PLC在液压站控制系统中的应用

摘 要：可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把计算机技术、自动化技术、通信技术融為一体的新型工业自动控制装置。文章应用西门子公司生产的可编程控制器S7_300系列PLC，实现液压站自动操作控制系统，而且可以实现液压站群的集体控制。该系统充分利用了可编程控制器（PLC）控制功能。使该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。

关键词：可编程控制器；控制系统；液压站

引言

液压站又称液压泵站，是独立的液压动力源装置，它按驱动装置要求供油，并控制油流的方向、压力和流量，它适用于主机与液压装置可分离的各种液压机械下。用户只要将液压站与主机上的执行机构（油马达和油缸）通过液压油管相连，液压机械即可实现各种规定的动作、工作。这个工作过程有温度、压力、液位、等参数的监视及控制；还有电机马达的控制。如果用传统的继电控制很难达到很高的工作效率。当需要多个液压站配合工作时，其控制量是很大的。因而引入PLC可以使得控制简单化、智能化。

1 液压站原理

液压站的工作原理如下：电机带动油泵运转，泵从油箱中吸油后打油，将机械能转化为液压油的压力势能，通过集成块（或阀组合）被液压阀实现了将液压油的方向、压力、流量调节后经外接管路传输到液压机械的油缸或油马达中，从而控制了液动力机械方向的变换、力量的大小及运行速度的快慢，推动各种液压机械做功。原理如图1。

2目前广泛使用的的控制方法

继电器控制，PLC控制，单片机控制，其中PLC检测控制系统应用最为广泛。其具有以下特点：

2.1 可靠性

PLC不需要大量的活动元件和连线电子元件。它将控制逻辑由传统的继电器硬件运算变为软件运算，使得它的连线大大减少。PLC经过多年的不断发展，具有工业针对性，有很高的抗干扰能力。在各大PLC厂家的不断更新发展下，PLC各模块可靠性已经有很大提高。与此同时，系统的维修简单，维修时间短。PLC进行了一系列可靠性设计，例如：冗余的设计（包括硬件冗余技术和软件冗余技术），断电保护功能（电容电源和UPS的应用使得断电时有充分的处理时间），故障诊断和信息保护及恢复。PLC具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不容易发生操作的错误。PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比PC控制更可靠的硬件和更简单的编程语言。采用了精简的编程语言加上强大的编译诊断功能，编程出错率大大降低。

2.2 易操作性

对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。通过专业的编程软件进行编程并进行下载，更改程序的操作也可以直接根据所需要的接点号或地址编号进行搜索或程序寻找，然后进行更改。PLC有多种程序设计语言可供使用。由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。PLC具有强大的自诊断功能降低了维修人员维修技能的要求。当系统发生故障时，通过软件和硬件的自诊断，维修人员可以很快找到故障部位进行故障维修和故障排除。

2.3 灵活性

PLC采用的编程语言有梯形图、功能表图、功能模块和语句描述等编程语言。编程方法的多样性使编程简单、可以使得不同专业的人员都有自己习惯的编程语言。操作灵活方便，监视和控制变量变得十分容易。

以上特点使用PLC控制系统具有可靠性高，程序设计方便灵活，运行稳定，扩展性能好，抗干扰能力强等诸多优点今后PLC控制系统还会得到更广泛的使用。

3 PLC控制系统组成

该系统包含完整的PLC系统模块。其中包含电源模块， CPU-315，PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的，I/O包含开关量输出（SM321DO），开关量输入（SM321DI），模拟量输入（SM331AI），模拟量输出（SM331AO）等模块。通讯模块PS305。

I/O组成：

数字量输入模块（DI）：包含油箱液位高，油箱液位低，循环泵、主泵运行状态，管路阀门状态等。

开关量输出（DO）：包含循环泵、主泵启停控制，加热器启停控制，冷却器启停控制。

模拟量输入（AI）：包含液位，流量，油温，压力等。

4 PLC逻辑控制

启动逻辑：液位正常，油温正常，管路阀门状态正常等。

停止逻辑：液位超低，压力超低，流量超低，急停信号等。

报警逻辑：液位低，压力低，流量低，油温低，油温高等。

5 HMI设计

上位机与PLC通讯模块通过Profibus总线连接，将各个参数传给上位机通过人机界面Wincc显示，并可以通过上位机人机界面控制液压站的启停。

6 液压站群的控制

当多个液压站需要配合工作时，可以将每一个液压站设置一个ET-200远程I/O站，将采集的参数通过通讯模块传入一个总的PLC站进行集中控制。且可以通过一个HMI就可以监视各个参数和人工参与控制。这样就可以更加集中地控制多个液压站组成的液压站群，是的多个液压站有序有计划的协作运行。其原理如图2。

图2 液压站群控制系统

7 液压站稳定性的提高

由于液压站是机械动力装置，其稳定性和可靠性必须得到保障。其稳定性包和可靠性括：不误报警，不误停车，液位、压力数值准确。PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息并通过Profibus总线传到HMI。在应用软件中，应用者还可以通过程序编辑软件编入外围电器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护，使用PLC控制本身就是比较可靠的控制方案。为了保证液位不误报警，我们采用数字量模拟量双重条件报警，当模拟量液位低且数字量液位低信号到达时才向HMI发出报警。压力和流量同样可以用冗余的方法。提高各个检测量抗干扰性能，可以尽量使用屏蔽电缆，设置窗口时间，使用隔离模块等。使用本地和集中两种控制无扰切换可以提高液压站控制的可靠性。

参考文献

[1]SIEMENS公司. SIMATIC S7-300 M7-300可编程序控制器模板规范参考手册[Z].2001.

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

[3]谢克明，夏路易.可编程控制器原理与程序设计[M].北京：电子工业出版社，2002.

[4]齐蓉.最新可编程控制器教程[M].西安：西北工业大学出版社，2000.

作者简介：徐兴友（1984-），男，河北唐山人，助理工程师，本科，主要研究方向：自动化。