PLC在液壓站控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：可編程控制器是繼電器控制和計算機控制出上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成以微器處理為核心把計算機技術(shù)、自動化技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。文章應(yīng)用西門子公司生產(chǎn)的可編程控制器S7_300系列PLC，實現(xiàn)液壓站自動操作控制系統(tǒng)，而且可以實現(xiàn)液壓站群的集體控制。該系統(tǒng)充分利用了可編程控制器（PLC）控制功能。使該系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，時期功能范圍得到廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：可編程控制器；控制系統(tǒng)；液壓站

引言

液壓站又稱液壓泵站，是獨立的液壓動力源裝置，它按驅(qū)動裝置要求供油，并控制油流的方向、壓力和流量，它適用于主機與液壓裝置可分離的各種液壓機械下。用戶只要將液壓站與主機上的執(zhí)行機構(gòu)（油馬達和油缸）通過液壓油管相連，液壓機械即可實現(xiàn)各種規(guī)定的動作、工作。這個工作過程有溫度、壓力、液位、等參數(shù)的監(jiān)視及控制；還有電機馬達的控制。如果用傳統(tǒng)的繼電控制很難達到很高的工作效率。當(dāng)需要多個液壓站配合工作時，其控制量是很大的。因而引入PLC可以使得控制簡單化、智能化。

1 液壓站原理

液壓站的工作原理如下：電機帶動油泵運轉(zhuǎn)，泵從油箱中吸油后打油，將機械能轉(zhuǎn)化為液壓油的壓力勢能，通過集成塊（或閥組合）被液壓閥實現(xiàn)了將液壓油的方向、壓力、流量調(diào)節(jié)后經(jīng)外接管路傳輸?shù)揭簤簷C械的油缸或油馬達中，從而控制了液動力機械方向的變換、力量的大小及運行速度的快慢，推動各種液壓機械做功。原理如圖1。

2目前廣泛使用的的控制方法

繼電器控制，PLC控制，單片機控制，其中PLC檢測控制系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛。其具有以下特點：

2.1 可靠性

PLC不需要大量的活動元件和連線電子元件。它將控制邏輯由傳統(tǒng)的繼電器硬件運算變?yōu)檐浖\算，使得它的連線大大減少。PLC經(jīng)過多年的不斷發(fā)展，具有工業(yè)針對性，有很高的抗干擾能力。在各大PLC廠家的不斷更新發(fā)展下，PLC各模塊可靠性已經(jīng)有很大提高。與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短。PLC進行了一系列可靠性設(shè)計，例如：冗余的設(shè)計（包括硬件冗余技術(shù)和軟件冗余技術(shù)），斷電保護功能（電容電源和UPS的應(yīng)用使得斷電時有充分的處理時間），故障診斷和信息保護及恢復(fù)。PLC具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不容易發(fā)生操作的錯誤。PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計的控制裝置，它具有比PC控制更可靠的硬件和更簡單的編程語言。采用了精簡的編程語言加上強大的編譯診斷功能，編程出錯率大大降低。

2.2 易操作性

對PLC的操作包括程序輸入和程序更改的操作。通過專業(yè)的編程軟件進行編程并進行下載，更改程序的操作也可以直接根據(jù)所需要的接點號或地址編號進行搜索或程序?qū)ふ遥缓筮M行更改。PLC有多種程序設(shè)計語言可供使用。由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解。PLC具有強大的自診斷功能降低了維修人員維修技能的要求。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過軟件和硬件的自診斷，維修人員可以很快找到故障部位進行故障維修和故障排除。

2.3 靈活性

PLC采用的編程語言有梯形圖、功能表圖、功能模塊和語句描述等編程語言。編程方法的多樣性使編程簡單、可以使得不同專業(yè)的人員都有自己習(xí)慣的編程語言。操作靈活方便，監(jiān)視和控制變量變得十分容易。

以上特點使用PLC控制系統(tǒng)具有可靠性高，程序設(shè)計方便靈活，運行穩(wěn)定，擴展性能好，抗干擾能力強等諸多優(yōu)點今后PLC控制系統(tǒng)還會得到更廣泛的使用。

3 PLC控制系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)包含完整的PLC系統(tǒng)模塊。其中包含電源模塊， CPU-315，PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的，I/O包含開關(guān)量輸出（SM321DO），開關(guān)量輸入（SM321DI），模擬量輸入（SM331AI），模擬量輸出（SM331AO）等模塊。通訊模塊PS305。

I/O組成：

數(shù)字量輸入模塊（DI）：包含油箱液位高，油箱液位低，循環(huán)泵、主泵運行狀態(tài)，管路閥門狀態(tài)等。

開關(guān)量輸出（DO）：包含循環(huán)泵、主泵啟停控制，加熱器啟停控制，冷卻器啟停控制。

模擬量輸入（AI）：包含液位，流量，油溫，壓力等。

4 PLC邏輯控制

啟動邏輯：液位正常，油溫正常，管路閥門狀態(tài)正常等。

停止邏輯：液位超低，壓力超低，流量超低，急停信號等。

報警邏輯：液位低，壓力低，流量低，油溫低，油溫高等。

5 HMI設(shè)計

上位機與PLC通訊模塊通過Profibus總線連接，將各個參數(shù)傳給上位機通過人機界面Wincc顯示，并可以通過上位機人機界面控制液壓站的啟停。

6 液壓站群的控制

當(dāng)多個液壓站需要配合工作時，可以將每一個液壓站設(shè)置一個ET-200遠程I/O站，將采集的參數(shù)通過通訊模塊傳入一個總的PLC站進行集中控制。且可以通過一個HMI就可以監(jiān)視各個參數(shù)和人工參與控制。這樣就可以更加集中地控制多個液壓站組成的液壓站群，是的多個液壓站有序有計劃的協(xié)作運行。其原理如圖2。

圖2 液壓站群控制系統(tǒng)

7 液壓站穩(wěn)定性的提高

由于液壓站是機械動力裝置，其穩(wěn)定性和可靠性必須得到保障。其穩(wěn)定性包和可靠性括：不誤報警，不誤停車，液位、壓力數(shù)值準(zhǔn)確。PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息并通過Profibus總線傳到HMI。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以通過程序編輯軟件編入外圍電器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護，使用PLC控制本身就是比較可靠的控制方案。為了保證液位不誤報警，我們采用數(shù)字量模擬量雙重條件報警，當(dāng)模擬量液位低且數(shù)字量液位低信號到達時才向HMI發(fā)出報警。壓力和流量同樣可以用冗余的方法。提高各個檢測量抗干擾性能，可以盡量使用屏蔽電纜，設(shè)置窗口時間，使用隔離模塊等。使用本地和集中兩種控制無擾切換可以提高液壓站控制的可靠性。

參考文獻

[1]SIEMENS公司. SIMATIC S7-300 M7-300可編程序控制器模板規(guī)范參考手冊[Z].2001.

[2]SIEMENS公司.STEP-7-V5.1編程使用手冊[Z].2001（10）.

[3]謝克明，夏路易.可編程控制器原理與程序設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.

[4]齊蓉.最新可編程控制器教程[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2000.

作者簡介：徐興友（1984-），男，河北唐山人，助理工程師，本科，主要研究方向：自動化。