PLC在液压传动控制系统中的应用

王 敏

（辽河化工厂，沈阳辽中 110200）

1 引言

系统是用上位机实现对液压系统的控制，主要是控制液压系统完成基本的动作——液缸的自由进退，从而实现对物体的夹持或震撞。总的控制系统的结构是：上位机用力控组态软件作为人机界面，实现各种控制的可视化；下位机用PLC实现电磁换向阀、变频器的控制；利用组态软件对PLC的监控实现系统和实时控制。

2 工艺简介

液压传动在机床上应用很广，具体的结构也很复杂，液压传动控制系统结构如图1所示，液压缸固定不动，活塞连同活塞杆带动工作台可以向左或向右往复运动。图中所示为电磁换向阀的左端电磁铁通电而右端的电磁铁断电状态，将阀芯推向右端。液压泵由电动机带动旋转，通过其内部密封的容积变化，将油液经滤油器及油管从油箱中吸入，并经电磁换向阀压入液压缸的左腔。迫使液压缸左腔容积不断增大，推动活塞及活塞杆连同工作台向右移动。液压缸右腔的回油，经油管电磁换向阀排回油箱。当换向阀左端电磁铁断电而右端通电时，液压油便进入液压缸的右腔，推动活塞及活塞杆向左运动。当这两个过程交替实现时，就可以实现工作台的往复运动了。当电磁换向阀的左右端电磁铁都断电时，阀芯在两端弹簧的作用下，处于中间位置。这时液压缸的左腔、右腔、进油路及回油路之间均不相通，活塞及活塞杆连同工作台便停止不动。由此可见，电磁换向阀是控制油液流动方向的。

图1 液压传动控制系统结构

3 PLC控制系统设计

（1）硬件设计

系统中PLC与变频器及电磁阀的接线图如图2所示。PLC变频器实现“八段速调速”，以便根据工作的需要通过调节电动机转速的方法来改变输出压力。这样能达到运转中的节能效果，降低系统的运行成本。变频器可以通过控制端子来实现频率的改变。系统采用VFD—A型号变频器，此变频器可以通过控制端子M11、M12、M13来实现8种速度的调节。具体操作为：首先在变频器内部设置好 相 关 参 数 ，PR.16、PR.17、PR.18、PR.19、PR.20、PR.21、PR.22 7个参数的设定值为 7个不同的运转频率，再加上初始频率总共8个频率，便可以实现“八段速调速”了。其控制信号是通过上述3个端子M11、M12、M13接收的，即这3个端子可以实现8种组合，如表1所示。

变频器上的FWD控制端子用来实现电动机正转／停止控制﹔REV是反转／停止控制信号接线端子。由于本设计中所用电动机带动的是液压泵，由其运转方式决定了电动机不能够反转。为了防止发生反转，首先把变频器内部参数PR.24（反转禁止设定）设为d0001即可使变频器拒绝反转命令，然后在变频器控制端子接线时只接FWD端子就可以了。为了对液压系统的液压泵以及辅助设备进行保护，使电动机转速在一个比较安全合理的范围内，对变频器 PR.36、PR.37 进行设定，其设定值就是允许的输出频率上、下限值。

表1

图2 PLC与变频器及电磁阀的接线图

电磁换向阀是由两个线圈来分别控制两端电磁铁的吸合。当有一端的线圈接通时另一个必须断开，这样才能保证换向阀滑动的正常运动，不然会出现两个电磁铁同时吸合的情况，滑块两端就会同时受力，使系统不能正常工作。所以两个线圈在控制时就必须设置互锁，通过硬件和软件两重互锁来保证。

（2）PLC程序设计

本系统中PLC的主要作用就是控制变频器八段速调速和电磁换向阀。系统流程图如图3所示。本系统的功能完成主要靠PLC内的程序来实现，有些控制可以由上位机来干预。由于PLC有着极好的稳定性，所以设备的大部分控制功能都由PLC来实现。运转方式分为手动和自动两种。

图3 系统流程图

①手动方式

可以控制电动机的启停、变频器的正常八速段调速、电磁阀的吸合控制。它是为了在精度要求不高或作简单测验时（比如测试电动机负载情况）能够用较简洁的方式控制系统运行。

②自动方式

可以按预定的方式完成活塞杆往复运动。要求活塞杆能够在到达一个终点以后经过预先设置好的时间后返回。这就要求换向阀的两个线圈必须隔一定的时间轮流吸合或放开。整个过程可以由PLC内部的程序来完成，而不需要手动干预。如果需要切换控制方式，则可以用上位机人机界面上的转换控制按钮或外接开关强行转换。

4 人机界面设计

人机界面采用力控组态软件作为开发平台，通过组态软件的PLC驱动，实现图形与PLC内存器的动画连接，从而实时监控系统的运行状态。

5 调试

在计算机上，通过人机界面进行调试。电动机开始可以正常速度启动，在达到稳定后先把电磁阀打向左边，让活塞杆向外探出。当活塞杆达到行程的左限时就不能继续前进，但由于溢流阀的作用使对外输出压力为恒定值，通过调节溢流阀开量的大小，可以调整此值的大小。活塞杆的进退速度跟电动机转速、溢流阀开量均有关系：当电动机转速升高时，活塞杆的进退速度就增加，反之降低；当溢流阀的开量增加时，进退速度就会减少，反之加快。