液壓缸試驗臺計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、第 4期 (總第 161期 2010年 8月 機 械 工 程 與 自 動 化M ECHA N ICAL EN GI NEER IN G & AU T O M A T IO N N o. 4A ug.文章編號 :1672-6413(2010 04-0149-03液壓缸試驗臺計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計張曉東 , 蘇東海(沈陽工業(yè)大學 機械工程學院 , 遼寧沈陽 110023摘 要 :為保證液壓缸產(chǎn)品質(zhì)量 , 設(shè)計了 精度高、 功能全面、 操作方便的液壓缸試驗臺。 介 紹了液壓缸試驗臺計 算 機控制系統(tǒng)的設(shè)計、 P L C 在液壓缸試驗臺的應用以及計算機對模擬信號的采集 與處理。 關(guān) 鍵詞 :液

2、壓缸 ; 試 驗臺 ; P L C ; 控制系統(tǒng)中 圖分類號 :T P 273 T H 137. 51文獻標識碼 :A收稿日期 :2009-11-06; 修回日期 :2010-02-24(, , , 0引言液壓缸是液壓系統(tǒng)中的主要執(zhí)行元件 , 其性能的 優(yōu)劣直接決定了整個液壓系統(tǒng)的工作性能。液壓缸的 試驗與檢測成為保證液壓系統(tǒng)正常工作的重要手段 , 而作為液壓缸的測試裝置 , 液壓缸試驗臺對液壓缸的 質(zhì)量起關(guān)鍵作用。由于傳統(tǒng)液壓缸試驗臺存在著精度 不足、工作效率低等缺陷 , 因此 , 對其性能的精確檢 測和控制系統(tǒng)的智能化設(shè)計已成為當今液壓缸試驗臺 設(shè)計的主要目標。 本液壓缸試驗臺采用 PLC

3、 控制液壓 系統(tǒng)的動作過程 , 計算機通過數(shù)據(jù)采集卡對液壓系統(tǒng) 的模擬量進行控制、 采集 , 運用 VC +編程實現(xiàn)人機操 作界面、 計算機與 PLC 的串口通信等。 該設(shè)計充分降 低了系統(tǒng)的誤差 , 全面提高了液壓缸試驗臺的自動化 程度。1液壓缸試驗臺的結(jié)構(gòu)和功能 1. 1液壓缸試驗臺的組成本液壓缸試驗臺主要由液壓試驗系統(tǒng)、電器控制 系統(tǒng)和測量顯示系統(tǒng)組成。液壓試驗系統(tǒng)包括主試驗液壓系統(tǒng)和輔助試驗液 壓系統(tǒng)。 主試驗液壓系統(tǒng)主要由油泵電機組、 油箱、 支 架、電機泵組底座、集成閥塊、管路等組成。輔助試 驗液壓系統(tǒng)主要由獨立的油液旁路過濾系統(tǒng)、回油精 細過濾系統(tǒng)、 試驗油缸氣動集油裝置及控制閥

4、等組成。 被試油缸完成試驗后 , 通過氣動排油將油缸內(nèi)的液壓 油排到集油箱內(nèi) , 通過液位傳感器控制 , 自動或手動 將油過濾后排回主油箱。電器控制系統(tǒng)主要由電氣安裝柜、控制按鈕等組 成。 試驗程序由 PLC 控制 , 實現(xiàn)試驗所要求的各項動作和安全防護設(shè)置 , 以及自動換向、自動計數(shù)、保壓延時等功能。 操作方式有調(diào)整、 手動、 自動 3種方式。測量顯示系統(tǒng)主要由計算機、計算機接口、傳感 器及數(shù)據(jù)指示儀表、 打印機、 操作臺等組成。 首先 , 測 量液壓缸兩腔的耐壓試驗壓力、 前腔的最低啟動壓力、 試驗流量、油液溫度等數(shù)據(jù) ; 然后完成對試驗數(shù)據(jù)的 采集、處理及試驗報告的打印和存儲等。可實現(xiàn)自

5、動 測量 , 自動顯示。1. 2液壓缸試驗臺的功能液壓缸試驗臺的檢測項目包括 :試運轉(zhuǎn)、啟動壓 力特性試驗、 耐壓性試驗、 耐久性試驗、 內(nèi)泄漏試驗、 外泄漏試驗、緩沖試驗、負載效率試驗、行程檢測。液壓系統(tǒng)采用了電液比例控制技術(shù) , 包括電液比 例流量變量泵、電液比例溢流閥 , 可對液壓缸和液壓 回路的流量、壓力進行實時控制 , 極大地提高了系統(tǒng) 的控制精度。由于在試驗過程中 , 油溫的波動不得大 于±2 , 故油溫控制在 50±2 , 系統(tǒng)采用 PLC 通 過 2個開關(guān)量分別控制冷卻器和加熱器 , 用于液壓缸 的保溫作用。 當試驗壓力大于 31. 5M Pa 時 , 采用

6、獨立 的高壓油源 (超高壓泵 , 并通過快換接頭使被試缸與 原系統(tǒng)脫離 , 由超高壓泵單獨供油 , 超高壓泵的最高 壓力由溢流閥限定 , 對于大功率的高壓泵電動機 , 采 用 Y- 啟動。 在耐久性試驗、 耐壓性試驗中 , 對于對 頂裝置提出了非常嚴格的要求 , 必須保證兩液壓缸在 運動中嚴格同心 , 不能出現(xiàn)偏載 , 若偏載則可能使兩 液壓缸報廢 , 造成不必要的損失 , 為此 , 設(shè)計了一個 導軌液壓缸安裝架 , 由含有拉力傳感器的導向塊、液 壓缸平臺等構(gòu)成對頂裝置 , 導向塊在導軌中滑動。為了保證其良好的摩擦性 , 導向塊在導軌中的滑動部分 采用錫青銅材料 , 而導軌則采用鑄鐵材料。 2

7、計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計 2. 1計算機控制系統(tǒng)的通信在計算機與 PLC 通信時 , 為了避免通信中的各方 爭用通信線 , 一般采用主從方式 , 即計算機作為上位 機 , 進行集中監(jiān)控 , 完成可視化人機操作界面、 圖形顯 示、數(shù)據(jù)庫、通信及聯(lián)網(wǎng)等等 ; PLC 作為下位機 , 則 循環(huán)地讀入設(shè)備信號 , 并進行邏輯判斷操作 , 輸出控 制信號控制設(shè)備運行。本試驗臺利用 PLC 廠商所提供的標準通信端口 和由用戶自定義的自由口通信方式來實現(xiàn) PLC 與計 算機的通信。使用 Visual C +6. 0提供的 Activ eX 串 口通信控件 MSCom m 開發(fā)串口通信。整個通信由上 位機觸發(fā)開始

8、 , 計算機通過 COM 口發(fā)送指令到 PLC的 PORT 0(或 PORT1 口 , PLC 通過 RCV 接收指令 , 然后對指令進行譯碼 , 譯碼后調(diào)用相應的讀 /寫子程序 實現(xiàn)指令要求的操作 , 返回指令執(zhí)行的狀態(tài)信息。 2. 2計算機對試驗臺的控制上位機選用臺 灣研華公司生 產(chǎn)的工控機 IPC -610; 下位機選用西門子 S 7-200(CPU 226 , 它提供 24路開關(guān)量輸入、 16路開關(guān)量輸出。 本試驗臺有 14路 開關(guān)量輸出和 5路模擬量輸出 , 由 PLC 對試驗臺的開 關(guān)量進行過程控制。 由于 PLC 模擬量擴展模塊在模擬 量控制與數(shù)據(jù)采集時存在響應速度慢、信號不穩(wěn)定

9、的 問題 , 本控制系統(tǒng)選用臺灣研華公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集 卡 PCI -1711對試驗臺模擬量進行控制及數(shù)據(jù)采集 , 從而提高了響應速度與信號的穩(wěn)定性。計算機控制系 統(tǒng)框圖如圖 1 所示。圖 1計算機控制系 統(tǒng)框圖信號調(diào)理模塊對傳感器檢測的信號進行 信號調(diào) 理 , 以改進測試質(zhì)量和穩(wěn)定性。信號調(diào)理模塊包括信 號放大、隔離、濾波、激勵、線性化及多路轉(zhuǎn)換與擴 展等功能。PLC 控制液壓缸試驗臺上 5個泵的啟動和各個 換向閥的換向 , 并對冷卻器和加熱器進行控制。上位 機驅(qū)動板卡對電液比例變量泵、電液比例溢流閥等模 擬量元件進行控制 , 壓力傳感器、溫度傳感器等的模 ,傳回至上位機。2. 3主要試驗項

10、目的控制2. 3. 1啟動壓力特性試驗的控制計算機通過數(shù)據(jù)采集卡控制電液比例溢流閥 , 使 無桿腔壓力逐漸升高 , 至液壓缸的活塞桿剛剛啟動時 , 由光感應開關(guān)檢測發(fā)出開關(guān)量信號 , 壓力傳感器將測 量的壓力信號傳給信號調(diào)理模塊進行信號調(diào)理 , 再由 數(shù)據(jù)采集卡采集 , 并傳回計算機 , 計算機經(jīng)過滑動平 150 機 械 工 程 與 自 動 化 2010年第 4期2. 3. 2耐壓性試驗在 人機界面 中設(shè)定壓 力值 (液 壓缸工 作壓力 的 1. 5倍 , 并設(shè)定 2min 耐壓時間。計算機將 2m in 傳給 PLC, 接通延時定時器 , 通過數(shù)據(jù)采集卡控制電液比例 溢流閥 , 使液壓缸活塞

11、運行到缸的一端 , 并逐漸升高 腔內(nèi)壓力 , 直到采集回來的壓力值與設(shè)定壓力值相等 , 保持腔內(nèi)壓力 , 同時 , PLC 接通延時定時器開始計時 , 2min 后接通延時定時器常開觸點 , 發(fā)出信號 , 開始卸 載 , 試驗完成。 2. 3. 3耐久性試驗在人機界面中輸入液壓缸額定壓力值、液壓缸設(shè) 計要求的最高速度 , 設(shè)定耐久性試驗的時間為 8h 。 通 過電液比例溢流閥控制液壓缸的壓力 , 使其穩(wěn)定在額 定壓力。 通過電液比例變量泵控制液壓缸的運行速度 , 使其達到最高速度 , 由流量傳感器測量的信號經(jīng)信號 調(diào)理、 采集 , 傳回計算機。 計算機將流量信號處理 , 換 算成速度值 , 再

12、與輸入的最高速度值進行比較 , 計算 機根據(jù)差值控制電液比例變量泵。此閉環(huán)控制使速度 誤差控制在最高速度的±10%。 PLC 通過光感應開關(guān) 對液壓缸活塞桿進行檢測 , 實現(xiàn)自動換向和計數(shù)器計 數(shù) , 并將數(shù)據(jù)傳回計算機。試驗開始時 , 當液壓缸達 到額定壓力時 , PLC 定時器開始計時 , 計數(shù)器開始計 數(shù) , 8h 后試驗結(jié)束 , PLC 發(fā)出信號 , 液壓系統(tǒng)卸載 , 計算機對數(shù)據(jù)進行處理 , 計算出累計行程 , 試驗完成。 2. 3. 4內(nèi)泄漏試驗在內(nèi)泄漏試驗中 , 由于液壓缸內(nèi)泄漏量相對較小 , 約為 0. 1L /min 0. 5L /min , 不宜采用容積式流量傳感

13、器 , 可通過測量液流充滿精確標定容積的時間定出 該時間內(nèi)的平均泄漏量。計時采用光點開關(guān) , 可提高 測量的精度。通過計算機設(shè)定好標定的容積 , 試驗開 始 , PLC 定時器開始計時 , 當液壓油充滿標定容積時 , 光點開關(guān)發(fā)出信號 , 試驗結(jié)束 , 計時器將數(shù)據(jù)傳回計 算機 , 計算機通過標定容積和計時時間算出內(nèi)泄漏量。 3結(jié)論本文主要介紹了液壓缸試驗臺的結(jié)構(gòu)功能、計算 機控制系統(tǒng)的設(shè)計、 計算機與 PLC 的通信方法以及主 要試驗的控制方式。 本液壓缸試驗臺采用 PLC 控制試 驗臺的動作過程 , 模擬量由數(shù)據(jù)采集卡采集 , 使液壓 缸試驗臺的自動化程度得到較大提升 , 與傳統(tǒng)液壓缸 試

14、驗臺相比 , 不僅提高了工作效率 , 并且提高了試驗 臺的精度和穩(wěn)定性。參考文獻 :1 雷天覺 . 液壓工程手冊 M .北京 :機械工業(yè)出版社 , 1990. 2許賢 良 , 王 傳禮 . 液壓 傳動 M . 北 京 :國 防工業(yè) 出版 社 ,2006.3周韌研 , 商斌 . V isual C +串口通信開 發(fā)入門與編 程實踐M . 北京 :電子工業(yè)出版社 , 2009.4廖常 初 . S 7-200PL C 編程及 應用 M . 北京 :機械 工業(yè)出版社 , 2008.5羅肖華 . 計 算機數(shù) 據(jù)采 集系 統(tǒng)的信 號調(diào) 理實現(xiàn) 方法 J .山西電子技術(shù) , 2002(2 :22-23, 4

15、4.6曾良 才 , 陳 奎生 , 湛從 昌 . 高 精度液 壓缸試驗 臺 J . 工程機械 , 1996(1 :10-12.Design of Computer Control System of Hydraulic Cylinder Test -bedZHANG Xiao -dong , SU Dong -hai(School of M echanical En gineering , S henyang University of T ech nology , Sh enyang 110023, China Abstract :T o ensur e the quality o f hy

16、dr aulic cylinders , a hig h -precision , full -functio n hy dr aulic cy linder test -bed is desig ned . T hispaper intr oduces the desig n o f computer contr ol system o f the hydr aulic cy linder test -bed , and t he applicatio n of P L C in thehydraulic cylinder test -bed , and the acquisitio n a

17、nd pro cessing of analog signal . Key words :hy dr aulic cylinder ; test -bed ; PL C ; contr ol system(上接第 148頁 Reform Design of Control Circuit of Mud Scraperin Water Purification WorkshopQIAO Dong -kai , ZHAO Ke , LI Duo -min(College of M ech an ical and Electrical En gineering, M aoming University, M aoming 525000, Chin aAbstract :Due to system deficiencies , the tra nsmissio n chain o f mud scra per in w ater purificatio n w o rkshop in M ao ming Ethy lene Fa cto r y is o ften pulled o ff . T his paper presented a new contr ol cir cuit which