸出接口，Y1為液壓泵輸出接口，Y0-Y11為電磁換向閥電磁鐵輸出信號。X0、X1、X2、X3為實(shí)驗啟動(dòng)按鈕，X6-X14為行程開(kāi)關(guān)輸入信號或壓力繼電器輸入信號。

圖6 PLC 輸入輸出接口

3、基于PLC液控單向閥鎖緊回路實(shí)驗

液控單向閥鎖緊回路利用液控單向閥的自鎖功能，可使活塞鎖定在任意位置，工作可靠，應用廣泛。圖7 為液控單向閥鎖緊回路實(shí)驗原理。

圖7 鎖緊回路實(shí)驗原理

實(shí)驗過(guò)程為：當葉片定量泵開(kāi)啟，電磁閥Y2得電，系統壓力升高，打開(kāi)液控單向閥，活塞桿右移，當觸碰到行程開(kāi)關(guān)，Y5得電活塞桿左移。

3.1 工控軟件控制液壓鎖緊回路

按原理圖在實(shí)驗臺上搭接實(shí)驗回路，將電磁鐵插頭按原理圖的標示插入實(shí)驗臺擴展模板輸出區對應的插座，如：Y2-Y2即可；實(shí)驗時(shí)將PLC與繼電器控制旋鈕旋到PLC控制位置。

接線(xiàn)接好后，按下軟件中泵啟動(dòng)按鈕，實(shí)驗開(kāi)始，按下停止按鈕，實(shí)驗停止。注意工控軟件設置接口要正確，否則實(shí)驗不能進(jìn)行。

3.2 利用PLC仿真軟件控制鎖緊回路

PLC因其具有可靠性高，抗干擾能力強，建造工作量小，維護方便，體積小，重量輕，能耗低等顯著(zhù)特點(diǎn)，得到越來(lái)越廣泛的應用。首先確定PLC輸入、輸出信號，哪些信號需要從PLC輸出給繼電器線(xiàn)圈，指示燈以及其他的執行電路，從而計算出對于PLC的輸入、輸出線(xiàn)的數目以及IO地址分配。圖9 液控鎖緊回路梯形圖

圖8 仿真圖

圖9 液控鎖緊回路梯形圖

首先按下啟動(dòng)按鈕X3，液壓泵啟動(dòng)，按下XO，電磁閥Y2得電，活塞桿右移。當接觸到接近開(kāi)關(guān)X4時(shí)，Y3得電，活塞桿左移，當接觸到接近開(kāi)關(guān)X4時(shí)，Y2得電，活塞桿右移。按下停止按鈕X2，活塞桿停止，處于鎖緊狀態(tài)。將梯形圖通過(guò)接口下載到PLC程序存儲中，進(jìn)行實(shí)驗

本文通過(guò)PLC控制液壓實(shí)驗系統說(shuō)明了PLC在液壓系統中的重要作用。PLC邏輯處理功能越來(lái)越完善，液壓系統模塊必須與PLC控制模塊協(xié)同配合，才能zui大限度發(fā)揮PLC控制能力?；赑LC的多功能液壓教學(xué)實(shí)驗裝置不僅可以應用于傳統的實(shí)驗教學(xué)的需要，還可以和計算機及PLC控制技術(shù)結合起來(lái)，進(jìn)行機電液一體化綜合控制技術(shù)的訓練和教學(xué)。該實(shí)驗裝置不論在教學(xué)上還是在鍛煉學(xué)生的創(chuàng )新能力上都具有廣泛的應用前景。