基于PLC的多功能液压源控制系统设计.pdf

2 0 1 1 年 6月 第 3 9卷 第 1 2期 机床与液压 MACHI NE T00L HYDRAUL I C S J u n ． 2 0 1 1 Vo 1 ． 3 9 No ．1 2 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 1 2 ． 0 3 5 基于 P L C的多功能液压源控制 系统设 计 姚玲峰 ，曹选平 ，罗纲 1 ．成都纺织高等专科学校机械 系，四川成都 6 1 1 7 3 1 ；2 ．西南交通大学机械工程学院，四川成都 6 1 0 0 3 1 摘要介绍多功能液压源控制系统的组成和控制原理，详细阐述系统温度、压力、流量等处理模块的工作原理和整个 系统程序的实现方法。实践证明该控制系统是可行和可靠的。 关键词液压源；控制系统；模拟量 中图分类号N 9 4 5 ． 2 3 文献标识码 B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 1 21 0 73 De s i g n o f Co nt r o l S y s t e m o f t h e M u l ti f u nc tio n Hy dr a ul i c Pr e s s u r e S o ur c e Ba s e d o n PLC YAO L i n g f e n g ， CAO Xu a n p i n g ， L UO Ga n g 1 ． Me c h a n i c a l D e p a r t me n t ，C h e n g d u T e x t i l e C o l l e g e ，C h e n g d u S i c h u a n 6 1 1 7 3 1 ，C h i n a ； 2 ． C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，S o u t h w e s t J i a o t o n g U n i v e r s i t y ，C h e n g d u S i c h u a n 6 1 0 0 3 1 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e c o n s t i t u e n t s a n d c o n t r o l l i n g p r i n c i p l e o f t h e c o n tro l l i n g s y s t e m o f t h e mu l t i f u n c t i o n h y d r a u l i c p r e s s u r e s o u r c e we r e i n t r o d u c e d ． Th e wo r k i n g p r i n c i p l e s o f t h e d e ali n g mo d u l e s o f t h e p a r a me t e r s ，s u c h a s o i l t e mp e r a t u r e ， 0 i l p r e s s u r e a n d o i l fl u x o f t h e s y s t e m，a n d t h e i mp l e me n t i n g me t h o d o f t h e c o n t r o l l i n g s y s t e m p r o g r a m w e r e e x p o u n d e d ．Th e p r a c t i c e p r o v e s t h i s c o n t r o ll i n g s y s t e m i s f e a s i b l e a n d r e l i a b l e ． Ke y wo r d s Hy d r a u l i c p r e s s u r e s o u r c e；Co n t r o l l i n g s y s t e m；An a l o g v alu e 多功能液压源是针对目前飞机液压油污染和大型 油压设备加油困难的现状而设计的一种地面设备。该 液压源可广泛用于飞机液压系统 的清洗、供压、加 油、补加油和地面综合试验、检查及油液净化 。因 其功能强大 ，所以该液压源的控制系统要求具有较高 的可靠性和操作灵活性。 作者针对液压源的特点 ，利用工业级可编程序控 制器 P L C 对液压源系统进行控制，灵活实现各工 作模式的状态转换、系统异常情况下的及时报警、各 工作状况的实时监控等功能，以满足机场飞机对液压 源的稳定、协调、可靠的目标要求。 1 系统设计 1 ． 1 系统主要技术指标 根据实际需求分析 ，该液压源控制系统在具体操 作上应满足以下指标 1 各工作模式的灵活转换。该液压源可以实 现 7 种工作模式，分别为液压源油箱加油，飞机油 箱加油，飞机油箱放油，液压源油箱油液 自循环经济 型清洗，液压源油箱油液 自循环精细型清洗 ，开放模 式飞机油液清洗 与液压源油箱油液混合清洗 ，关 闭模式飞机油液 清洗 飞机 油箱油液直接 循环清 洗 。对于这7种工作模式，要求控制系统能够实现 灵活、可靠地进行状态转换。 2 油液温度实时监控。当主油泵吸油温度不 小于 7 0℃时，超温报警灯亮；当吸油温度达到7 2℃ 时，液压源 自动停车 ，超温报警灯保持，蜂 鸣器鸣 声。待油温降到 5 0℃以下后 ，可按 “ 启动”按钮， 重新启动工作。 3 回路压力实时监控。当异常情况下主油泵 出口压力不小于2 4 M P a 时，面板供油超压报警灯亮 ， 蜂鸣器鸣声，说明油泵或液压系统有异常，应进行检 查 ，泵组 自动停止工作 ，需下电后检修排故。当主油 泵吸油压力不小于 0 ． 7 M P a时 ，面板 吸油超压报警灯 亮，蜂鸣器鸣声，说明液压系统吸油管路有异常，应 进行检查 ，泵组 自动停止工作 ，需下电后检修排故。 4 流量控制。通过预先设置流量值，由 P L C 控制变频器，进而控制油泵电机在相应的转速下工 作，使输出流量与设定流量相符。 5 过滤器工作状态监控。所有过滤器均设有 报警装置，通过电路转换至面板以报警灯显示。报警 灯亮时说明过滤器的纳污能力已到极限，应及时清洗 或更换滤芯。 6 系统操作灵活。整个系统要求能够实现人 机 “ 对话” ，即可以通过触摸屏的人机界面了解系统 的工作状态如温度 、压力、流量等参数 ，清楚系统的 报警信息 ，并能实时修改系统预先设置的参数信息。 收稿 日期2 0 1 0 0 51 9 作者简介姚玲峰 1 9 7 9 一 ， 男 ， 在读博士， 讲师 ，主要从事机电液一体化技术的教学与研究工作。E m a i l l a r r y 一 1 1 6 3 ． c o m 。 1 0 8 机床与液压 第 3 9卷 1 ． 2 系统硬件 组 成 该系统主要 由交流接触器、空气开关 、滤波器、 变压器、P L C、电缆、插 头、插座、接线 座、配 电 箱、电子放大器等组成。通过电源电缆向液压源配电 箱供电，分别对变频电机、变频器及工控系统供电。 P L C工控系统 的信号源 主要有液压 系统的主油泵 出口压力变送信号、主油泵吸油压力变送信号和温度 传感器信号。工作期间，工控系统按预先设定的控制 程序进行。其硬件组成框图见图1 。 触 摸 屏 图 1 液压源控制系统组成 1 ． 3 系统主 电路 图设 计 该控制系统共有 4个电机，分别为主油泵电机 、 副油泵电机、为液压源油箱加油的加油电机 1和为飞 机加油 的加油电机 2 。主油泵为恒压变量泵 ，通过变频 器对主油泵电机进行变频调速，可控制主油泵的流量 输出 ；三相电源通 过滤波器 1 滤 波后 接入变频器 ，进 而接入主油泵电机。控制系统的主电路图如图2所示。 L1 L2 L 3 主 泵 电机 辅泵 电机 加 油 电 L 1 加油 电机2 图2 系统主电路图 1 ． 4 控 制 系统设 计 1 ． 4 ． 1 可编程控制器 P L C 选 型 该控 制 系 统 采 用 7 - 2 0 0系 列 C P U 2 2 6 A C ／ D C ／ R E L A Y型 P L C作为核心单元。该型产品设计紧凑， 扩展性 良好，价格低廉 ，指令功能强大，在解决用户 的工业 自动化问题时，具有很强的适应性。C P U 2 2 6 型 P L C的输入输出接 口数为 2 4入／ 1 6出，并有 2个 R S ． 4 8 5通信 口，其 中一个用 以连接触摸屏。其外接 线如 图 3所示 。 L3 l l 一 、 P Tl O 0 违 l l I开关电源IE ＼ ＼ ＼ 广 J_]I l vJ＼v‘＼v‘’ l l 1 I -。 藤 眦 中 蛇 甘 墓 l ⋯ 目 E ， 目 ⋯I I [ I I I I I I事I lI 摸屏 昌 C P U 2 2 6 I 目 A C ／IC ／R E L A Y 2 4 v 1 I l I M 1 0 ． 0l 0 ． 1l 0． 21 0 ． 3l 0． 41 0 ． 51 0 ． 61 0 ． 7l 1 ． 0l 1 ． 1l l J 2l l J 3l 1 ． 4I l 2 M l 1 ． 5l 1 ． 6l 1 ． 7I 2 ． 0l 2 ． 1l 2 ． 2I 2 ． 3I M l l _ l S B 1 s B j s B 书 B 4 s B 5lsB d s B 7 l ’ I I l l 图3 电气控制原理图 输入输 出端子功能 说明 1 0 ．O 一液压源油箱加油 s in 1 0 ． 1 一飞机油箱加油 s n 2 1 0 ．2 --飞机油箱放油 s a 3 1 0 ．卜 液压源油箱 内油液 自 循 环经济型清洗 s n 4 1 0 ．4 一液压源油箱内油液 自循 环精细型清洗 s n5 1 1 0 ． 5 一开放模式飞机油液清洗 与液压源油箱油液混合 清洗XS n 6 1 0 ． 6 一关闭模式飞机油液清洗 飞 机油箱油液直接清洗 S B 7 Q0 ． O -- Q0 ．卜 电机Ml M4 接触 器 KMI --KM4 Qo ． 4 - -QO ．6 _ 一电磁阀YVl YV3 f 液压原理图中电磁阀 2 5 、电磁阀2 8 、电磁溢 流阀2 ” l j空 制继电器 KAI --KA 3 Qo ． 7 、QI ． O - Q1 ．3 一油滤状态指示 灯 HL1 一HL 5 Q 1 ． 4 温度状态监控指示灯 H L 6 QI ． S 供油超压报警指示灯 HL7 Q 1 ． 6 一吸油超压报警指示灯 H L 8 QI ． 卜 蜂鸣器f BP 1 第 1 2期 姚玲峰 等基于 P L C的多功能液压源控制系统设计 1 0 9 1 ． 4 ． 2 模拟量输入输出模块设计 液压源系统在工作过程 中，系统的温度、压力、 流量等参数分别由系统的温度变送器、压力变送器 、 流量计等传感器将测定的模拟量信号传人到控制系统 的模拟量接收 模块 ，通 过 A ／ D转换 后进 入可 编程 控 制器进行运算 ，根据运算结果控制各输出单元，或再 次经过 D ／ A转换 以模拟量形式输出并控制模拟量单 元。系统采用 1个 E M 2 3 1 输入模块、1个 E M 2 3 2输 出模块 、1个 E M 2 3 5混合模块对模拟量信号进行处 理。E M 2 3 1 输入模块接收主油泵吸油端的温度信号 、 飞机加油回路中供油压力信号、主油泵吸油端压力信 号、主油泵供油端压力信号，并通过 A ／ D转换后由 P L C将运算结果传输给触摸显示屏以数字形式显示； 当温度、压力高于设定值时，P L C控制输出端接触器 断开电路 ，系统停车，此时对应报警指示灯亮，蜂呜 器鸣声。E M2 3 2输出模块作用为接收来 自触摸屏界 面的0～5 0 H z 的数字信号 通过 P L C转换 ，经过 自身运算后输出对应的01 0 V电压，用以控制变频 器的输出频率 ，进而控制主油泵电机的转速；E M 2 3 2 另一模拟量输出信号用以控制安装在主油泵上的先导 比例压力阀，从而对泵组液压系统进行调压，调压范 围为 3 2 1 ． 5 MP a 。E M2 3 5混合模块主要接收油路系 统中的流量信号和主油泵转速信号，经 P L C处理后 以数据形式显示于触摸屏；并将转换后的主油泵转速 信号与变频器输出信号做对比，实时反馈。此模块预 留有一定的输 输出接 口，以供系统功能扩展。其 原理 如图 3 所示 。 1 ． 4 ． 3 系统软件设计 控制系统的软件 由两部分组成 ，分别为 P L C控 制程序和触摸屏界面显示程 序。触摸屏选用 T O N C E N T C - 5 7 M T P型触摸屏。P L C控制程序设计是在 西 门 子 S T E P 7 - Mi c r o ／ WI N 4 ． 0编 程 软 件 上 实 现 的 ， 界面显示及操作部分 由同辰实时在线监控系统软件 实现 。 P L C控制程序由系统主程序、初始化子程序、实 时参数显示子程序、状态参数处理中断程序以及若干 工作模式转换中断程序组成。初始化子程序的作用在 于将预先设置好的温度、压力等极限参数值送人指定 寄存器中，为后面的判断程序做准备，以确定是否有 异常情况发生。状态参数处理中断程序为一个时基中 断程序，条件满足即可启动该中断程序，该中断程序 的作用是每隔一段时间对6路模拟量通道的信号进行 循环采样并将采样值送人 P L C处理器中进行数据处 理 ，将这些数据与预先设定数据比较 ，若数值过高或 过低，则输出端指示灯亮 ，系统蜂鸣器报警。工作模 式转换中断程序由通讯 口中断和I ／ O中断组成，共有 7种，分别代表 7种工作状态，每一输入端的 s B按 钮按下代表一种中断输入 ，系统转入此种工作模式。 在控制系统的循环执行过程中，系统会调用实时参数 显示子程序，此子程序的作用在于将状态数据送至触 摸屏显示界面，达到实时监控相关部位参数的目的。 控制系统软件结构如图4所示。 图4 控制系统软件结构图 状态显示及操作软件由与触摸屏配套的组态软件 实现 ，其能够以文字或动态数据等形式监测系统中的 重要参数，并可以通过操作界面修改预设值，还可以 转换工作状态，达到灵活操作的 目的。 2结 语 通常机场飞机用液压源 的功能复杂 ，对控制 系统 要求较高。作者以 P L C作为控制系统核心部件，结 合触摸屏的应用 ，使系统的可靠性、可扩展性增强， 操作灵活方便，极大地满足了飞机用液压源的控制要 求。实践证明，该控制系统的设计是可行的。 参考文献 【 1 】 姚玲峰． 飞机用多功能液压源设计 [ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 9 1 1 2 8 3 1 ． 【 2 】 吴志刚， 罗剑， 肖世德． 基于 P L C实现的乳化液泵站控 制系统的技术改造[ J ] ． 矿山机械 ， 2 0 0 7 5 3 8 4 0 ． 【 3 】张伟林， 牛小方， 刘慧． 电气控制与 P L C综合应用技术 [ M] ． 北京 人民邮电出版社 ， 2 0 0 9 ．