PLC在液压系统中的应用

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇PLC在液压系统中的应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：plc控制系统具有抗干扰、精度高、安全可靠等特点，在液压设备中应用较为普遍。本文对PLC及液压系统的特点进行总结，并结合PLC在车床液压系统改造中的应用，就PLC的实际应用进行重点分析。

关键词：PLC；液压系统；程序设计；控制原理

前言：

工业自动化以机电液一体化为前提，提高了控制精度和生产效率，是21世纪技术发展的一大趋势，PLC控制系统使用简单、可靠性好、性价比高，在各领域都有较为广泛的应用。液压系统可以实现无级调速，控制方便，便于实现自动化、标准化和系列化。因此液压系统与PLC控制系统相结合在自动化实现方面具有明显的优势。

1.PLC的功能及特点分析

1.1 1PLC的功能

PLC是上世纪六十年展起来的一种自动化控制装置，大至经历了集成电路+磁芯存储、微处理器+半导体存储、8-16位微处理器、16位以上处理器4个发展阶段，目前以二、三阶段的产品应用最多，也较为广泛。早期只具备逻辑计算、计数及顺序控制等简单功能。随着技术的发展，PLC又拓展了步进控制、数据处理、回路控制、通讯联网等功能。现阶段的PLC已经具有监控、停电记忆、故障诊断等功能[1]。

虽然PLC的计算速度较单片机慢（一般PLC的计算速度为10ms级），且价格较高，但是PLC灵活方便、安全可靠、环境适应性好，而且使用方便、维护简单，总体的性价比较高，因此，在各领域的应用也更为广泛。目前，PLC控制器的发展主要分化为小型、简单、廉价和大型、快速、多功能等2个方向。

1.2 PLC的结构特点

现阶段应用较多的PLC结构主要由中央处理单元、输入输出部分、电源部分及编程器组成，如图1所示。输入信号一般由按钮、行程开关、继电器触点、传感器等开关装置产生[2]，并将各种信号转化为数字信号。微处理器读入数字信号，并按照预定程序处理数据，然后向被控对象输出控制信号，如电磁线圈、指示灯、电磁阀等。存储器分为用户程序存储器和系统程序存储器，分别用于存储用户写入的程序和系统固有的程序，系统程序一般不允许更改。电源模块主要是将交流电转换为直流电，用以向处理器、存储器等模块提供能源。编程器用于实现用户与设备的对话，有简易编程和图形编程两种方式，图形编程较为常见，即可用于梯形图编程，用可用于指令编程。

图1 PLC基本结构

2.液压系统与PLC控制的对接

2.1液压控制元件

液压控制阀是液压系统的控制元件，通过控制系统中油液的压力、流量及方向实现需求的动作。一般常见的液压阀用电磁溢流阀、电磁换向阀、电磁比例阀等，这些元件通过接收控制信号，实现相关动作。近年来，液压届又提出了数字液压的概念，常规的电磁比例阀及电磁伺服阀主要是通过D/A接口进行信号转化，间接地实现数字液压传动。脉冲宽度控制是目前比较时兴的一种控制方式，通过将D/A转化器与液压控制阀做成一体，直接实现数字液压控制，其原理详见图2。

图2 电液比例PWM原理

电液比例阀控制系统由控制器、比例电磁铁、电液比例阀以及执行机构等部分组成，比例电磁铁和比例阀作为连接执行机构的元件。加到比例阀线圈的电压波形为周期一定、脉冲宽度可控的矩形波，由于脉冲周期远小于阀芯的响应周期，所以阀芯的运动只响应PWM信号的平均值，阀芯工作时处于微振动状态，这大大地减小了比例滞环[3]。

2.2液压元件与PLC的信号对接

PLC编程常用的形式主要有：梯形图、语句表、功能图及逻辑表达式等。但是，无论何种编程方式，都是由逻辑设计演变而来。像比如前文介绍的数字控制等，PLC可以结合模糊控制及PID控制等较为先进的算法，实现变频调节，限于篇幅，这里仅对逻辑运算进行分析。

逻辑运算主要有与、或、非三种，结合液压系统，逻辑与运算代表两个元件同时动作，逻辑或运算表示两个元件选择性动作，逻辑非运算表示没有元件动作。按照如此原理分类，液压元件也可以分为与门、或门、非门及禁门等几种元件。与门元件比如换向阀与梭阀的结合，或门元件比如两位四通换向阀的组合，非门元件比如单向阀，液压锁等元件。因此，通过各种液压元件的组合就能实现逻辑信号的控制。但多数情况下，一般是PLC通过逻辑信号，控制液压元件实现需求动作。

3.道车削自动化改造

钢塑复合管道将塑料的防腐性能及钢丝的抗压性能结合在一起，具有优异的性能。但是在管道实际生产过程中，由于切口处有钢丝外漏，若不进行处理，会影响管道的寿命及实际使用。由于材料的收缩，管材有可能会产生椭圆现象，因此，在管道定长切割后，一般先进行端部车削，再进行封口。原有的管材车削，在普通车床上由人工进行车削，劳动强度大且生产效率低。

3.1功能分析

经过调研后，计划将封口改为端部车削和封口两道工序，其中车削工序计划将原有设备改造为自动化生产设备，选定PLC型号为F1-40MR，改造原理如图3所示。该工序的具体操作流程为：送管架将管材送到工作台，夹紧机构夹紧管材，车床开始旋转，夹紧机构开始送进管材，按程序车削完成后，送进油缸退回，夹紧机构松开，卸管机构将管材夹紧后送到下一工序，然后开始下一循环。

通过工序分析后，确定了如图4所示的状态流程图，其中SB1、BP、SQ1～SQ6为输入开关，YA1～YA6为输出开关。其中还有KM1～KM2分别控制车床工作台的前进与后退。

由状态流程图可以看出：工位1：YA1控制送管机构将管材送到位，碰触SQ1接通，同时送管机构退回，到位后碰触SQ2并接通。工位2：YA3得电夹紧管件，压力继电器BP动作，车床开始旋转，由KM1控制伺服电机带动工作台进给，车削完成后，SQ3接通，KM2控制伺服电机带动工作台退回，碰到SQ4后，YA4得电，控制夹紧油缸松开管件，同时BP断开。工位3：接通YA5后，卸管装置将管件转移到下一工序，到位后，YA6控制其退回，同时SQ6接通，然后设备进入下一循环。

图3 系统改造液压原理图 图4 状态流程图

3.2 程序设计

图5 顺序功能图图 6 梯形图

根据上文的状态流程设计，确定了如图5所示的顺序功能。其中S代表工步，后面的数字代表执行优先级。根据状态流程图及顺序功能如可以根据步进指令写出对应的梯形图，如图6所示。

4结论

PLC与液压系统的结合是设备制造领域常用的技术，不但提高了设备的智能化程度，保证了可靠性，同时还简化了操作，降低了维护成本。已有设备的自动化改造也是PLC应用较多的场合，本文通过将普通的卧式车床，加以简单的液压系统，通过PLC进行控制，实现了管材的自动化车削，即降低了劳动强度，又提高了生产效率和产品质量。

参考文献：

[1] 王也仿. 可编程控制器应用技术[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2] 李粤.液压系统PLC控制[M].北京：化学工业出版社，2009.

[3] 李松晶，阮健，弓永军.先进液压传动技术概论[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2008.