基于PLC的管道清洗系统设计.pdf

2 0 1 1年 8月 第 3 9卷 第 l 6期 机床与液压 MAC HI NE TOOL ＆ HYDRAUL I CS Au g ． 2 01 1 Vo 1 ． 3 9 No ． 1 6 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 1 6 ． 0 2 2 基于 P L C的管道清洗系统设计 任琚，李开龙 ，姚金声，方龙，刘东亚 中国人民解放军蚌埠坦克学院，安徽蚌埠 2 3 3 0 5 0 摘要针对管道清洗的特点，设计一种基于 P L C的管道清洗系统 ，并介绍该系统的工作原理 、特点。该系统通过 P L C 控制其气动回路和液压回路，实现了清洗动作的自动化。该系统操作简单，结构灵巧，精度高，提高了管道清洗的效率 ， 解决了清洗长管道的问题。 关键词管道清洗系统；压力继电器；气囊；P L C 中图分类号T H1 3 7 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 1 6 0 6 23 De s i g n o f t h e Pi p e Cl e a n i ng S y s t e m Ba s e d o n PLC R EN J u n，L I Ka i l o n g ，YAO J i n s h e n g，F ANG L o n g ，L I U D o n g y a B e n g b u T a n k I n s t i t u t e o f P L A， B e n g b u A n h u i 2 3 3 0 5 0 ，C h i n a Ab s t r a c t Ai me d a t t h e f e a t u r e s o f p i p e c l e a n i n g ，a k i n d o f p i p e c l e a n i n g s y s t e m b a s e d o n P L C w a s d e s i g n e d T h e s y s t e m o p e r a t i o n al p ri n c i p l e a n d c h a r a c t e r s w e r e i n t r o d u c e d ． P L C wa s u s e d t o c o n t r o l t h e p n e u ma t i c l o o p a n d h y d r a u l i c l o o p a n d t h e a u t o ma t i o n o f t h e c l e a n i n g mo v e me n t w a s r e a l i z e d ． U s i n g t h e s y s t e m w h i c h h a s s i mp l e o p e r a t i o n ，d e x t e ri t y s t r u c t u r e a n d h i g h p r e c i s i o n，t h e p r o b l e m o f c l e a n i n g l o n g p i p e wa s s o l v e d a n d t h e c l e a n i n g e ffi c i e n c y i s i mp r o v e d ． Ke y wo r d s P i p e c l e a n i n g s y s t e m ；P r e s s u r e r e l a y s ；G a s b a g ； P L C 管道清洗技术是一项延长管道使用寿命 、保证管 道正常运行的实用技术⋯。许多领域如油田、化工生 产装备 、热水采暖系统和军事等都有管道的清洗 问 题 。管道清洗技术包括清洗液的配 比、毛刷形状 的选 择及清洗设备的设计等。作者设计了管道清洗系统， 包括液压回路 、气动回路和 P L C 3 个方面。该系统利 用 P L C，实现了自动控制 ，操作简单，结构灵巧，精 度高。 1 工作原理及特点 该管道清洗系统包括液压回路、气动回路和 P L C 控制 3个主要部分。液压马达前面连接一个清洗毛 刷，通过液压马达的转动和液压缸的直线移动实现一 定长度内的管道清洗工作。为了解决毛刷底座液 压缸在管道内固定的问题和液压缸活塞长度有限与管 道长度较长的矛盾，设计了一个简单的气动回路。该 气动回路的执行元件是一个特殊的气囊，它包裹在液 压缸缸体外表面上，气囊的冲放气实现液压缸在管道 某位置的固定，然后手动把液压缸往里送到下一个位 置，从而解决了清洗长管道的问题。 该系统的具体工作原理见图 1 。首先，气囊冲气 把液压缸固定在管道某一位置后恒定压力，然后，液 压缸工进、液压马达同步旋转，当液压缸活塞工进到 某一位置后，液压缸工退、液压马达反转 同步，最 后，气囊放气 ，液压缸从管壁上松落，手动把系统往 里送到下一个位置，继续这样的工作循环，直至清洗 完整个管道 。 图 1 长管道清洗系统图 该系统的设计有如下几个特点 1 该系统的液压缸在管道里的固定采用的是 一 种特殊的气囊结构。通过设计一个气动回路来实现 气囊的冲放气，而且这种气囊固定方式也解决了液压 缸的活塞长度不够的问题。 2 该系统 液压 回路包 含 了一 个基 于流 量控 制 阀的同步回路 。在并联液压缸和液压马达的进回油 收稿日期 2 0 1 0 0 7 0 6 作者简介任瑁 1 9 8 4 一 ，男，学士，助教，主要从事液压技术方面的教学和科研工作。E m a i l r e n j u n t k x y y a h oo c n 。 第 1 6期 任瑁 等基于 P L C的管道清洗系统设计 6 3 路上分别串联一个调速阀，通过仔细调整两个调速阀 的开 口大小 ，控 制进入两执行元件或 自两执行元件流 出的流量，可使它们在一个方向上实现速度同步。该 同步回路的压力损失较小，结构简单。虽然调整较为 麻烦 ，但由于该系统负载变化不频繁，所以调整好该 同步回路两路的流量就可以长期使用。 3 该系统采用 P L C控制。系统 中的 3个手动 按钮和3个压力继电器输入信号，经过 P L C的处理 ， 控制系统中的4个电磁铁的通断电，电磁铁动作顺序 见表 1 ，从而实现执行元件的预期动作。这样，系统 就实现了部分 自动化 ，操作更加简单、方便，执行元 件动作的准确性也大大提高。 表 1 系统电磁铁动作顺序表 2 液压 回路设计 该系统的液压回路部分是由 1 个液压马达、1 个 液压缸 、2个调速阀 、2个单 向 阀、2个压 力继 电器 、 1 个 三位 四通电磁换 向阀、1个溢 流阀 、1 个 液压泵 、 1 个过滤器和 1个油箱组成 ，见图 1 。液压 回路中 的 同步 回路采用 的是并联 两个 调速阀 ，并在 两个调 速 阀旁边各并联上一个单向阀，实现此油路的双向流 动 。由于液压缸 和液压 马达是 同步 的 ，而且液压缸有 伸缩两个状态，所以选择的液压马达也是双向的。该 液压回路有工进 、工退和停止 3个状态。 1 工进状态 当三位四通电磁换向阀 5处于左位，为工进状 态 。液压油通过液压泵过三位 四通 电磁换 向阀 5的左 位，分成两路通过调速阀7 、8分别进入液压缸 l 2的 左腔和液压马达 1 1 ，使得液压缸 l 2的活塞伸长，液 压马达 1 1正向旋转，液压缸 1 2右腔和液压马达 1 1 从而使液压马达 1 1 前面连接的毛刷边旋转边进给。 2 工退状态 当液压缸 1 2的活塞伸长到一定程度 、需要收缩 活塞时，三位四通电磁换向阀5就处于右位，为工退 状态 。液压 油由液压泵 3经三位 四通 电磁换 向阀 5的 右位 ，分成两路进入液压缸 1 2的右腔和液压马达 1 1 ，使得液压缸 1 2的活塞收缩 ，液压马达 1 1反向旋 转 。液压缸 1 2 左 腔和液压马达 1 1 排 出的油 液分别通 过单向阀9 、1 0及三位四通电磁换向阀5流回油箱 6 ， 从而使毛刷边旋转边退回。 3 停 止状 态 当三位四通电磁换向阀 5处于 中位 ，为停止状 态。液压泵 3中的油液通过三位四通电磁换向阀 5流 回油箱 6 里 ，与液压缸 1 2和液压马达 1 1 分离，从而 使毛刷停止工作。 3 气动回路设计 该系统气动回路是比较简单 的，由 1 个气囊 、2 个二位二通电磁换向阀、1 个压力继电器和 1个气源 组成 。气动回路中的执行元件气囊 l 3具有特 殊结构 ，包裹在液压缸 l 2缸体的外表面，起到把液 压缸 1 2固定在管道内某一位置的作用。在清洗管道 时，毛刷底座液压缸的固定是十分重要的。该气 动回路有气囊冲气 、恒压和放气 3个状态。 当二位二通电磁换 向阀 1 5处于右位，二位二通 电磁换向阀 1 4处于左位时，气源 1 7里的空气被压到 气囊 1 3中，此时为气囊 1 3冲气状态。当压力继电器 1 8 感应到气囊中的压力达到一定值时，P L C控制二 位二通 电磁换 向阀 1 5保持 右位 ，二 位二通 电磁换 向 阀l 4打到右位，这时就是气囊 1 3恒压状态。当二位 二通电磁换向阀 1 5打到左位，二位二通电磁换向阀 1 4保持右位时，气囊 1 3中的压力将降低，这就是气 囊 1 3 放气状态。 4 P L C控制设计 根据该系统的工作特点和预定的动作可知，有 3 个手动和 3个压力继电器信号的输入以及4个电磁铁 信号的输 出 。作者选 用三菱 F x可编程控 制器， 排出的油液通过三位四通电磁换 向阀 5流回油箱 6 ，P L C控制系统的I ／ O地址分配表见表 2所示。 表 2 P L C控制系统的 I ／ O地址分配表 S B 0启动 压力继 电器 1 8 压力继 电器 1 9 压力继电器 2 O S B 1 关 闭 S B 2循环 0 启动开关 x 。 冲气达到一定压力 x 活塞伸出一定位置 x ， 活塞收缩一定位置 x 关闭开关 x s 手动循环清洗一次 电磁铁 电磁铁 电磁铁 电磁铁 YA 删 YA YA Y 控制电磁阀 1 5左位 Y 控制电磁阀 1 4左位 Y ， 控制电磁阀5左位 Y 4 控制电磁阀5右位 6 4 机床与液压 第 3 9卷 与之对应的P L C硬件接线见图2 ，编制的 P L C控 制程序见图3 。该 P L C控制设计中有 3个手动按钮， 分别是正常启动工作按钮 S B 0 、紧急关闭按钮 S B 1 和 手动循环按钮 S B 2 。按钮 S B 0的作用是启动正常的清 洗工作循环；按钮 S B 1 是遇到紧急情况时关闭系统 的按钮；按钮 S B 2的作用是毛刷完成清洗一次后， 是否在此位置再清洗一次，按此按钮一次，就循环清 洗一次。 一 X 0 Y l 臣二卜_ 甲 ／ YA l X1 Y 2 甲 ／ X， Y3 X3 Y 4 一 XJ 呵 X F X C 0 m C Om ----- 2 2 o V．．．．．- 萋 裁r X4 。 X 2 ， X 4 ，。 2 。 萤 ⋯ 妾 r ④ 图 3 P L C控制程序梯形图 5结语 该系统采用一种特殊的气囊 ，实现了液压缸在管 道内的固定，利用 P L C控制液压缸和液压马达 的动 作，实现清洗管道必须的螺旋运动。系统操作简单， 设计新颖，可移植性强，对各种型号管道的清洗都有 很好的参考价值。 参考文献 【 1 】 赵炳海． 管道清洗技术[ J ] ． 管道技术与设备， 1 9 9 3 4 2 22 4． 【 2 】 许福玲． 液压与气压传动[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 01 0． 【 3 】 路甬祥． 液压气动技术手册[ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 0 2 ． 【 4 】 李建兴． 可编程序控制器应用技术[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． ” “ “ ‘． J 。 。 ． - 、 “ “ “ ‘ ． _ “． ． - - “ “‘ “ ‘“ ” ” “ “ - ” ～ 、 2 0 1 2 年征订 双月刊 ； ． 中国科技核 心期刊 ●中国核 心期刊 遴选 数据库收录期刊 ．j 轻 工 机 械 ． 1 0 ‘ 国内总发行 ≤ 浙江省报刊发行局 邮发代号 3 2 3 9 国外总发行 ≤ 中国国际图书贸易总公司 发行代号 B M 4 5 5 5 欢迎订阅●欢迎刊登广告●欢迎赐稿 -．o t中 国轻工 机械协会 ≥中 国 轻 工 业 机 械 总 公 司 主办 ≤ t轻 工业杭 州机 电设计研 究院 ≥ 全面介绍轻工机械 主要包括 造纸、食 ≤ 品、包装、印刷 、纺织 、制药、塑料加工、日 ≥用化工、日用机电及其他轻工专用机械和与 ≤ 之相关的模具、配件、仪表、自控、通讯等领 域的发展趋势 ，为轻工业各行业 、轻工机械制 ≤ 造行业及相关协作、配套 、供应行业、企业和 _≥ 广大读者服务。 ● 双月刊，大 1 6开，每册定价 1 0 ．o 0元，全 年6 0 ．0 0 元。 ≤ ， ’ - _ ≤● 邮局订阅 代号 3 23 9 ，也可直接向本编 辑部邮购 另加邮费2 本 。 ≤ t● 编辑部地 址杭州 体 育场路 7 1号 邮编 3 1 0 0 0 4 ； t● 开户银行 杭州工商银行建 国北路分理处 ● 户 头轻工业杭州机 电设计研究 院 帐号 t 1 2 0 2 0 2 2 2 0 9 01 4 4 2 8 2 9 7 ， ‘‘ -● 刊号 C N 3 31 1 8 0 ／ T H，I S S N 1 0 0 5 2 8 9 5 ● 电话 0 5 7 1 8 5 1 8 6 1 3 0 8 5 1 8 7 5 2 0 ‘ ≥h t t p ／ ／ w w w ． q g j x z z ． e o m ≤E m a i l q g j x z z m a i l ． h z ． z j ． C B 或 q g j x z z 1 6 3 ． c o rn ≥ 本刊已加入 中国学术期刊 光盘版 和 “ 中国期刊网” 、“ 万方数据资源系统” 、 “ 中文 ≥科技 期 刊 数据 库” ，并 被英 国 科 学 文摘 ≤ S A，I N S P E C 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