基于PLCQCS003B液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的改造(實(shí)驗(yàn)報(bào)告仿宋)1

PAGEPAGE5基于PLC的QCS003B液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的改造1.前言1.1QCS-003B液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的概況QCS-003B液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)是上世紀(jì)80年代的產(chǎn)品，集液壓泵性能、溢流閥靜態(tài)特性、節(jié)流調(diào)速性能實(shí)驗(yàn)于一體，是我院《液壓技術(shù)》課程和《液壓、氣壓傳動(dòng)及夾具設(shè)計(jì)》課程的主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備之一。圖1為實(shí)驗(yàn)臺(tái)的外形圖，圖2是用新的電氣符號(hào)繪制的對(duì)應(yīng)的原繼電器接觸器控制線路圖。圖3是QCS003B型液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的液壓系統(tǒng)原理圖。1.2設(shè)計(jì)制作完成的過程⑴收集資料；⑵了解QCS003B實(shí)驗(yàn)臺(tái)的原繼電器-接觸器控制系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的液壓系統(tǒng)原理圖進(jìn)行改進(jìn)，明確被控對(duì)象并確定控制思路；⑶對(duì)三菱FX2N型號(hào)的PLC的硬件結(jié)構(gòu)及其編程軟件GXDeveloper和仿真軟件GXSimulator進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，掌握其主要編程方法；⑷采用三菱PLC對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的控制系統(tǒng)進(jìn)行改造（包括硬件選型，繪制外部接線圖，編程PLC控制程序等）；⑸對(duì)液壓仿真軟件FluidSIM進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，并使用液壓仿真軟件FluidSIM對(duì)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)臺(tái)的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行仿真。1.3設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本課題包括使用PLC對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)原繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的改造和使用仿真軟件FluidSIM對(duì)改造后的實(shí)驗(yàn)臺(tái)的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行仿真兩個(gè)方面的內(nèi)容。⑴使用PLC對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)原繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的改造①參考原實(shí)驗(yàn)臺(tái)的使用說明書，以及搜集和查閱該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的相關(guān)資料，對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行深入的了解和研究；②對(duì)該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的液壓系統(tǒng)原理圖進(jìn)行改進(jìn)，使得實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由原來的3個(gè)擴(kuò)展為7個(gè)，并明確改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的被控對(duì)象（2個(gè)液壓泵的電動(dòng)機(jī)、7個(gè)電磁閥、2個(gè)液壓缸、3個(gè)指示燈、速度缸17的位移和實(shí)驗(yàn)壓力）；③對(duì)三菱FX2N型號(hào)的PLC的硬件結(jié)構(gòu)及其編程軟件GXDeveloper深入學(xué)習(xí)；根據(jù)⑵確定整套系統(tǒng)需要模擬量輸入共2點(diǎn)，數(shù)字量輸入點(diǎn)19點(diǎn)，數(shù)字量輸出共14點(diǎn)，總I/O的點(diǎn)數(shù)為35點(diǎn)。并使用三菱的編程軟件GXDeveloper編制了PLC控制主程序。⑵使用仿真軟件FluidSIM對(duì)改造后的實(shí)驗(yàn)臺(tái)的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行仿真①對(duì)液壓仿真軟件FluidSIM進(jìn)行深入學(xué)習(xí)；②使用液壓仿真軟件FluidSIM對(duì)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)臺(tái)的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行仿真。圖1QCS003B型液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的外形圖圖2QCS003B型液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)原繼電器接觸器控制線路圖2.3基于PLC的QCS-003B液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的軟件編制使用三菱PLC編程軟件GXDeveloper編制QCS-003B液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的程序?？刂浦鞒绦蛉鐖D6所示。圖6PLC控制主程序3.使用FluidSIM軟件對(duì)改進(jìn)后的QCS003B型液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的液壓回路實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真FluidSIM是目前較為流行的典型氣動(dòng)控制仿真軟件，它將CAD功能與仿真功能緊密結(jié)合在一起，可對(duì)基于元件物理模型的回路圖進(jìn)行實(shí)際仿真，包括FluidSIM-P和FluidSIM-H兩部分。充分應(yīng)用FluidSIM-H強(qiáng)大的仿真功能對(duì)QCS003B型液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的7個(gè)液壓回路實(shí)驗(yàn)進(jìn)行相關(guān)仿真。圖5PLC外部接線圖3.1使用FluidSIM軟件對(duì)液壓泵的性能實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)一）進(jìn)行仿真使用FluidSIM軟件，在FluidSIM-H環(huán)境中搭接液壓泵特性實(shí)驗(yàn)仿真的液壓回路。如圖7所示。圖7關(guān)閉節(jié)流閥10時(shí)液壓泵的特性實(shí)驗(yàn)油路的仿真畫面說明：電纜和液壓管路的顏色顏色含義深藍(lán)色氣壓管路：壓力大于或等于最大壓力的50％淡藍(lán)色氣壓管路：壓力小于最大壓力的50％淡紅色電纜：有電流流動(dòng)實(shí)驗(yàn)步驟：1、將電磁閥12的控制旋鈕置于“0”位，使電磁閥12處于中位，電磁閥11的控制旋鈕置于“0”位，閥11斷電處于下位。全部打開節(jié)流閥10和溢流閥9，接通電源，讓被試泵8空載運(yùn)轉(zhuǎn)幾分鐘，排除系統(tǒng)內(nèi)的空氣。2、關(guān)閉節(jié)流閥10，慢慢關(guān)小溢流閥9，將壓力P調(diào)至6.86MPa，然后用鎖母將溢流閥9鎖住。3、逐漸開大節(jié)流閥10的通流截面，使系統(tǒng)壓力P降至泵的額定壓力6.178MPa，觀測(cè)被試泵的壓力脈動(dòng)值（做兩次）。4、全部打開節(jié)流閥10，使被試泵的壓力為零（或接近零），測(cè)出此時(shí)的流量，此即為空載流量。再逐漸關(guān)小節(jié)流閥10的通流截面，作為泵的不同負(fù)載，對(duì)應(yīng)測(cè)出壓力p、流量q和電動(dòng)機(jī)的輸入功率N表。注意，節(jié)流閥每次調(diào)節(jié)后，須運(yùn)轉(zhuǎn)一、兩分鐘后，再測(cè)有關(guān)數(shù)據(jù)。壓力p—從壓力表p6上直接讀數(shù)；流量q—用秒表測(cè)量橢圓齒輪流量計(jì)指針旋轉(zhuǎn)一周所需時(shí)間，根據(jù)公式求出流量q；電動(dòng)機(jī)的輸入功率N表—從功率表19上直接讀數(shù)（電動(dòng)機(jī)效率曲線由實(shí)驗(yàn)室給出）；圖8節(jié)流閥10打開10％時(shí)液壓泵的特性實(shí)驗(yàn)油路的仿真畫面3.2使用FluidSIM軟件對(duì)節(jié)流調(diào)速性能實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)二）進(jìn)行仿真圖4為QCS003B型液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)節(jié)流調(diào)速回路性能實(shí)驗(yàn)的液壓系統(tǒng)原理圖。該液壓系統(tǒng)由兩個(gè)回路組成。圖4的左半部是調(diào)速回路，右半部則是加載回路。在加載回路中，當(dāng)壓力油進(jìn)入加載液壓缸18右腔時(shí)，由于加載液壓缸活塞桿與調(diào)速回路液壓缸17（以后簡(jiǎn)稱工作液壓缸）的活塞桿將處于同心位置直接對(duì)頂，而且它們的缸筒都固定在工作臺(tái)上，因此工作液壓缸的活塞桿受到一個(gè)向左的作用力（負(fù)載FL），調(diào)節(jié)溢流閥9可以改變FL的大小。在調(diào)速回路中，工作液壓缸17的活塞桿的工作速度V與節(jié)流閥的通流面積a、溢流閥調(diào)定壓力P1（泵1的供油壓力）及負(fù)載FL有關(guān)。而在一次工作過程中，a和P1都預(yù)先調(diào)定不再變化，此時(shí)活塞桿運(yùn)動(dòng)速度V只與負(fù)載FL有關(guān)。V與FL之間的關(guān)系，稱為節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性。a和P1確定之后，改變負(fù)載FL的大小，同時(shí)測(cè)出相應(yīng)的工作液壓缸活塞桿速度V，就可測(cè)得一條速度負(fù)載特性曲線。3.2.1采用節(jié)流閥的進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路使用FluidSIM軟件，在FluidSIM-H環(huán)境中搭接液壓泵特性實(shí)驗(yàn)仿真的液壓回路。如圖9所示。圖9節(jié)流閥5打開50％時(shí)進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速實(shí)驗(yàn)油路的仿真畫面圖10節(jié)流閥5打開90％時(shí)進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速實(shí)驗(yàn)油路的仿真畫面3.2.2采用節(jié)流閥的回油路節(jié)流調(diào)速回路圖11節(jié)流閥6打開40％時(shí)回油路節(jié)流調(diào)速實(shí)驗(yàn)油路的仿真畫面圖12節(jié)流閥6打開90％時(shí)回油路節(jié)流調(diào)速實(shí)驗(yàn)油路的仿真畫面3.2.3采用節(jié)流閥的旁圖13節(jié)流閥7打開40％時(shí)旁油路節(jié)流調(diào)速實(shí)驗(yàn)油路的仿真畫面圖14節(jié)流閥7打開80％時(shí)旁油路節(jié)流調(diào)速實(shí)驗(yàn)油路的仿真畫面3.2.4采用調(diào)速閥的進(jìn)圖15調(diào)速閥8流量為1L/m時(shí)旁油路節(jié)流調(diào)速實(shí)驗(yàn)油路的仿真畫面圖16調(diào)速閥8流量為6L/m時(shí)旁油路節(jié)流調(diào)速實(shí)驗(yàn)油路的仿真畫面3.3使用FluidSIM軟件對(duì)溢流閥靜態(tài)性能實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)三）進(jìn)行仿真使用FluidSIM軟件，在FluidSIM-H環(huán)境中搭接液壓泵特性實(shí)驗(yàn)仿真的液壓回路。如圖17所示。1818圖17溢流閥靜態(tài)性能實(shí)驗(yàn)液壓系統(tǒng)原理圖試驗(yàn)內(nèi)容1．調(diào)壓范圍及壓力穩(wěn)定性1）逐步打開溢流閥14的調(diào)壓手柄，通過壓力表p12—2，觀察壓力下降的情況，看是否均勻，是否有突變或滯后等現(xiàn)象，并讀出調(diào)壓范圍最小值。再逐步擰緊調(diào)壓手柄，觀察壓力的變化情況，讀出調(diào)壓范圍最大值。反復(fù)實(shí)驗(yàn)不是少于3次。2）調(diào)節(jié)被壓閥14，在調(diào)壓范圍取5個(gè)壓力值，（其中包括調(diào)壓范圍最高值63kgf/cm2），每次用壓力表p12—2分別測(cè)量各壓力下的壓力振擺值，并指出最大壓力振擺值。3）調(diào)節(jié)被試閥14至調(diào)壓范圍最高值63kgf/cm2，壓力表p12—2，測(cè)量一分鐘內(nèi)的壓力偏移值。2．卸荷壓力和壓力損失1）

卸荷壓力將被試閥14的壓力調(diào)至調(diào)壓范圍的最高值（63kgf/cm2），此時(shí)流過閥的溢流量為試驗(yàn)流量。然后將二位二通電磁換向閥16通電，被試閥的額卸荷口（遠(yuǎn)程控制口）即通油箱。用壓力表p12—2測(cè)量壓力值，即為卸荷壓力。

注意：當(dāng)被試閥的壓力調(diào)好之后應(yīng)將p12—2壓力表開關(guān)轉(zhuǎn)至O位，待16通電后，再將壓力表開關(guān)轉(zhuǎn)至壓力接點(diǎn)讀出卸荷壓力值，這樣可以保護(hù)壓力表不被打壞。2）壓力損失在實(shí)驗(yàn)流量下，調(diào)節(jié)被壓閥14的調(diào)壓手輪至全開位置，用壓力表p12—2，測(cè)量壓力值。3．起閉特性關(guān)閉溢流閥11，調(diào)節(jié)被試閥14至調(diào)壓范圍的最高值63kgf/cm2，并鎖緊其調(diào)節(jié)手柄，使通過被試閥14的流量為試驗(yàn)流量。1）閉合特性慢慢松開溢流閥11的手柄，使系統(tǒng)壓力分10檔逐漸降低，每次記錄過被試閥14的流量，直到被試閥14的溢流量減少到額定流量的1%（小流量時(shí)用量杯測(cè)量）。此時(shí)的壓力為閉合壓力（由壓力表p12—2讀出）。繼續(xù)松開溢流閥11的手柄，直到全部流量從溢流閥11流走。2）開啟特性反向擰緊溢流閥11的手柄，從被試閥14不溢流開始，使系統(tǒng)壓力逐漸升高，當(dāng)被試閥14的溢流量達(dá)到實(shí)驗(yàn)流量的1%時(shí)，此時(shí)的壓力為開啟壓力，再繼續(xù)擰緊溢流閥11的手柄，分10檔逐漸升壓，一直升到被試閥14的調(diào)壓范圍最高值63kgf/cm2。記下每次相應(yīng)的壓力和流量。

注意：為了減少測(cè)量誤差，啟閉特性實(shí)驗(yàn)中溢流閥11的調(diào)壓手柄應(yīng)始終向響應(yīng)的方向旋轉(zhuǎn)。圖18溢流閥11壓力為6.86MPa時(shí)溢流閥靜態(tài)性能實(shí)驗(yàn)的仿真畫面圖19溢流閥14壓力為6.2MPa時(shí)溢流閥靜態(tài)性能實(shí)驗(yàn)的仿真畫面圖20溢流閥11關(guān)閉后溢流閥靜態(tài)性能實(shí)驗(yàn)的仿真畫面3.4使用FluidSIM軟件對(duì)液壓泵8卸荷實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)四）進(jìn)行仿真在圖4中，當(dāng)二位二通電磁閥11和二位二通電磁閥15都通電，液壓泵的出口通過溢流閥14的的遠(yuǎn)程控制口k和二位二通電磁閥15回油箱。液壓泵8卸荷。由于FluidSIM軟件中沒有帶遠(yuǎn)程控制口k的溢流閥，所以無法仿真。3.5使用FluidSIM軟件對(duì)速度液壓缸17的差動(dòng)快速運(yùn)動(dòng)回路實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)五）進(jìn)行仿真使用FluidSIM軟件，在FluidSIM-H環(huán)境中搭接液壓泵特性實(shí)驗(yàn)仿真的液壓回路。如圖21所示。圖21速度液壓缸17快進(jìn)時(shí)的仿真畫面圖22速度液壓缸17工進(jìn)時(shí)的仿真畫面圖23速度液壓缸17快退時(shí)的仿真畫面圖24速度液壓缸17停止時(shí)的畫面3.6使用FluidSIM軟件對(duì)速度液壓缸17和加載缸18的順序動(dòng)作回路實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)六）進(jìn)行仿真使用FluidSIM軟件，在FluidSIM-H環(huán)境中搭接液壓泵特性實(shí)驗(yàn)仿真的液壓回路及其電氣回路。如圖25所示。圖25速度液壓缸17和加載缸18的順序動(dòng)作回路實(shí)驗(yàn)的液壓回路及其電氣回路圖26速度液壓缸17退時(shí)的液壓回路及其電氣回路仿真畫面3.7使用FluidSIM軟件對(duì)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)七）進(jìn)行仿真使用FluidSIM軟件，在FluidSIM-H環(huán)境中搭接液壓泵特性實(shí)驗(yàn)仿真的液壓回路及其電氣回路。如圖27所示。圖27組合機(jī)床液壓系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)的液壓回路及其電氣回路圖28組合機(jī)床