基于PLC控制的液压试验台电气设计

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摘要：多功能液压附件试验台主要用于液压系统附部件、辅助件性能检测及相容性评定、污染等级评定，还可对通用液压元、部件性能参数进行综合测试，自制附件、辅助件研制试验、定型试验、批生产试验、服役改进试验、可靠性试验等，是一个具有多功能综合性的大型液压试验设备。本文结合多功能液压附件试验台控制要求进行PLC控制程序设计，以建立可靠的电气控制系统。

关键词：PLC控制；液压试验台；电控系统；程序设计

中途分类号：F407.6文献标识码A

多功能液压附件试验台是用于多种液压元件性能测试的多功能设备，为了实现其电气控制，笔者针对多功能液压附件试验台的控制要求，设计了以液压数字比例阀为核心元件、以富士PLC为控制器、采用模块化结构的配套电控系统，并进行PLC控制程序设计，建立起电气控制系统，得到了可靠方便的运行结果。

一、多功能液压附件试验台的控制要求

多功能液压附件试验台主要由七个基本液压支路组成，其主要控制要求为：试验台体形成的七个支路控制能同时进行七个不同产品性能分析；支路1~6控制完全相同，须进行流量比例调节控制后再进行压力的比例调节控制；支路7控制除上述控制要求外，还须进行方向比例调节控制；系统应具有工作参数和数据输出显示功能。由于系统庞大，具有高压高温大流量控制回路及其他分系统控制，所以控制系统还应有报警、应急和泄压的控制要求。

二、多功能液压附件试验台的系统实现

（一）总体设计（图1）

为了满足系统工作自动化、可靠和便于记录，设计采用了数字化仪表，液压控制元件选用电控产品，对系统的过程控制、功能转换、逻辑控制与报警控制，设计采用了PLC集中控制的方法，并应用PLC与外部继电器扩充相结合的模拟化控制方案，其总体结构框图如图1：

图1：总体结构框图

（二）继电器扩充电路设计（图2）

支路1~7控制回路，每一个通道各安装一个带灯的启动和停止按钮，试验台正常供电后，停止按钮指示灯变亮，当按下启动按钮，此信号送给PLC输入端，PLC接到此信号后，经过判断，接通数字阀控制放大板的使能继电器，使之处于工作状态，由继电器控制相应的数字阀放大板则开始工作，使流量阀和减压阀处于工作状态，与此同时，停止指示灯灭，启动按钮指示灯变亮，表示该通道可随时调流量或压力。

图2：继电器扩充电路

（三）数字阀控制电路设计（图3）

本液压系统为了实现压力、流量和方向的精确比例调节控制，选用了WANDFLUCH数字阀，该阀配有与其配套的控制方法板。继电器选通数字阀放大板后，通过调节液压台控制面板上带刻度的电位计，改变数字阀放大板输入信号大小，比例放大板随动输出幅值相同的PWM电压或电流驱动比例流量或压力数字阀线圈使阀芯产生相应位移，实现远程精确调。为了便于监控放大板的工作状态，安装了数字压力表显示对应支路的压力或流量参数值。

图3：数字阀控制电路

通道7进行压力、流量调节后再进行换向调节，要求控制压力流换向平稳、成比例，为此，换向阀放大板采用超低频信号发生器发出的sin信号为输入调节信号。换向调节可以通过sin信号的频率和幅值实现。

（四）电磁换向阀控制电路设计（图4）

通道7主要为了进行液压缸性能试验，通过上述比例数字换向阀的换向后的压力流便可接入液压缸，液压缸换向由电磁换向阀控制，其控制电路如下：

图4：电磁换向阀控制电路

该电路可以通过转换开关进行自动换向和手动换向两种方式控制，自动换向控制由专门设计的控制器来完成，此时，电磁阀控制器的反相的OUT1和OUT2连续方波，使电磁换向阀线圈依次得电和失电，完成换向控制。该方波的占空比可通过液压缸控制器的控制参数调节，从而改变液压缸换向频率。

（五）报警、换向计时电路设计（图5）

对液压缸试验自动完成时须进行换向次数和时间统计，计数信号由非接触式接近开关测试，当外接作动器活塞到其极限位置，非接触式接近开关导通，向PLC输入信号，PLC控制毫秒计时器继电器线圈得电，开始计时，同时通过PLC软件程序记录换向次数。当系统出现过压、油液污染超标等，传感器发送过压信号给PLC，PLC即刻发出报警信号，相应的报警信号灯变亮。

图5：报警、换向计时电路

三、多功能液压附件试验台的控制程序设计

控制程序的设计采用日本富士NB2U-90型PLC梯形图设计语言，主要完成报警信息处理、数字显示表控制、泵站切换、压力和流量调节、记数等组成，其控制流程如图6。

图6：控制程序原理图

四、结论

通过对多功能液压附件试验台电气系统设计、安装以及调试可以论证本方案控制方便且结果可靠，笔者还得出下列三条结论：其一，PLC控制器的使用使得电气控制系统结构简化，体积大大减小；其二，液电结合能很好的实现远程控制，并使数字阀调节方便，结果精确；其三，PLC具有很强的逻辑控制性能。总之，基于plc控制的液压试验台电气设计可以建立起可靠地电控系统，得到可靠方便的运行结果。

参考文献：

[1]余雷声主编：《电气控制与PLC应用》[M]机械工业出版社，1996.

[2]张志伟：《液压实验台的电气控制系统改造》[J]装备制造技术，2008(12).

[3]孙小权/何喜玲：《基于PLC的液压实验台控制系统改造设计》[J]应用科技，2006(11).