基于PLC的等效“準數控”調速回路設計

黃家仕，陸 紅，劉宏鵬，強 偉

（1.徐州壓力機械有限公司，江蘇 徐州 221004；2.徐州煤礦工程機械裝備有限公司，江蘇 徐州 221004）

0 引言

當前，在鍛壓、 煤礦等諸多使用重型設備的行業，其設備液壓動力調控輸出多已選用先進的數控技術。作為以PLC 和先導比例閥為電液一體化核心的數控系統，相比傳統液壓動力的電液調控系統，具有空間占用小、性價比高等優勢。但由于重型機械設備工作環境相對惡劣，對精密數控系統帶來了嚴重的電控干擾及不良影響，使得電液調控系統的實際輸出產生較大偏差。本文期望借助歐姆定律“ 并聯分流”的電路原理，設計基于PLC 的多閥并聯先導節流液壓回路，以電磁閥矩陣“ 通”和“ 斷”實施相鄰密集調速梯度的流量調控輸出，從而獲取密集液壓梯度的等效“ 準數控”電液調速驅動。

1 液壓系統流量的密集梯度調控

先進重型設備液壓動力系統的驅動速度輸出，基本要求調控輸出就是數控無級調速。而在設備使用現場實際工況下，也并不苛求無梯度的絕對平滑曲線調速。惡劣環境下重型機械設備的電液操控系統，調控輸出的持續穩定性是主導，而調速輸出的快慢精度和系統的性價比則處于次要地位。

1.1 并聯密集梯度調速回路

依據電氣并聯電路原理設計的液壓回路，采取矩陣先導節流閥組的密集梯度調速，是基于PLC 程序調控輸出使各先導電磁閥通斷動作的有機組合，實現密集梯度流量變換調控的模擬無級調速。如圖1 所示。

1.2 密集梯度調速回路

圖1 密集梯度調速回路

如圖1，在重型設備的液壓動力源中，以旁路先導控制并聯節流調速的形式，以預置連續的模擬量電訊號輸入PLC（圖中未標示），經PLC 程序運算轉換輸出對應的開關量，從而控制各自獨立的Yv 先導電磁閥。由此按調速輸出要求的順序動作，依次對應調控節流流量液壓閥件的啟閉，使液壓系統實現“ 模擬連續性”的數控流量輸出。其在PLC 程序控制下的典型調速能效說明如下：

（1）僅有先導電磁閥Yv1 通電時，通徑Dg8mm的可調節流閥導通； 調控來自液壓動力源的節流流量,經此輸出小于40L/min 的含功驅動液壓油。

（2）僅有先導電磁閥Yv2 通電時，通徑Dg10mm的可調節流閥導通； 調控來自液壓動力源的節流流量,經此輸出小于70L/min 的含功驅動液壓油。

（3）僅當先導電磁閥Yv1 和Yv2 同時通電時，通徑Dg8mm 和Dg10mm 的可調節流閥同時導通；調控輸出總量小于（40+70）L/min 的含功驅動液壓油。不同相鄰梯度的流量輸出，以此不同的交叉組合方式獲得最小至最大諸多的梯度流量系列。

（4）按上述方式單獨通電或分別組合通電并聯導通，先導電磁閥則控制對應的可調節流閥獲取不同梯度的流量輸出，圖示調速回路可實現的調速梯度分級數等于：

調速分級數＝（2n-1）

式中：n——先導電磁閥的個數。僅當n 取值5 時：調速回路中調速分級數＝（25-1）＝31。

1.3 密集調速梯度

設定圖示調速回路要求的最大可達到840L/min，則平均調速相鄰梯度僅有27.1L/min 左右（840/31≈27.097L/min）。顯然這對于鍛壓、煤礦等重型機械行業的液壓設備而言，液壓動力系統的現場實際輸出的調速（流量）梯度、液壓系統及儀表示值等附加誤差的總和，往往是等于或超過27.1L/min 這一相鄰梯度值的。另外，由于重型設備輸入控制電源的電壓電流也不是絕對穩定不變的，因此調控輸出小于27.1L/min 的相鄰流量梯度，應在重型液壓動力設備最小調速許可的范疇之列。

若要進一步減小液壓系統輸出的平均調速梯度，只需在此基礎上取值遞增指數n+1=（5+1），則每增加一組先導電磁節流閥（組），即可使調速回路的調速相鄰梯度數陡增一倍。

2 調速回路的實施可行性

（1）為了全面覆蓋本液壓回路中各閥流量的可調范圍，應按照標準公稱通徑系列從小通徑到大通徑依次并聯排列。

（2）與使用環境條件較高的比例調速閥調控相比，密集梯度調速回路操控的可靠性更高。雖有占用較大立體空間的弊端，但對于非移動使用的重型液壓設備來說，便于故障排查維修和配件的快捷更換。

（3）密集梯度調速回路對液壓油的理化品質、過濾精度等相關指標，遠不如精密型比例調速閥所必須的要求苛刻。

3 結束語

以多組先導調速（可調節流）閥并聯組合的調控，對鍛壓、煤礦等重型機械液壓系統實施“ 模擬連續”流量的輸出，克服了比例調速閥調控系統對供電電源、比例放大器和液壓油苛刻的要求。所述電液密集調速液壓回路，只需依據PLC 程序控制的輸出指令，即可完成比例放大器和比例調速閥的等效調控。而占有立體空間較大的此類多閥組合回路，可以設計完善標準的調速（回路）功能閥島或疊加閥組，應用于先進重型液壓設備的數控設計及升級改造。

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