基于PLC的液壓試驗臺回路設計

許曉東+雷福祥+李宜峰+肖愛玲

摘要：為配合液壓傳動課程及PLC自動控制課程的教學改革，研究利用PLC控制液壓教學試驗臺，根據需要設計液壓回路。詳細介紹液壓試驗臺的優化方案及利用PLC設計液壓實驗回路裝置的方法，為提高教學試驗質量及學生的創新能力提供參考。

關鍵詞：液壓試驗臺；PLC；自動控制；優化

中圖分類號：TP271 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）11-0036-04

液壓傳動課程是機電專業的專業基礎課程，實用性非常強。授課由理論、液壓元件、液壓回路三部分組成，其中液壓系統的回路設計非常靈活和重要。傳統教學利用繼電器組控制回路已經不能滿足教學需要，需要利用PLC（可編程序控制器）技術將液壓技術有機結合起來，培養學生的研究能力和創新能力。PLC具有抗干擾性強、運行可靠的優點，在工業自動化領域應用廣泛。利用PLC控制技術完成液壓回路試驗中的回路控制試驗，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）、差動回路、綜合回路，學生不僅能夠掌握液壓系統原理，還能掌握PLC可編程序的控制功能、控制原理及編程技巧。

1 液壓回路試驗臺裝置

為直觀形象地展示液壓元器件的結構原理，及清晰觀察液壓傳動油路的工作過程，試驗裝置的所有液壓元件均采用透明有機玻璃外殼，便于學生觀察所有液壓元件的內部結構及液壓傳動油路的工作過程。利用該系統輔助單個液壓元件的結構、工作原理及性能教學時，還可演習常見的基本液壓回路試驗。采用PLC編程控制模塊實現PLC智能控制，使機、電、液控制有機結合起來，優化控制方案。

1.1 結構組成

試驗裝置由試驗臺架、液壓泵站、常用液壓元件、電氣控制單元等組成。

試驗臺元器件采用透明有機玻璃外殼，元件的內部結構清晰直觀。通過透明的油管和紅色液壓油，可以觀察液壓油在液壓元件中的整個流動過程。獨立的元件模塊方便安裝。通過隨意組合各試驗模塊，可搭建各種不同的試驗回路。液壓元件的最大承受壓力為1.0 Mpa，系統額定工作壓力為0.8 Mpa，是安全的低壓試驗系統。采用PLC編程控制模塊實現PLC智能控制。配有虛擬仿真軟件，可以根據學生思路設計試驗。

1.2 電氣及液壓系統設計

液壓試驗臺控制系統由液壓動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、弱電部分采用分開隔離設計。圖1為液壓泵站的原理圖。

液壓動力源控制系統主要由油箱、過濾器、定量泵、溢流閥、節流閥、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，一般試驗壓力為0.7 MPA。

1.3 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。

液壓主控回路主要為控制定量泵開關及加熱器服務。試驗臺采用定量泵，額定流量固定，主控回路控制電機正轉。液壓主控回路見圖2。

在圖2中，按下SB13，接觸器KM1得電，定量泵電機正傳，提供額定壓力壓力油；SB12為停止按鈕；按下SB14，繼電器KM2得電，加熱器工作；如果溫度低于設定溫度，油溫會自動加熱到設定溫度；QF4為加熱器開關按鈕。

液壓PLC接線如圖3所示，PLC型號為FX-20系列，PLC控制方式有手動控制和自動控制2種。試驗回路搭建完成后需進行調試。調試時，先采用手動控制方式將PLC程序通過編程軟件下載到PLC存儲器中，再進行手動控制，以校驗程序是否正確。自動模式為通過專用的工控軟件選擇PLC模式進行回路試驗。FX1S-20MR有輸入點14個，繼電器輸出為8個。

控制臺PLC的輸入輸出接口見圖4。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為實驗啟動按鈕；X6—X14為行程開關輸入信號或壓力繼電器輸入信號。

2 基于PLC的液控單向閥鎖緊回路設計

利用液控單向閥的自鎖功能，可使液控單向閥鎖緊回路的活塞鎖定在任意位置，且工作可靠。液控單向閥鎖緊回路試驗原理見圖5，仿真見圖6。

試驗過程為：葉片定量泵開啟后，電磁閥Y2得電，系統壓力升高；打開液控單向閥，活塞桿右移，當觸碰到行程開關時，Y5得電，活塞桿左移。

2.1 工控軟件控制液壓鎖緊回路

按原理圖在試驗臺上搭接試驗回路，將電磁鐵插頭插入試驗臺擴展模板輸出區對應的插座；試驗時將PLC與繼電器控制旋鈕旋到PLC控制位置。

接線接好后，按軟件中泵啟動按鈕，試驗開始；按下停止按鈕，試驗停止。工控軟件設置接口要正確，否則試驗不能進行。

2.2 利用PLC仿真軟件控制鎖緊回路

PLC具有以下特點：可靠性高，抗干擾能力強；建造工作量小，維護方便；體積小，質量輕，能耗低。當前，運用PLC控制液壓回路已成為一種趨勢

確定PLC中需要從PLC輸出給繼電器線圈的輸入、輸出信號，指示燈及其它執行電路，從而計算PLC輸入、輸出線數目及IO地址分配。液控鎖緊回路梯形原理如圖7所示。

按下啟動按鈕X3，液壓泵啟動；按下X0，電磁閥Y2得電，活塞桿右移。當接觸到接近開關X4時，Y3得電，活塞桿左移；當接觸到接近開關X4時，Y2得電，活塞桿右移。按下停止按鈕X2，活塞桿停止移動，處于鎖緊狀態。將梯形圖通過接口下載到PLC程序存儲中，開始試驗。

3 結論

隨著工業技術的發展，傳統的液壓試驗設備的控制手段、實現功能，已不能適應高等教育培養專業人才的需要。為配合液壓傳動課程及PLC自動控制課程教學改革，研究利用PLC控制液壓教學試驗臺。PLC的邏輯處理功能越來越完善，液壓系統模塊必須與PLC控制模塊協同配合，才能最大限度發揮PLC的精確控制能力。基于PLC的多功能液壓教學試驗裝置，不僅可以應用于傳統的實驗教學，還可以和計算機、P LC控制技術結合起來，進行機電液一體化綜合控制技術的訓練和教學，應用前景廣闊。

參考文獻

[1] 王佳慶，彭芳.基于PLC的博世力士樂液壓實驗臺的改造及應用[J].機床與液壓，2013（20）：149-153.

[2] 柳科春.液壓試驗臺計算機控制系統的設計[J].煤礦機械，2014（2）：188-189.

[3] 李德英，廖力清.基于PLC的液壓試驗臺監控系統設計[J].國內外機電一體化技術，2010（5）：44-46.

Abstract： In order to tie in with teaching reform of hydraulic drive and PLC automatic control course， using PLC control hydraulic teaching experiment platform was studied and the hydraulic loop was designed according to the need. This paper introduced in detail the prioritization scheme of hydraulic test bench and the method used to designed hydraulic test loop device taking advantage of PLC， which provided reference for improving teaching test quality and students' innovation ability.

Key words： hydraulic test bench； PLC； automatic control； optimization