摘 要：文章為促進機電專業(yè)PLC控制系統(tǒng)與液壓傳動系統(tǒng)過程與生產(chǎn)過程的對接，提高應用電液系統(tǒng)知識解決實際問題的綜合能力，設計了一套基于變頻調(diào)速的三相異步電動機拖動電力比例液壓泵的泵控實驗系統(tǒng)，其中涉及PLC技術、變頻調(diào)速技術、液壓泵控技術、功率匹配技術。

關鍵詞：PLC；變頻調(diào)速；電比例變量液壓泵；泵控系統(tǒng)

前言

為改善機電專業(yè)PLC控制技術與液壓傳動系統(tǒng)過程中出現(xiàn)的學生應用能力不強、知識點孤立、與實際脫鉤等情況。經(jīng)過企業(yè)走訪調(diào)研，對企業(yè)生產(chǎn)過程技術應用和高校教學內(nèi)容進行了對比排查，選取了本應用案例作為實驗背景，融入了PLC控制技術、液壓傳動技術、變頻調(diào)速技術、組態(tài)軟件技術、控制理論等機電行業(yè)必備知識或技能。通過本實驗系統(tǒng)，不僅可以達到加深對PLC控制系統(tǒng)和液壓傳動系統(tǒng)自身知識的認識和理解，還可以促進PLC控制技術與液壓傳動技術課程間的知識融合，提高解決電液控制技術實際問題的綜合能力。

1 實驗系統(tǒng)設計

本實驗臺動力部分采用變頻調(diào)速三相異步電動機+電比例變量液壓泵的泵控系統(tǒng)，電動機和液壓泵采用彈性聯(lián)軸器進行連接。通過操作操作臺上的手柄，改變變頻器的輸出頻率f，進而實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，即調(diào)節(jié)液壓泵的轉(zhuǎn)速n，同時需要對變量泵的比例電磁鐵進行控制而調(diào)節(jié)變量泵的排量Vg，通過轉(zhuǎn)速n和排量Vg的控制實現(xiàn)對液壓泵流量q的控制，以達到改變負載運動速度的目的。綜合考慮選用受到電動機功率、扭矩及散熱情況等因素的限制，電機的轉(zhuǎn)速不可能無限制的升高或者降低，因此對電機轉(zhuǎn)速（額定轉(zhuǎn)速n=1500rpm）的調(diào)節(jié)范圍設定為800-1800rpm，其中電機、變頻器額定功率均為75kW，液壓泵的最大功率（△P=350bar）為186kW，在控制過程中需要對系統(tǒng)工作壓力p、電機轉(zhuǎn)速n、泵排量Vg進行功率匹配控制，達到保證系統(tǒng)安全的前提下最大地發(fā)揮系統(tǒng)性能的目的。

2 控制方案分析

本實驗的關鍵問題在于解決小容量電動機匹配大容量液壓泵的功率匹配問題。泵轉(zhuǎn)速n僅由操作手柄控制，不受其他因素影響，則在泵轉(zhuǎn)速已知情況下，結合系統(tǒng)的實時反饋壓力p，通過控制器運算可得出泵的排量控制值，以保證系統(tǒng)發(fā)揮當前最大性能（速度）的同時，不超過電機額定功率發(fā)生過載現(xiàn)象，使系統(tǒng)安全高效運行，其控制原理如圖1所示。

具體的控制策略如下：

（1）轉(zhuǎn)速n的變化范圍需設定為600-1800rpm。

（2）600≤n<1500rpm時，恒扭矩控制方式，保證系統(tǒng)以最大扭矩輸出。

（3）1500≤n≤1800rpm時，恒功率控制方式，保證系統(tǒng)工作在額定功率下以盡量大的扭矩輸出。

（4）壓力的范圍30-320bar。

3 PLC控制器程序設計

實驗臺將M440變頻器的一些性能參數(shù)信號輸送到PLC中，PLC根據(jù)內(nèi)部的程序來控制相應的電磁閥動作以實現(xiàn)控制要求。由于電動機自身不帶轉(zhuǎn)速傳感器，其轉(zhuǎn)速n由變頻器的輸出頻率決定，故可以從變頻器處將電動機即泵的控制頻率信號反饋至控制器。電動機轉(zhuǎn)速n=60f/p，其中p為極對數(shù)，由電動機結構形式?jīng)Q定，該電動機p=2，控制流程如圖2。

電機處于運行狀態(tài)時建立M440與PLC之間的通信，電機的轉(zhuǎn)速直接的反饋到PLC中，PLC將設定的轉(zhuǎn)速與實測的轉(zhuǎn)速比較，經(jīng)過控制器處理發(fā)出改變變頻控制方式的指令，在PLC中部分的變頻器控制程序如圖3。

4 結束語

文章采用西門子的S7-300PLC和M440實現(xiàn)了小容量電動機匹配大容量液壓泵情況下的功率匹配技術，使系統(tǒng)在運行過程中，可根據(jù)電機的轉(zhuǎn)速和負載壓力反饋自動調(diào)整工作模式，保證系統(tǒng)最大利用率同時又保障系統(tǒng)工作安全，其中涉及的知識和技術，對于機電專業(yè)學生加深對專業(yè)知識的理解和應用能力的提高，都具有重要意義。

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作者簡介：臧其亮（1983-），男，江蘇徐州人，碩士，助教，工程師，研究方向：自動控制。