基于PLC的蓄能器油压试验台液压系统设计.pdf

Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ．4 ． 2 01 l 基于 P L C的蓄能器油压试验台液压系统设计 朱正洪 黄志坚 刘 志军 1 ． 广东工业大学机电工程学院， 广东广州5 1 0 0 0 6； 2 ． 布柯玛蓄能器 天津 有限公司 ， 天津3 0 0 3 5 0 摘要 对蓄能器油压试验工作流程进行了概述 ， 阐述 了新 型试验 台液压 系统 的工作原理及方式 ， 并对 P L C控制 系统 的硬件和程序的 思路设计做 了详细介绍。采用 P I E 对液压系统进行控制， 能大大提高其可靠性 、 安全性及 自动化水平。 关 键 词 蓄 能器 ； 油压 试验 台 ； P L C； 触 摸 屏 中 图分 类 号 T H1 3 7 ． 8 文献 标 识 码 A 文 章 编 号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 01 1 0 4 - 0 0 4 9 04 The D e s i g n o f H y d r a u l i c Te s t S t a t i o n a nd Hy d r a u l i c S y s t e m f o r Ac c u mu l a t o r s Ba s e d o n PLC Z HU Z h e n g - h o n f HU AN G Z h i - -j i a n L I U Z h i - j u n 1 ． F a c u l t y o f E l e c t r o m e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，G u a n g d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，G u a n g z h o u 5 1 0 0 0 6 ，C h i n a ； 2 ． B U C C MA A c c u m u l a t o r T i a n j i n C o ． ， L t d ． ，T i a n j i n 3 0 0 3 5 0 ，C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r d e s c ri b e d w o r k flo w o f a h y d r a u l i c t e s t s t a t i o n f o r a c c u mu l a t o r s ． I t e l a b o r a t e d o n t h e wo r k i n g p ri n c i p l e a n d wa y o f t h e n e w t y p e h y d r a u l i c s y s t e m f o r t e s t s t a t i o n ．Al s o， t h e h a r d - wa r e a n d c o n t r o l p mg r a m d e s i g n i d e a s o f p i e c o n t r o l s y s t e m we r e d e s c ri b e d i n d e t a i l ． T h e r e l i a b i l i t y ， s e c u rit y a n d t h e l e v e l o f a u t o ma t i o n o f h y d r a u l i c s y s t e m w a s h i s h l y i mp r o v e d b y t h e u s e o f P L C ． Ke y Wo r d s a c c u mu l a t o r ； h y d r a u l i c t e s t s t a t i o n； P L C； t o u c h p a n e l O 引言 蓄能器是液压系统中的重要附件 。广泛的用在各 种液压设备中。油压试验是蓄能器生产过程中一个重 要环 节 ， 在 出厂 之前 要进 行 严格 的 油压 测试 ， 以此 来 检 验蓄能器的承压能力和密封性能。本文采用低压大流 泵充液和高压小流量泵升压结合 的打油压方式 ，使用 高性能的 P L C和触摸屏电气控制系统 ，并利用变频节 能技术 ． 开发设计 出自动化程度高 、 节能的新型油压试 验 台。 l 蓄能器油压试验台工作 原理及主要试 验参数 根据 J B T 7 0 3 7 1 9 9 3中 液压隔离式蓄能器 试 验方 法规 定 ．蓄 能器 要进 行 密封 性 和耐 压试 验 及 反复 动作试验， 如下为试验方法 1 蓄能器密封性和耐压试验 ， 将 蓄能器安装在试 验系 统 中 ， 按 下列 参数 进 行试 验 ， 在 保压 时 间 内检查 各 密封处 的漏 气 、 渗 油现象 。 收稿 日期 2 0 1 0 0 9 2 0 作者简介 朱正洪 1 9 8 4 一 ， 男 ， 湖北荆州人 ， 广东工业大学 机电学 院硕 士 研究生． 研究方向为机电液工程智能控制及仿真。 蓄能器 公称 压力／ MP a 充气压 力／ MP a 0 - 3 5 试验压 力／ MP a 1 ． 2 5 保压 时间／ m i n 3 rai n 2 在密封性试验后 ， 按 下列参数进行动作试验 ， 动作试验过程检查各密封处 的漏气 、渗油和进油阀有 无卡死现象。 动作压 力／ MP a 0 ． 5 ～ 1 动作次数 16 0 油 温／ ℃ 5 ～ 7 0 充放频率／ L ／ mi n 3 ～ 1 2 一 般普通 的打压试验 ，同时对 4条支路 的蓄能器 打压 。本文 提 出了新 型节能 打压模 式 ， 既先进 行 l 、 3支 路保压试验 。然后将 1 、 3支路 的蓄能器高压油通过液 控单 向阀的开启充放到 2 、 4支路中蓄能器里 。只要高 压泵对其进行补压 ， 就可以对 2 、 4支路进行保压试验 ， 这样不仅可以节省打压的时间。 同时具有节能的作用。 2 试验 台液压系统 蓄能器 油压试 验 台液压 系统原 理如 图 1 所 示 。 2 ． 1保 压试 验过程 1 控制 油路 蓄能 器充液 。首 先小 流量高 压泵 2先 4 9 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 1年 第 4期 l 一 大流量泵2 一 高压泵3 一 电磁溢流阀4 一 溢流阀5 一 卸荷换方阀6 一 高压泵控制方向阀7 一 单 向阀 8 一 压力传感器9 一 控制油路蓄能器 l 0 一 液控 电磁换向阀 1 l 一电磁球阀 l 2 一 带方向阀液控单 向阀 l 3 一 液控单向阀 1 4 一 试验 蓄能器 图 1 蓄 能器 油 压 试 验 台液 压 系统 原 理 图 启 动 ， 电磁换 向阀 6在左位工 作 ， 给蓄 能器 9充液 。 2 大流 量泵启 动。当控 制油路 蓄能器压力 达到设 定压力时， 改压力由压力传感器 8 ． 1控制 ； 电磁铁 Y A 3 、 Y A 4同时失电， 高压泵暂时处于卸荷状态 ； 同时电磁铁 Y A 1 得 电 。 大流量 泵启动 。 3 1 、 3支路打压。 液控电磁换向阀 1 0 ． 1 和 l 0 ． 3在 右位工作， 蓄能器开始充液 ； 主回路压力达到设定压力 值 3 0 MP a 时 ， 该压力由传感器 8 ． 3控制 ， 电磁铁 Y A1 失电 ， 大流泵处于卸荷状态 同时电磁铁 Y A3得电， 高 压 泵开 始工作 继续 打压 ，直 到蓄 能器压 力达 到要 求 的 试 验压 力 ， 电磁铁 Y A 3失 电 ， 同时 换 向 阀处 于 中位 ， 蓄 能器处 于保压状 态 。 4 2 、 4支路打压 。达到保 压时 间 3分 钟 后 ， 电磁 铁 Y A1 3 、 Y A1 5得 电 ， 液 控单 向阀 l 3 ． 1和 1 3 ． 3 被 打开 ， 蓄能器 1 、 3里面 的高压油 充放 在 2 、 4里面； 当压 力平衡 后 ， 电磁铁 Y A 3重新 得 电 ． 高压 泵给 蓄 能器 2 、 4打压 ， 直 到达到设定 压力 。 5 蓄能器 卸荷 。 当蓄能器 2 、 4保压 完成后 ． 液控 换 向 阀 1 0 ． 2 、 1 0 ． 4在 左 位 工 作 ，同 时 电 磁 铁 Y A 1 8 、 Y A 2 0得 电 ， 蓄能器开 始卸荷 ； 为 了减 少高压 的 冲击 ， 保 证蓄能器 卸荷平稳 ， 溢 流阀 4 ． 3设定 一定 的压力 作为背 5 0 压， 当卸荷压力达到一定值时， 电磁铁 Y A 4得电换向阀 5工作使 蓄能器完 全卸荷 。 2 ． 2动 作试验过 程 在蓄能器完成保压试验之后 ，蓄能器卸压到动作 试验要求的最高压力就可以进行试验。 1 保压 蓄能器 泄压 。液控换 向阀 l 0 ． 1 、 l 0 ． 2 、 l 0 ． 3 、 1 0 ． 4在 左 位工 作 ，同 时 电磁铁 Y A1 7 、 Y A1 8 、 Y A1 9 、 Y A 2 0得 电， 蓄能器开始卸荷 ， 当蓄能器压力降到设计 的最高工作压力时停止卸荷 ，该压力由各支路压力传 感器 8 ． 4 、 8 ． 5 、 8 ． 6 、 8 ． 7来控制 。 2 蓄 能器 放液 。为 了保证 充放 液 时 ， 减 少压 力 冲 击 ， 4个支路循环的工作 ； 以第一支路为例 ， 液控换向阀 1 0 ． 1 在左位工作， 同时电磁铁 Y A1 7 、 Y A 6得电， 蓄能器 开始放液 ， 当压力降到设定压力 一般为系统的最低工 作压 力 蓄能 器停 止 卸 荷 ， 该 压 力 的设 定 由传 感 器 8 ． 2 来控 制 。 3 蓄能器充液。当蓄能器压力降到设定压时 ， 电 磁铁 Y A 5得 电 ， 高压泵 开始工 作给 蓄能器 充液 ， 当压力 达到设定压力时， 停止充液。又开始下一个充放液动作 试 验过程 ，其 中动作试 验 的次 数根据 试验 要求 在触 摸 屏上 设定 为了满足控制要求 ，选用 2个 6通道的模拟量 F B S 一 6 A D 输 入扩 展 模 块 。选 用 某 公 司 的 MT 一 6 0 7 0 I H 触 摸 屏 ， 通过 R S 一 2 3 2通讯接 口与 P L C通讯 。 图 2为 P L C控 制 系统 的接 线 图 ， C G1到 C G 7为 压 力传感器的输入信号 、 C G 8油箱油温输入信号 、 C G 9为 液 位输 入信 号 ，所 有输 入 信 号都 为 4 2 0 M A 的模 拟量 信号 。 S B 1 为急 停按钮 ． S B 2为 系统启动 按钮 ， S B 3为 大 流量 泵 电动机 的启停 按钮 。 S B 4为高压 泵 电动机 的启停 按 钮 ， S B 5为冷 却 泵 电 动机 的启 停 按钮 ， S B 6为油 箱加 热按 钮 ， S B 7为手 动／ 自动 选择 按钮 ， S B 8为 蓄 能器 打压 按 钮 ， S B 9为 蓄 能 器 保 压 按 钮 ， S B1 0为 蓄 能 器 放 液 按 钮 F R1 、 F R 2 、 F R 3为电动机过载保护热继电器 。 V为变 频器 给 大 流量 泵 电动 机 的转 速 。Y A1到 Y A 2 0为 电磁 阀。 K Ml到 K M3为泵电动机控制用交流接触器。 3 电气控制系统 的设计及试验分 析 蓄 能 器 油 压 试 验 台 的 控 制 系 统 采 用 可 编 程 控 制 器 ， P L C是专 门在工 业 环境 下设 计 的控 制装 置 ， 具有 功 能强 、 可靠性 高 、 程 序设 计 简单 、 容易 维 护等 优点 ； 同时 操 作 系统采 用 新 型人机 界 面一 触 摸屏 ． 具 有 显示 直 观 、 操作简易 、 实时监控数据 、 修改参数功能强 ， 工作稳定 性 好等优 点 。 3 ． 1 控 制 系统 的配置 及 P L C 的选 型 系统有 1 4个开 关量 和 9个模 拟 量输 人信 号 ． 2 3 路 开关 量输 出信号 。根 据输人 信号 的数 量 、 类 型及 控制要 求 ， 同时 考 虑 到 系统 改 造 、 功 能 扩 展 和经 济 性 等 因素 ， 选用某公 司的 F B S 一 6 0 MA可编程控制 器作为主控部 件 。 其共有 3 6个开关量输入点和 2 2开关量个输出点 ， S B 2 S B 4 S B6 S B8 S B1 0 F R 2 V S B1 S B3 S B5 S B7 S B9 F R1 FR 3 CG2 C G4 CG6 CG8 CG 1 CG3 CG5 CG 7 CG9 C0M XOX1 X2 X3 X4X5 X6 X7 X8 X9Xl O X1 2 X1 1 X1 3 F BS 6 O MA YO Y2 C OM2 Y5 Y7 Y8 Y1 0 COM 4 Yl 3 Yl 5 Y1 6 Y1 8 COM 6 Y2 1 CoM 2 Y1 Y3 Y4 Y6 COM 3 Y9 Yl 1 Y1 2 Y1 4 CoM5 Yl 7 Yl 9 Y2 O Y2 2 Y A1 YA3 YA5 YA7 Y A9 Y A1 l Y Al 3 YA1 5 Y Al 7 YAl 9 KM 1 KM3 YA2 YA4 Y A6 YA8 YAl 0 Y Al 2 Y A1 4 Y A 1 6 Y Al 8 YA2 0 KM2 图 2 P L C控制 系统 的接线图 3 ． 2 P L C 控 制软件 设计 试 验 台控 制 有手 动 和半 自动 两 种工 作模 式 调 试 和维 修时选 择 手 动工 作方 式 ，正 常 油压 试 验时 选用 半 自动工作 方式 。 P L C程序设计。P L C程序主要是通过对传感器输 入 的模拟信号及触摸屏发 出的控制信号采集和处理 ， 然 后输 出现场 控 制信 号 以及触 摸 屏 的显 示信 号 ，完 成 对 油压 试验 台整个 液 压 系统 的控 制 。根 据 油压 试验 要 求 ，该蓄能器油压试验台主要完成控制油路蓄能器的 充 液 、 被 试蓄 能器 的打压 、 保压 、 充放 液 的动作 试验 。图 3为控 制程序 流程 图 。 触摸屏界面设计 。 界面由 E a s y B u i l l d e r 8 0 0 0软件编 写 ， 根据 油压 试 验 台的 工艺 要求 设 计友 好 的人 机 界面 ， 然 后下 载 到 MT 6 0 7 O I H 中 。触 摸屏 界 面 设计 有 初 始 界 面 、 调试 模 式 、 手 动 模式 、 半 自动模 式 、 参 数设 定 、 数 据 显 示 和故 障报警 等 界 面 。调试 模 式 主要是 用 维修 时 各 种 按 钮 电磁 阀开 关按 钮 手 动模 式 是 操 作 设 备 的 按 钮 图3 P L C 控制程序流 程图 51 液 压 气动 与 密 封 ／ 2 0 1 1年 第 4期 液压泵启停、 冷却泵启停 、 加热器的开关 、 控制油路蓄 能 器的补 压 、 蓄能 器 打压 、 保 压 、 卸荷 、 动作 试验 ； 半 自 动 模 式是 正 常 启 动 系 统 根 据 设 定 参数 完 成 相 应 的试 验 ； 参数设定 试验保压压力 、 保压压力 、 控制油路蓄能 器压力 、 大流量泵启停压力 、 卸荷背压压力 、 动作试验 的次数 、 液压 油上 下 限温度值 、 最低 液 位值 ； 数据 显示 控制油 路蓄能 器压 力 ， 各 支路 的压 力 、 液压油 温度 、 液 位值 ； 报 警界 面 电动机 过 载 、 液 位低 、 系统 压力 温 度 高、 温度低 。 3 ． 3试 验数据分 析 选 用 2 0 L的 国标 囊式 蓄能 器作 为试验 对 象 ，设计 压力为3 1 ． 5 MP a ， 试验压力为 3 9 ． 4 M P a ， 蓄能器预充气压 力为 8 MP a ， 对 1 、 2支路进 行 节能 打压模 式和 常规 打压 模式试验 ， 表 1 为 蓄能器节 能压力试验 数据 。 表 1 为蓄能器节能压力试验数据 ＼ 内 容 支 路 1 至 试验 压 力 支路 至 试 验 压 力 同 时 工 作 节 约 、‘ 塑 堕 一／ s 1 1 7 ． 5 1 8 2 3 l 2 ． 5 2 1 8． 2 1 8 ． 4 2 3 ． 6 1 3 3 9 ． 4 3 9． 4 3 9 4 3 l 7 6 1 8 ． 3 2 3 ． 5 1 2 ． 4 4 1 7 R 1 8 3 2 3 7 1 2 4 通 过 以上数 据对 比分 析可 以看 出 ，节能模式 下 打 压 时间要 比常规模 式节省 1 3 s 左右 的时间 ， 由此可 以证 明节能打压 模式 的可行性 。 4 结论 蓄能器油压试验台集机 、 电、 液一体 ， 液压系统与 P L C系统相结合。P L C发出指令控制液压系统动作， 同 时系统各种信号反馈给 P L C，实现了工作过程的 自动 控 制 。使用 触摸屏 ， 操 作灵 活 、 方便 ， 简化 了电控 系统 。 目前该试验 台已成功地应用在实际生产 中，解决了高 压蓄能器不能试验 、 打压慢和保压难的问题， 为企业带 来了良好的经济效益。 参考文献 [ 1 1 马雅 丽， 黄志坚． 蓄能器实用技术【 M 1 ． 北京 化学工业出版社 ， 2 0 07． 【 2 】 徐占国， 等． 图解触摸屏 P L C 变频器综合应用工程实践【 M ] ． 北 京 电 子工 业 出 版社 ， 2 01 0 ． 【 3 】 丁时锋 ， 李清香． P L C控制 的双立柱液压带锯机系统设计f J ] ． 液压与气动 ． 2 0 0 8 3 ． 一 一 - 一 一 - - 十一 - 一 一 - -一 十- - - - - 一 一 - 一 - 一 - 一 - 一- 一 - - - 一- - - 4 -- 一 - 一 “ P T C A S I A二十年图片展“ 及图片征集活动的通知 在 “ 十二五 ” 开局之年 ， 我们迎 来 了亚洲 国际动力 传动与 控制技术 展览会 P T C A S I A展 创 展二 十周年 。 在 政府部门、 主办方 、 业界同仁、 世界同业组织以及尊敬的展商和观众的共同努力和精心培育下 ， P T C A S I A展走 过了辉煌的二十年 ， 已成功地举办了十五届 ， 成为世界知名品牌例展 ， 这是行业的骄傲 ， 是行业奋斗的结晶。 在即将迎来 P T C A S I A仓 U 展二十周年之际， 中国液压气动密封件工业协会 、 汉诺威米兰展览 上海 有限 公司会同 液压气动与密封 杂志社将在 2 0 1 l P T C A S I A展会现场 2 0 1 1 年 l 0月 2 5 2 8日在上海新国际博览 中心 举办“ P T C A S I A二十年图片展” ， 旨在重现和回顾展会现场精彩瞬间 ， 追忆 P T C A S I A留下的辉煌足迹。 为使图片展呈现更多经典， 特向展商 、 行业征集 P T C A S I A展会历史图片 ， 具体要求如下 征 集范 围 所有与展 会相关 的图片均 在征集范 围 内 图片形式 黑 自、 彩色冲洗照片及电子图片均可 图片要求 电子图片 须为 t i f 和 j p g 格 式 ， 3 0 0万像 素 以上 投稿 地址 北京 西城三里 河 4 6号 中国液压气 动密封 件工业 协会 邮 编 1 0 0 8 2 3 投稿邮箱 c h p s a y q mm e i ． n e t ． c n Q Q 3 5 8 2 0 3 1 5 3 联 系 电话 0 1 0 6 8 5 9 5 0 6 9 联系 人 万磊 注 图片将择优展出， 所有展出图片将注明提供者及单位 ， 因此请投稿人提供详细联系方式及姓名。 欢迎 踊跃投稿 1 5 2