蔡曉燕　 高攀

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)的液壓缸測試效率低、精度差等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種計(jì)算機(jī)控制的液壓缸試驗(yàn)臺(tái)，不僅精度高，而且操作方便，性能可靠，通過實(shí)際的應(yīng)用，體現(xiàn)了它的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：液壓缸；PLC；自動(dòng)控制

中圖分類號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3198（2014）15-0193-01

1 前言

液壓油缸是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)重要執(zhí)行元件，它可以將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，它結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，在機(jī)械系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。液壓缸性能的好壞決定了整個(gè)液壓系統(tǒng)的性能，因此對(duì)液壓油缸的各項(xiàng)性能檢測就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的液壓缸測試主要采用手工操作的方式，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且工作效率低，測試數(shù)據(jù)精度也不高。針對(duì)這些問題，本文設(shè)計(jì)了一種計(jì)算機(jī)控制的液壓缸試驗(yàn)臺(tái)，保留了手動(dòng)控制的同時(shí)增加了計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制方式，便于從傳統(tǒng)控制方式到自動(dòng)控制方式的過度。

2 試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)和功能

本液壓試驗(yàn)臺(tái)主要由三大部分組成：液壓系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的采集與顯示系統(tǒng)，通過本試驗(yàn)臺(tái)可以完成液壓油缸的出廠檢驗(yàn)，包括對(duì)油缸的啟動(dòng)壓力測試、往復(fù)性能測試、耐壓測試、泄露量測試和報(bào)表打印等。

2.1 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)主要包括液壓油箱總成1套、液壓油泵及電動(dòng)機(jī)組3臺(tái)套、壓力調(diào)節(jié)和壓力輸出及回油總管系統(tǒng)、測試接口管路及液壓閥。通過高壓軟管，將被測油缸接入液壓管路，系統(tǒng)中每臺(tái)油泵的出口壓力可以通過接入的溢流閥進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，壓力大小主要采用機(jī)械式壓力表進(jìn)行測量和顯示。

2.2 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)的核心為計(jì)算機(jī)和PLC，可以分別通過試驗(yàn)臺(tái)面板和人機(jī)界面對(duì)每臺(tái)液壓泵的起、?？刂疲^載保護(hù)，液壓缸的加載控制，故障報(bào)警等功能。由于電機(jī)的容量比較大，控制中采用Y-△啟動(dòng)方式。另外，通過對(duì)相關(guān)電磁閥的控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓總管壓力的加載或卸載，控制油缸連桿的伸出或縮回等功能?？刂品绞接惺謩?dòng)操作和計(jì)算機(jī)控制操作兩種。

2.3 數(shù)據(jù)采集與顯示系統(tǒng)

顯示系統(tǒng)由試驗(yàn)臺(tái)操作面板顯示和計(jì)算機(jī)人機(jī)界面顯示組成。系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的采集主要是通過各個(gè)傳感器來完成的，傳感器獲取的數(shù)據(jù)分別傳送至數(shù)字顯示單片機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡，分別用于試驗(yàn)臺(tái)操作面板數(shù)字顯示和人機(jī)界面顯示。試驗(yàn)臺(tái)面板上除了有7個(gè)壓力表和4個(gè)數(shù)碼表外，還指示了系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)及溢流閥的工作狀態(tài)，報(bào)警狀況等。在上位機(jī)界面中，系統(tǒng)元件的工作狀態(tài)則由數(shù)據(jù)采集卡不斷更新顯示。

3 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)方案

在整體的設(shè)計(jì)中，選用計(jì)算機(jī)和PLC作為控制的核心，采用主從式控制方式。即計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)進(jìn)行集中的監(jiān)控，通過軟件完成可視化人機(jī)界面的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫的建立、報(bào)表的打印等功能；PLC作為下位機(jī)，完成對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的不斷采集和輸出控制。上位機(jī)和PLC之間通過RS232轉(zhuǎn)RS485轉(zhuǎn)換接頭連接，整個(gè)系統(tǒng)方案的原理框圖如圖1所示，為了實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集卡傳送至計(jì)算機(jī)。另外傳感器的數(shù)據(jù)也要傳送到單片機(jī)，以便于試驗(yàn)臺(tái)面板上的數(shù)字顯示。

3.2.1 上位機(jī)

按照控制系統(tǒng)的要求計(jì)算機(jī)采用Intel的雙核處理器E7400，配聯(lián)想17寸方屏顯示器；數(shù)據(jù)采集卡選用研華生產(chǎn)的PCI-8333多功能模入模出接口卡，不僅使用方便而且轉(zhuǎn)換速度快。傳感器現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡傳送至計(jì)算機(jī)，上位機(jī)的人機(jī)操作界面利用面向?qū)ο蟮腣isual Basic 6.0集成環(huán)境設(shè)計(jì)，選擇其中的串行通信控件MSComm與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，上位機(jī)的操作界面如圖2所示。

上位機(jī)操作界面為了形象地反應(yīng)出試驗(yàn)中油泵及溢流閥的狀態(tài)，界面

中模擬出了液壓系統(tǒng)的示意圖，如圖2右上部分所示。液壓系統(tǒng)中電機(jī)、溢流閥、油缸等的狀態(tài)，傳感器的讀數(shù)都可以實(shí)時(shí)地顯示出來，起到監(jiān)視的作用。在控制方面，人機(jī)界面可以設(shè)定試驗(yàn)相關(guān)的參數(shù)，點(diǎn)擊按鈕直接完成相關(guān)的試驗(yàn)，并保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.2.2 下位機(jī)

下位機(jī)PLC選用西門子的S7-200性價(jià)比較高的CPU224，它集成了14個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)，10個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，由于I/O點(diǎn)不能完全滿足系統(tǒng)監(jiān)控的要求，硬件上還擴(kuò)展了一個(gè)數(shù)字量輸入模塊EM221和一個(gè)數(shù)字量輸出模塊EM222，它們分別集成了8個(gè)輸入、輸出點(diǎn)，保證系統(tǒng)可靠性的同時(shí)也留有一定余量，便于系統(tǒng)后期的更新和拓展。其中，使用輸入點(diǎn)20個(gè)，輸出點(diǎn)15個(gè)，主要起控制作用的I/O分配如表1所示，另外還包含了濾器堵塞、油溫高、油位低等參量的輸入與輸出。

3.3 試驗(yàn)過程的控制

手動(dòng)操作方式中，只需通過試驗(yàn)臺(tái)上的按鈕或動(dòng)作開關(guān)按照一定的流程選擇相應(yīng)動(dòng)作，就可以進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)中注意觀察現(xiàn)場動(dòng)作，另外，還要記錄相關(guān)的參數(shù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，先要做好一定的試驗(yàn)準(zhǔn)備，比如在人機(jī)界面中輸入油缸參數(shù)，往返次數(shù)，耐壓時(shí)間等，一旦選擇開始進(jìn)行某個(gè)試驗(yàn)，計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)完成并且記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)臺(tái)通過某液壓缸生產(chǎn)廠的實(shí)際運(yùn)行證明系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，降低了操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度，有一定的實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)

[1]張曉東.液壓缸試驗(yàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2010，（4）.

[2]馬俊功.液壓油缸試驗(yàn)臺(tái)研制[J].機(jī)床與液壓，2007，（1）.