基于PLC的移动液压油源控制系统设计.pdf

第 5期 总第 1 9 2期 2 0 1 5年 1 O月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHANI C AL ENGI NEE R1 NG AUT0MAT1 0N NO． 5 0c t ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 5 0 5 0 1 6 2 0 3 基于 P L C的移动液压油源控制系统设计 牛 英 ，童 亮 ，王连新 北 京信 息科技 大学 机电工程学院，北京 1 0 0 1 9 2 摘要 针对某轮 式车辆传 动系统试验 台的 1 0 MP a移动液压 油源供 油系统，为使 其拥有 更好 的性 能和人性 化 的操作界 面，构建 了基 于 P I c、工 业触摸屏 、远 程 P C的电气控制 系统 。应用结果表 明 ，该 系统 既可 以实现 自动化运行 ，又 满足 了手动控制的操 作要求，提高 了工作效率。 关键词 供油 系统 ；P L C；工业触摸屏 ；远程在线监控 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 A 0 引言 1 0 MP a移动液压油源作为某轮式车辆动力单元 试 验 台的供 油系 统 ， 可 以分 别 或 同时 提供 4路 压 力 供 油 ， 最高 压力 为 1 0 MP a ， 最 大流 量 为 2 0 0 L ／ mi n ， 系统 出口油温最高为 1 2 0。 C。由于系统结构复杂 ， 具有高 温 高压 大流 量控 制 回路 及 其 他 分 系 统控 制 ， 因此 构 建 安全 、 稳定 的电气控制系统十分重要 。本文结合计算 机控制技术 、 电液比例技术 以及 P L C变频技术构建其 电气控 制 系统口 ] 。 1 移 动液压 油 源供 油 系统的 组成 该 液压 系统 由主 油 路 回油 路 、 小 流 量 路 、 中压 路 、 高压路 、 低压路以及冷却系统和油箱组成 ， 包含主 油泵 1 、 润滑 油 泵 2和 回油泵 3三个 泵 。其 中 主油 路 ＆ 回油路通过 比例溢流阀 4调节， 小流量路通过减压 阀 5 、 调速阀 6调节控制其压力流量， 中压路 由电动球 阀 7 、 比例减压 阀 8调节 控 制 ， 高压 路 由 电动 调 节球 阀 9 、 低压路由电动球阀 1 O和电动调节球阀 l 1 分别实现 其压力 和 流量 的控 制 。油 箱 通 过 加热 器 1 2实 现 其 温 度升高， 冷却系统通过控制冷却水阀 1 3的开度控制冷 却水流量改变换热效率。1 0 MP a移动液压油源供油 系统原 理 图如 图 1 所 示 。 被 试 产 品 1 一主油泵 ； 2 一润滑油泵 ； 3 一回油泵 ； 4 一比例溢流阀 ； 5 一减压阀 ； 6 一调速阀 ； 7 ， 1 O 一电动球 阀 ； 8 一比例减压 阀； 9 ， 1 1 一电动调 节球 阀； 1 2 一加热器 ； 1 3 一冷却水 阀； 1 4 一板式换热器一 ； 1 5 一板式换 热器二 图 1 1 0 MP a 移 动液压油源供油系统 2电气控制方案设计 本液压油源供油系统 以 P L C控制器为核心， 实现 对被测信号的调理 、 数据采集 、 驱动单元和液压系统元 件的控制 引。控制系统总体方案如图 2 所示， 包括 P L C 收稿 日期 2 O l 4 1 1 2 8 修订 日期 2 0 ] 5 0 5 2 8 作者简介 牛英 1 9 8 9 一 ，女，河南新 乡人，在读硕士研究生 ，研究方 向为机电控制与 自动化 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年 第 5 期 牛英 ， 等 基于 P L C的移动液压油源控制 系统设计 1 6 3 控制系统、 转 速控制系统 、 超 限报警系统、 液压加载系 统、 油温控制系统 、 压力和流量测量系统等。 液压系统控制压力和流量范围如下 主油路 回 油路 P 一0 MP a ～1 0 MP a ； 小流量路 P 小一0 MP a 2 ． 5 MP a ， Q小一0 L ／ mi n～ 1 5 L ／ mi n ； 低 压 路 P 低一 0 MP a ～ l MP a ， Q低一 0 L ／ mi n ～ 2 0 0 L ／ rai n ； 中 压 路 P 一0 MP a 4 MP a ， Q中一0 L ／ mi n 2 0 0 L ／ mi n 高 压 路 P高一0 MP a ～ 1 0 MP a ， Q 高一0 L ／ mi n ～ 1 0 0 L ／ mi n 。液压系统控制测 量精度如下 温 度测量误差≤ 2 ； P I D调整 至 稳 定 状 态 时 间 ≤ 2 0 S ； 压 力 测 量 误 差 ≤2 ％； 压力控制误差≤ 5 ； 流量测量误差≤ 2 ； 流量控制误差≤ 5 ； 油箱油温要求的范 围为常温至 1 2 0℃， 油温控制精度为5℃。 2 ． 1 转 速控 制 系统 主油 泵选用 定量 轴 向柱 塞泵 ， 主油泵 电机通 过 P L C控 制变 频器 实 现变 转 速 ， 从 而 改变 主 油 路 中油 液 的流 量 。在组 态 的人 机 界 面 上启 动变 频 器 和 风 机 ， 设 定主轴转速 ， 在 P L C程序中对设定的主轴转速进行转 换 ， 转 换 成变频 器 的状 态字 输 出 ， 从 而调 节变 频器输 出 频率 ， 驱 动油 泵 电机 ， 实 现 对 油 液 流量 的控 制 ， 这 就 构 成了转速控制的开环系统 J 。 2 ． 2超 限报 警 系统 当液压系统在运行过程中遇到以下问题时系统会 自动停 止运 行 ①油 箱 温 度 超 上 限 ； ② 低 压路 人 口、 出 口过滤器堵塞 ； ③高压路人 口、 出口过滤器堵塞 ； ④小 流量路流量超上 限 1 O ； ⑤低压路流量、 压力超上 限 1 O ； ⑥中压路 流量、 压力 超上 限 1 0 ； ⑦ 高压路 流 量 、 压力超上限 1 0 。由于系统结构复杂 ， 控制 系统 应具有报警显示功能 ， 这样有利于系统故 障查找及维 图 2 控制 系统 总体 方案 2 ． 3 油液 温度控 制 系统 为了配合轮式车辆动力单元高温液压试验 台的准 确、 稳定 、 高效运行 ， 1 0 MP a移动液压 油源供 油系统 需提 供 温度 恒定 的 液 压 油 。在 试 验 开 始 阶 段 ， 油 箱 里 的油 温需 尽 快达 到设 定 的温度 。液压 系统 最大 流量 为 2 0 0 L ／ mi n ， 经计 算 采 用 的 油箱 体 积 为 6 0 0 L， 所 需 加 热器 的 功率 较大 ， 基 于 控 制精 度 和项 目经 费 等 多 方 面 因素综合考虑， 设计时使用 多个加热器组合加热 的方 式 ， 共使用 3组电加热器 ， 每组功率 为 1 3 ． 5 k W ， 总功 率 为 4 0 ． 5 k w 。通过 组合 不 同功率 的电加 热器 和导 通 时 间 ， 可 对加 热功 率 进行 实 时闭环 控 制_ s ] 。 3系统 硬件 选 型 电气控制箱是 以 P L C控 制为核 心 ， 根据设备 要 求 ， 选 用 西 门子 S 7 3 0 0系 列 P L C 。P L C 的选 型 主 要 考 虑 两方 面 的问 题 ① I ／ o 点数 的选 择 ； ② 存储 容 量 的 选择。存储容量一般 由下式确定 ． 存 储容 量 字节 一开关 量 I ／ O 点数 1 O 模 拟量 I ／ O通 道数 1 0 0 ． 最 终 确定 的 1 0 MP a移动 液压 油 源控 制系 统 P L C 的模块 配 置如 图 3所示 。 根据系 统设计要求 ， 结合变频 器选型原则 ， 配合 P L C的选择 ， 最 终确定 选用西 门子 电气 传动有 限公 司 的 6 S E 6 4系列 通用型交 流变频 器 MI C R 0 MAS T E R 4 3 0 ， 型 号为 6 S E 6 4 3 0 2 UD3 7 5 F B O。它具 有很 高 的运行 可 靠性和功能多样性 ， 其脉冲宽度调制的开关频率可选， 因此降低了电动机运行的噪声 ， 具有全 面而完善 的保 护功 能 。 槽号 l 2 3 4 5 6 7 8 PS C P U CP D1 DO AI A1 AO 量 量 0 0 0 0 昌 0 昌 ∞ 著 g 士 土 土 占 0 0 2 要 暨 Z 一 土 上 器 器 ∞ 卜 h h 给 给 ∞ ∞ 銎 罄 ∞ ∞ ‘o N a 0 l 0 0 ∞ L 霉 缸 】 g l ∞ 。 L L ∞ M 盈 童 0 ∞ 。I 图 3 P LC模 块 配置 图 4控 制 程序及 监 控界 面设 计 液压 系统 控 制 功 能 分 为 现 场 触 摸 屏 控 制 和 远 程 P C控 制 ， 逻辑 功 能 实 现 由 P L C 可编 程 逻 辑 控 制 器 完 成 ， 因此 软件 涉及 到 下 位 机 P L C的程 序 设 计 、 上位 机 HM1 人机 交互界 面设计 ， 其 软件设计方案 如 图 4 所 示 。 4 ． 1 下 位机 P L C程序 设 计 S 7 3 0 0 P L C采用 S TE P 7软件 进 行 硬 件 组 态 和 软 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m