一種基於PLC的電液比例電氣控制系統的製作方法

2023-07-13 14:48:41 3

本發明涉及一種基於PLC的電液比例電氣控制系統，適用於機械領域。

背景技術：

隨著電子技術、計算機技術等的快速發展以及向工程機械領域的不斷滲透，現代工程機械正處於機電液一體化的發展時代。作為1種新的液壓傳動控制技術。電液比例控制將液壓系統某些功能集成到電液比例控制器內，簡化了液壓系統的構成，提高了液壓系統動作的穩定性和可靠性。電液比例控制的理論研究和技術的發展已成為工程機械領域發展的一大趨勢，是液壓工業和控制工程1個新的技術熱點和增長點。在工科學院的許多試驗設備中，經常需要對各種力學參量、物理學參量及運動過程進行控制。這些設備中的許多動力源都是液壓工作站，控制方法多通過購買市場的控制模塊，實現控制過程的參數設置，從而完成控制過程。這樣就導致試驗過程中學生對控制系統甚少了解，且科研任務的設計方案易受控制設備的限制而不能靈活變更等許多問題。因此，在實驗室的條件下建立1個靈活、開放式的電液比例控制系統，具有重要的現實意義。

技術實現要素：

本發明提出了一種基於PLC的電液比例電氣控制系統，該系統是基於PLC平臺上完成電液比例閥的控制，具有很好的柔性，響應速度快、硬體電路設計簡單、精度高。同時採用PLC自帶的PID控制算法，程序集成度高，運行速度快，便於實現快速控制，較好的滿足了電液比例系統的控制要求。

本發明所採用的技術方案是：所述控制系統的液壓缸具有手動和自動兩種復位方式。手動復位通過控制面板的按鈕來完成。液壓缸在工作位置按系統要求保持一定時間後，由控制程序來實現自動復位。電機啟動，油泵供油，油經單向閥以及三通比例閥進入單作用液壓缸，液壓缸運行，在控制系統的作用下保持在用戶設定位置。電控單向閥打開時，液壓缸復位。當系統出現異常或超載情況時，溢流閥動作，實現對系統的保護。油泵電機11KW。

所述控制系統的電氣控制系統採用PLC作為主控機直接處理模擬量和開關量信號，選用PC機作為上位機與下位機進行通信。系統輸入有位移傳感器信號、位置控制啟動信號、液壓缸手動復位信號、油泵啟動與停止信號、電機過載信號、電接點壓力表信號、系統復位信號等，共計模擬量1個、開關量7個。控制對象有油泵電機、三通比例閥、溢流閥、電控單向閥及顯示用指示燈。其中三通比例閥需要模擬量驅動，輸入電流為4mA~20mA；顯示信號有油泵啟/停顯示、位置控制顯示等。因此，PIE輸出需提供模擬量1個，開關量8個。

所述控制系統採用Y-△啟動方式，這樣系統啟動時的電流僅為全壓啟動的1/3，電網電壓波動不大。從Y接向△接的切換時間由PLC內部的定時器確定，時間可設為8s。

所述控制系統選用OMRONCPlH—XA40DT—D型PLC。該機為帶內置模擬輸Ⅳ輸出端子型，內置通用輸Ⅳ輸出40點，其中輸入24點，電晶體(漏型)輸出16點，DC電源。CPU單元內置模擬4點電壓/電流輸入、模擬2點電壓/電流輸出，解析度1/6000、1/12000可選。輸Ⅳ輸出分別可選擇：0V～5V、lV～5V、0V～10V、-10V～1OV、0mA～20mA、4mA～20mA等6種方式。通過擴展CPMIA系列的I/O擴展單元，可達到最大320點的輸Ⅳ輸出。通過安裝選件板，可進行RS-232通信或RS-422/485通信(門、條形碼閱讀器、變頻器等的連接用)，通過擴展CJ系列高功能單元，可擴展向高位或低位的通信功能等。

所述CPlH-XAd0DT-D型PLC需DC24V電源供電，輸入端子只有1個COM，採用共點式連接方式。位移傳感器傳送來的模擬信號進入內部的200CH中供程序調用。輸出端子佔用了兩個通道，除控制三通比例閥的1個模擬量輸出外，其餘輸出點皆控制直流小型繼電器。因小型繼電器為直流感性負載，斷電時會對PLC的輸出造成浪湧電流的衝擊，為此，在其旁邊並接了續流二極體加以保護。續流二極體選用IN5819，其參數為最大峰值反向電壓40V、最大反向有效值電壓28V、最大直流阻斷電壓40V、最大正向平均整流電流lA、最大正向壓降0.6V(IA)。

所述控制系統的控制程序通過控制面板的轉換開關SA，電氣控制系統可實現手動/自動復位控制。為了實現液壓缸位置的準確控制，程序採用了PID算法。PLC上電後先控制油泵電機啟動，然後由用戶設定位置控制參數，PID參數通過實驗研究整定好後進行設定，使用PLC程序庫中自帶的PID控制模塊進行運算，結果經由210CH輸出，再通過模擬量輸出位驅動比例閥工作，使液壓缸按要求運行。現場位移傳感器採集液壓缸位置實現閉環控制。

本發明的有益效果是：該系統是基於PLC平臺上完成電液比例閥的控制，具有很好的柔性，響應速度快、硬體電路設計簡單、精度高。同時採用PLC自帶的PID控制算法，程序集成度高，運行速度快，便於實現快速控制，較好的滿足了電液比例系統的控制要求。

附圖說明

圖1是本發明的電液比例系統圖。

圖2是本發明的控制系統構成框圖。

圖3是本發明的系統主電路圖。

圖4是本發明的PLC外圍接線圖。

圖5是本發明的序流程圖。

圖中：1.電機；2.溢流閥；3.油泵；4.壓力表；5.單向閥；6.電控單向閥閥；7.三通比例閥；8.油缸；9.位移傳感器。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

如圖1，控制系統的液壓缸具有手動和自動兩種復位方式。手動復位通過控制面板的按鈕來完成。液壓缸在工作位置按系統要求保持一定時間後，由控制程序來實現自動復位。電機啟動，油泵供油，油經單向閥以及三通比例閥進入單作用液壓缸，液壓缸運行，在控制系統的作用下保持在用戶設定位置。電控單向閥打開時，液壓缸復位。當系統出現異常或超載情況時，溢流閥動作，實現對系統的保護。油泵電機11KW。

如圖2，控制系統的電氣控制系統採用PLC作為主控機直接處理模擬量和開關量信號，選用PC機作為上位機與下位機進行通信。系統輸入有位移傳感器信號、位置控制啟動信號、液壓缸手動復位信號、油泵啟動與停止信號、電機過載信號、電接點壓力表信號、系統復位信號等，共計模擬量1個、開關量7個。控制對象有油泵電機、三通比例閥、溢流閥、電控單向閥及顯示用指示燈。其中三通比例閥需要模擬量驅動，輸入電流為4mA~20mA；顯示信號有油泵啟/停顯示、位置控制顯示等。因此，PIE輸出需提供模擬量1個，開關量8個。

如圖3，控制系統採用Y-△啟動方式，這樣系統啟動時的電流僅為全壓啟動的1/3，電網電壓波動不大。從Y接向△接的切換時間由PLC內部的定時器確定，時間可設為8s。

如圖4，控制系統選用OMRONCPlH-XA40DT-D型PLC。該機為帶內置模擬輸Ⅳ輸出端子型，內置通用輸Ⅳ輸出40點，其中輸入24點，電晶體(漏型)輸出16點，DC電源。CPU單元內置模擬4點電壓/電流輸入、模擬2點電壓/電流輸出，解析度1/6000、1/12000可選。輸Ⅳ輸出分別可選擇：0V～5V、lV～5V、0V～10V、-10V～1OV、0mA～20mA、4mA～20mA等6種方式。通過擴展CPMIA系列的I/O擴展單元，可達到最大320點的輸Ⅳ輸出。通過安裝選件板，可進行RS-232通信或RS-422/485通信(門、條形碼閱讀器、變頻器等的連接用)，通過擴展CJ系列高功能單元，可擴展向高位或低位的通信功能等。

所述CPlH-XAd0DT-D型PLC需DC24V電源供電，輸入端子只有1個COM，採用共點式連接方式。位移傳感器傳送來的模擬信號進入內部的200CH中供程序調用。輸出端子佔用了兩個通道，除控制三通比例閥的1個模擬量輸出外，其餘輸出點皆控制直流小型繼電器。因小型繼電器為直流感性負載，斷電時會對PLC的輸出造成浪湧電流的衝擊，為此，在其旁邊並接了續流二極體加以保護。續流二極體選用IN5819，其參數為最大峰值反向電壓40V、最大反向有效值電壓28V、最大直流阻斷電壓40V、最大正向平均整流電流1A、最大正向壓降0.6V(1A)。

如圖5，控制系統的控制程序通過控制面板的轉換開關SA，電氣控制系統可實現手動/自動復位控制。為了實現液壓缸位置的準確控制，程序採用了PID算法。PLC上電後先控制油泵電機啟動，然後由用戶設定位置控制參數，PID參數通過實驗研究整定好後進行設定，使用PLC程序庫中自帶的PID控制模塊進行運算，結果經由210CH輸出，再通過模擬量輸出位驅動比例閥工作，使液壓缸按要求運行。現場位移傳感器採集液壓缸位置實現閉環控制。