機電一體化的重要內(nèi)容包括液壓傳動技術(shù),而液壓實驗臺則是為了研究、生產(chǎn)和開發(fā)液壓元件以及液壓系統(tǒng)的重要實驗設備。在以往從事液壓實驗的液壓實驗臺設備組成固定不變,且控制方式簡單*,自動化程度低、不具備可擴展性。隨著科學技術(shù)的發(fā)展, 也隨著液壓傳動技術(shù)研究和生產(chǎn)的不斷深入,對液壓實驗臺的設備要求越來越高。因此,急需開發(fā)一套自動化程度高、控制穩(wěn)定可靠,并且可擴展, 具有機電液一體化功能的電氣控制系統(tǒng)。
液壓實驗臺包括電氣控制柜和液壓運行裝置2個部分,電氣控制柜采用的是對繼電器進行遠程控制,由于繼電器的使用壽命短、控制不準確等缺陷,隨著液壓系統(tǒng)研究和應用的更加深入,目前這種采用繼電器實現(xiàn)的電氣控制柜已經(jīng)越來越不能滿足液壓實驗臺的實驗要求。因此,本文提出了一種應用于液壓實驗臺的基于PLC的電氣控制系統(tǒng)。
1、系統(tǒng)總體設計
可編程邏輯控制器(PLC)是一種執(zhí)行數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),主要應用于工業(yè)生產(chǎn)中,它以微處理器為核心,結(jié)合了計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)以及通信技術(shù)于一體, 因為PLC具有體積小、抗干擾能力強、功能強大、程序簡單、靈活通用和維護方便等特點,而使得PLC 成為目前工業(yè)自動化過程控制中應用的控制器之一。
以PLC為核心的自動化控制系統(tǒng)從根本上取代了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的實現(xiàn)原理是通過接線來實現(xiàn)整個控制邏輯的,而PLC 控制系統(tǒng)的控制邏輯全部體現(xiàn)在程序中,通過程序語言來描述控制原理和控制過程, 結(jié)合PLC的數(shù)字量或者模擬量輸入,從而改變PLC的輸出量。
(1)系統(tǒng)總體設計
如圖1所示,控制系統(tǒng)由上位機、計算機和下位機、PLC組成。由計算機對壓力、位移等試驗參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集、處理、顯示等。實驗過程中,計算機還可以根據(jù)設定值以及傳感器的反饋值,對執(zhí)行機構(gòu)進行控制,實現(xiàn)控制系統(tǒng)對實驗臺的監(jiān)測、跟蹤和控制。
圖1 控制系統(tǒng)總體框圖
(2)PLC控制系統(tǒng)組成
PLC控制系統(tǒng)組成如圖2 所示, 壓力傳感器測得的壓力數(shù)據(jù)首先經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換, 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量然后發(fā)送給PLC; 液壓油缸的位移也同樣經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換之后發(fā)送到PLC;同時PLC還能采集到接近開關(guān)的狀態(tài)量。PLC 能夠輸出控制量,由于PLC輸出的控制量是數(shù)字量,所以需要先進行DA轉(zhuǎn)換,然后去控制電磁換向閥。
圖2 PLC 控制系統(tǒng)組成
(3)液壓實驗臺控制系統(tǒng)軟件設計
采用組態(tài)軟件WinCC 作為上位機軟件的開發(fā)平臺,上位機軟件主要用來實現(xiàn)人機對話。軟件的結(jié)構(gòu)如圖3所示。上位機軟件主要包括以下幾個內(nèi)容。
圖3 上位機軟件組成框圖
①按鈕部分上位機軟件有一些按鈕,用于對執(zhí)行機構(gòu)進行操作,包括水泵的啟停等;②總覽部分總覽部分對整個實驗臺系統(tǒng)有個大致的介紹和描述,便于工作人員了解;③界面部分上位機軟件的界面包括用戶管理界面、監(jiān)控界面、報警界面、趨勢界面、歸檔界面以及報表打印界面等內(nèi)容。用戶管理界面幫助用戶對輸入輸出端口進行設置管理以及對相關(guān)參數(shù)進行設置等; 監(jiān)控界面包括一些實驗臺的視頻信號等;趨勢界面用于顯示傳感器連續(xù)輸出,便于工作人員了解參數(shù)的動態(tài)變化過程。
2、報警與故障顯示
系統(tǒng)還設計了超限報警功能,當某個傳感器的測量數(shù)據(jù)超出了限制的范圍,系統(tǒng)則會通過PLC輸出一個控制信號, 控制報警器(本文為蜂鳴器報警),提醒工作人員有故障發(fā)生。系統(tǒng)還能夠?qū)崟r地監(jiān)測實驗臺現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)和當前位移狀況、壓力大小以及油路的運行狀態(tài)等。控制系統(tǒng)還具有簡單的自診斷能力, 確保整個系統(tǒng)安全可靠的運行。故障顯示如圖4 所示。
圖4 系統(tǒng)故障顯示
實踐證明,本文設計的液壓實驗臺控制系統(tǒng)設計合理,硬件的選擇恰到好處,軟件的設計也能滿足要求、可操作性強、功能強大,檢測到的現(xiàn)場傳感器數(shù)據(jù)與實際吻合,對電機、繼電器等的控制也準確及時,整個液壓實驗臺系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠,監(jiān)控效果很好。本文的這種模塊化設計還具有易于擴展、系統(tǒng)維護方便等特點,對于后續(xù)的系統(tǒng)改造鋪下了良好的基礎(chǔ)。
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