PLC在液壓站控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：可編程控制器是繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制出上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成以微器處理為核心把計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。文章應(yīng)用西門子公司生產(chǎn)的可編程控制器S7_300系列PLC，實(shí)現(xiàn)液壓站自動(dòng)操作控制系統(tǒng)，而且可以實(shí)現(xiàn)液壓站群的集體控制。該系統(tǒng)充分利用了可編程控制器（PLC）控制功能。使該系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，時(shí)期功能范圍得到廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：可編程控制器；控制系統(tǒng)；液壓站

引言

液壓站又稱液壓泵站，是獨(dú)立的液壓動(dòng)力源裝置，它按驅(qū)動(dòng)裝置要求供油，并控制油流的方向、壓力和流量，它適用于主機(jī)與液壓裝置可分離的各種液壓機(jī)械下。用戶只要將液壓站與主機(jī)上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（油馬達(dá)和油缸）通過液壓油管相連，液壓機(jī)械即可實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的動(dòng)作、工作。這個(gè)工作過程有溫度、壓力、液位、等參數(shù)的監(jiān)視及控制；還有電機(jī)馬達(dá)的控制。如果用傳統(tǒng)的繼電控制很難達(dá)到很高的工作效率。當(dāng)需要多個(gè)液壓站配合工作時(shí)，其控制量是很大的。因而引入PLC可以使得控制簡(jiǎn)單化、智能化。

1 液壓站原理

液壓站的工作原理如下：電機(jī)帶動(dòng)油泵運(yùn)轉(zhuǎn)，泵從油箱中吸油后打油，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓油的壓力勢(shì)能，通過集成塊（或閥組合）被液壓閥實(shí)現(xiàn)了將液壓油的方向、壓力、流量調(diào)節(jié)后經(jīng)外接管路傳輸?shù)揭簤簷C(jī)械的油缸或油馬達(dá)中，從而控制了液動(dòng)力機(jī)械方向的變換、力量的大小及運(yùn)行速度的快慢，推動(dòng)各種液壓機(jī)械做功。原理如圖1。

2目前廣泛使用的的控制方法

繼電器控制，PLC控制，單片機(jī)控制，其中PLC檢測(cè)控制系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛。其具有以下特點(diǎn)：

2.1 可靠性

PLC不需要大量的活動(dòng)元件和連線電子元件。它將控制邏輯由傳統(tǒng)的繼電器硬件運(yùn)算變?yōu)檐浖\(yùn)算，使得它的連線大大減少。PLC經(jīng)過多年的不斷發(fā)展，具有工業(yè)針對(duì)性，有很高的抗干擾能力。在各大PLC廠家的不斷更新發(fā)展下，PLC各模塊可靠性已經(jīng)有很大提高。與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡(jiǎn)單，維修時(shí)間短。PLC進(jìn)行了一系列可靠性設(shè)計(jì)，例如：冗余的設(shè)計(jì)（包括硬件冗余技術(shù)和軟件冗余技術(shù)），斷電保護(hù)功能（電容電源和UPS的應(yīng)用使得斷電時(shí)有充分的處理時(shí)間），故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)。PLC具有編程簡(jiǎn)單，操作方便，維修容易等特點(diǎn)，一般不容易發(fā)生操作的錯(cuò)誤。PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比PC控制更可靠的硬件和更簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)言。采用了精簡(jiǎn)的編程語(yǔ)言加上強(qiáng)大的編譯診斷功能，編程出錯(cuò)率大大降低。

2.2 易操作性

對(duì)PLC的操作包括程序輸入和程序更改的操作。通過專業(yè)的編程軟件進(jìn)行編程并進(jìn)行下載，更改程序的操作也可以直接根據(jù)所需要的接點(diǎn)號(hào)或地址編號(hào)進(jìn)行搜索或程序?qū)ふ?，然后進(jìn)行更改。PLC有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可供使用。由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解。PLC具有強(qiáng)大的自診斷功能降低了維修人員維修技能的要求。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過軟件和硬件的自診斷，維修人員可以很快找到故障部位進(jìn)行故障維修和故障排除。

2.3 靈活性

PLC采用的編程語(yǔ)言有梯形圖、功能表圖、功能模塊和語(yǔ)句描述等編程語(yǔ)言。編程方法的多樣性使編程簡(jiǎn)單、可以使得不同專業(yè)的人員都有自己習(xí)慣的編程語(yǔ)言。操作靈活方便，監(jiān)視和控制變量變得十分容易。

以上特點(diǎn)使用PLC控制系統(tǒng)具有可靠性高，程序設(shè)計(jì)方便靈活，運(yùn)行穩(wěn)定，擴(kuò)展性能好，抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)今后PLC控制系統(tǒng)還會(huì)得到更廣泛的使用。

3 PLC控制系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)包含完整的PLC系統(tǒng)模塊。其中包含電源模塊， CPU-315，PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的，I/O包含開關(guān)量輸出（SM321DO），開關(guān)量輸入（SM321DI），模擬量輸入（SM331AI），模擬量輸出（SM331AO）等模塊。通訊模塊PS305。

I/O組成：

數(shù)字量輸入模塊（DI）：包含油箱液位高，油箱液位低，循環(huán)泵、主泵運(yùn)行狀態(tài)，管路閥門狀態(tài)等。

開關(guān)量輸出（DO）：包含循環(huán)泵、主泵啟?？刂?，加熱器啟?？刂?，冷卻器啟?？刂?。

模擬量輸入（AI）：包含液位，流量，油溫，壓力等。

4 PLC邏輯控制

啟動(dòng)邏輯：液位正常，油溫正常，管路閥門狀態(tài)正常等。

停止邏輯：液位超低，壓力超低，流量超低，急停信號(hào)等。

報(bào)警邏輯：液位低，壓力低，流量低，油溫低，油溫高等。

5 HMI設(shè)計(jì)

上位機(jī)與PLC通訊模塊通過Profibus總線連接，將各個(gè)參數(shù)傳給上位機(jī)通過人機(jī)界面Wincc顯示，并可以通過上位機(jī)人機(jī)界面控制液壓站的啟停。

6 液壓站群的控制

當(dāng)多個(gè)液壓站需要配合工作時(shí)，可以將每一個(gè)液壓站設(shè)置一個(gè)ET-200遠(yuǎn)程I/O站，將采集的參數(shù)通過通訊模塊傳入一個(gè)總的PLC站進(jìn)行集中控制。且可以通過一個(gè)HMI就可以監(jiān)視各個(gè)參數(shù)和人工參與控制。這樣就可以更加集中地控制多個(gè)液壓站組成的液壓站群，是的多個(gè)液壓站有序有計(jì)劃的協(xié)作運(yùn)行。其原理如圖2。

圖2 液壓站群控制系統(tǒng)

7 液壓站穩(wěn)定性的提高

由于液壓站是機(jī)械動(dòng)力裝置，其穩(wěn)定性和可靠性必須得到保障。其穩(wěn)定性包和可靠性括：不誤報(bào)警，不誤停車，液位、壓力數(shù)值準(zhǔn)確。PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息并通過Profibus總線傳到HMI。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以通過程序編輯軟件編入外圍電器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)，使用PLC控制本身就是比較可靠的控制方案。為了保證液位不誤報(bào)警，我們采用數(shù)字量模擬量雙重條件報(bào)警，當(dāng)模擬量液位低且數(shù)字量液位低信號(hào)到達(dá)時(shí)才向HMI發(fā)出報(bào)警。壓力和流量同樣可以用冗余的方法。提高各個(gè)檢測(cè)量抗干擾性能，可以盡量使用屏蔽電纜，設(shè)置窗口時(shí)間，使用隔離模塊等。使用本地和集中兩種控制無擾切換可以提高液壓站控制的可靠性。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：徐興友（1984-），男，河北唐山人，助理工程師，本科，主要研究方向：自動(dòng)化。