萬 勇，熊啟發(fā)，潘德華

(武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所，湖北武漢 430064）

利用PLC實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)油箱油溫控制

萬 勇，熊啟發(fā)，潘德華

(武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所，湖北武漢 430064）

利用可編程控制器實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)油箱油溫信號(hào)的采集、編程及控制，并對(duì)不同類型的溫度傳感器輸入信號(hào)所采用的編程方式及軟件流程進(jìn)行討論，實(shí)現(xiàn)了油箱溫度的控制、報(bào)警及整個(gè)液壓系統(tǒng)管路及閥件的保護(hù)功能。

可編程控制器;傳感器;液壓系統(tǒng)

0 引言

PLC(可編程控制器）是由繼電控制電路引進(jìn)微處理器技術(shù)后發(fā)展而來的，可方便可靠地用于開關(guān)量的控制。

隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，越來越多的設(shè)備使用PLC控制器，如中央空調(diào)中的恒溫恒濕機(jī)、冷水機(jī)、液壓系統(tǒng)中的油溫、油位及管路中油的流量控制等。在這些設(shè)備的應(yīng)用中，使用了大量的模擬量輸入信號(hào)來達(dá)到溫度控制。由于模擬量可以轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，數(shù)字量實(shí)質(zhì)也就是開關(guān)量，PLC可以非常方便及可靠地處理經(jīng)換算轉(zhuǎn)換后的模擬量。

在液壓系統(tǒng)中，油箱的溫度信號(hào)為模擬量信號(hào)，根據(jù)溫度傳感器類型的不同，對(duì)模擬量輸入模塊采集的信號(hào)進(jìn)行不同處理，然后按照控制要求進(jìn)行編程，滿足液壓系統(tǒng)對(duì)油溫的使用要求。

1 系統(tǒng)組成

液壓系統(tǒng)由液壓泵、蓄能器、油箱、電磁閥及連接各裝置的管路等組成;控制系統(tǒng)是由PLC控制電路中各個(gè)電氣部件、油箱油溫傳感器、液壓部件中各個(gè)開關(guān)量信號(hào)及電磁閥等組成，如圖1所示。

圖1 液壓及控制系統(tǒng)的組成Fig.1 System of hydraulic pressure

根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)際情況，可編程控制器選用1臺(tái)西門子公司生產(chǎn)的S7－200系列可編程控制器S7－226，S7－200可編程控制器是一款成熟控制產(chǎn)品，工作可靠，存儲(chǔ)容量大，編程方便，輸出端可直接驅(qū)動(dòng)2 A的繼電器或接觸器的線圈，抗干擾能力強(qiáng)。數(shù)字量輸入輸出選用5個(gè)數(shù)字量輸入輸出模塊，模擬量輸入選用1塊EM 231模擬量輸入模塊。

控制系統(tǒng)的連接簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)連接圖Fig.2 Link graph of control system

2 模擬量控制要求

在液壓系統(tǒng)中，為了保證整個(gè)系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，對(duì)液壓油箱中油溫提出如下控制要求:當(dāng)液壓系統(tǒng)油箱油溫高于40℃時(shí)，系統(tǒng)中要求管路上的冷卻電液球閥自動(dòng)開啟，冷卻器投入工作，對(duì)液壓油進(jìn)行冷卻;當(dāng)油溫降低到20℃時(shí)，冷卻電液球閥自動(dòng)關(guān)閉，冷卻器退出工作;如果油溫達(dá)到報(bào)警值55℃時(shí)，需發(fā)出高油溫報(bào)警信號(hào);當(dāng)油溫達(dá)到70℃時(shí)，仍發(fā)出高油溫報(bào)警信號(hào)，同時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)要求停泵卸荷，保護(hù)液壓系統(tǒng)。

3 模擬量的處理

3.1 直接比較法

測(cè)量油箱油溫的傳感器選用Pt100鉑電阻溫度傳感器，接線采用四線制。當(dāng)測(cè)量電阻數(shù)值很小時(shí)，測(cè)試線的電阻可能引入明顯誤差。四線制用2條附加測(cè)試線提供恒定電流，另2條測(cè)試線測(cè)量未知電阻的電壓降，這樣就可以精確測(cè)量未知電阻上的壓降，通過計(jì)算得出電阻值。

查閱Pt100電阻溫度對(duì)照表，當(dāng)溫度為40℃時(shí)，對(duì)應(yīng)的電阻值為115.54Ω，此時(shí)要求對(duì)液壓油進(jìn)行冷卻，啟動(dòng)冷卻電液球閥，利用冷卻器進(jìn)行冷卻;當(dāng)液壓油溫降到20℃時(shí)，對(duì)應(yīng)電阻值為107.79Ω，此時(shí)液壓油不需要冷卻了，自動(dòng)關(guān)閉冷卻電液球閥，冷卻器退出工作;但如果油溫在40℃且冷卻器已投入工作的情況下，液壓油溫度繼續(xù)升高，當(dāng)溫度為55℃時(shí)，對(duì)應(yīng)的電阻值為121.32Ω，要求作出高油溫報(bào)警;如果油溫達(dá)到70℃時(shí)，對(duì)應(yīng)的電阻值為127.08Ω，此時(shí)不僅進(jìn)行高油溫報(bào)警，還要求停機(jī)卸荷，保護(hù)液壓系統(tǒng)。

溫度控制子程序框圖如圖3所示。

3.2 比例換算法

圖3 溫度控制子程序框圖Fig.3 Temperature control program

選用的溫度傳感器輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)的輸出信號(hào)，因?yàn)?A/D(數(shù)/模）、D/A(模/數(shù)）轉(zhuǎn)換關(guān)系，S7－200內(nèi)部用數(shù)值表示外部的模擬量信號(hào)，二者之間有一定的數(shù)學(xué)關(guān)系。這個(gè)關(guān)系是模擬量/數(shù)值量的換算關(guān)系，例如，使用1個(gè)0～20 mA的模擬量信號(hào)輸入，在S7－200內(nèi)部，0～20 mA對(duì)應(yīng)于數(shù)值范圍0～32 000;對(duì)于4～20 mA的信號(hào)，對(duì)應(yīng)的內(nèi)部數(shù)值為6 400～32 000，顯然二者之間存在比例換算關(guān)系。

上面談到的是0～20 mA或4～20 mA之間換算關(guān)系，但模擬量轉(zhuǎn)換的目的不是在S7－200中得到1個(gè)0～32 000之類的數(shù)值。對(duì)于編程到具體的物理量數(shù)值，對(duì)應(yīng)物理量占量程的百分比數(shù)值要更方便，這是換算的最終目標(biāo)。

比例換算公式為

其中:Ov為換算結(jié)果;Iv為換算對(duì)象;Osl為換算結(jié)果的低限;Ish為換算對(duì)象的高限;Isl為換算對(duì)象的低限。

通過上述公式換算得出幾個(gè)溫度點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的數(shù)值及百分比，利用在直接比較法中的程序框圖和控制關(guān)系，可以控制液壓油箱的油溫。

4 結(jié)語

以可編程控制器為核心的液壓系統(tǒng)控制電路，在處理模擬量信號(hào)時(shí)非常方便?？梢韵冉⒆映绦?，然后把它定義為庫(kù)指令，在處理其他類似模擬量時(shí)可以隨時(shí)調(diào)用該指令，使程序的編制過程簡(jiǎn)單，同時(shí)增強(qiáng)程序的可讀性。

［1］齊蓉.新一代可編程計(jì)算機(jī)控制器技術(shù)［M］.西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社.

［2］黃明琪，等.可編程控制器［M］.重慶:重慶大學(xué)出版社.

［3］SIMATIC s7－200可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè)［M］.西門子公司.

［4］STEP 7－Miert/WIN 32 V3.1 sPl編程幫助手冊(cè)［M］.西門子自動(dòng)化設(shè)備公司.

Make use of PLC to carry out fuel tank temperature control in the system of hydraulic pressure

WAN Yong，XIONG Qi-fa，PAN De-hua
(Wuhan Second Ship Design and Research Institute，Wuhan 430064，China）

Wemaymake use of the programmable logic controller to carry out fuel tank temperature signal collect，programme and control in the system of hydraulic pressure.We contrapose multifarious temperature sensor to debate the programmemode and software process of the control system，carry out the control of fuel tank temperature，alarm and the protective function of tube and valve.

programmable logic controller;sensor;the system of hydraulic pressure

TP271+.31

A

1672－7649(2013）02－0115－02

10.3404/j.issn.1672－7649.2013.02.027

2011－06－23

萬勇(1976－），男，主要從事電力系統(tǒng)、船舶電氣及自動(dòng)化專業(yè)研究。