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        基于PLC的兩側(cè)缸位置同步控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2018-04-11 11:00:38劉麗貞
        關(guān)鍵詞:界面系統(tǒng)

        劉麗貞

        (滄州師范學(xué)院 機(jī)械與電氣工程學(xué)院,河北 滄州 061001)

        隨著科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步,先進(jìn)制造業(yè)不斷朝著環(huán)保高效、節(jié)能減材的方向發(fā)展,在此背景下內(nèi)高壓成形技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,并在汽車、機(jī)械、航天等領(lǐng)域得到了廣泛的發(fā)展[1].其中,兩側(cè)缸位置同步控制是內(nèi)高壓成形過程中的重要環(huán)節(jié),因此搭建模擬試驗(yàn)平臺(tái),并設(shè)計(jì)一套高精度的控制系統(tǒng),具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

        1 模擬平臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        圖1 模擬負(fù)載設(shè)計(jì)圖

        兩側(cè)缸位置同步控制模擬試驗(yàn)平臺(tái)主要由液壓源系統(tǒng)、模擬負(fù)載、檢測(cè)反饋系統(tǒng)組成[2].

        (1)液壓源系統(tǒng):液壓源由液壓泵和比例閥組成,液壓泵由4KW電機(jī)提供壓力.

        (2)模擬負(fù)載:本試驗(yàn)平臺(tái)采用彈簧和滑塊作為模擬負(fù)載,彈簧的最大壓縮量為60mm,兩側(cè)液壓缸推動(dòng)彈簧負(fù)載,實(shí)現(xiàn)壓力和位移的輸出,圖1所示為模擬負(fù)載設(shè)計(jì)圖.

        圖2 模擬試驗(yàn)平臺(tái)液壓原理圖

        (3)檢測(cè)反饋系統(tǒng):壓力變送器、力變送器和位移傳感器,其中,壓力變送器量程為0-31.5MPa,力變送器量程為0-1T,位移傳感器量程為200mm,都為電流輸出.

        根據(jù)控制要求搭建兩側(cè)缸位置同步控制模擬試驗(yàn)平臺(tái),其液壓原理圖見圖2.

        2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        采用S7-300PLC作為主控制器進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).

        2.1 主回路

        模擬試驗(yàn)平臺(tái)控制系統(tǒng)主回路中有2個(gè)4KW電機(jī)分別帶動(dòng)2個(gè)液壓泵,接觸器控制電機(jī)的啟停,熱繼電器起過載保護(hù)作用.

        2.2 控制回路

        模擬試驗(yàn)平臺(tái)控制系統(tǒng)的控制電源回路,主要是為控制系統(tǒng)中的柜內(nèi)照明燈、PLC、指示燈、電磁閥、接觸器、繼電器、比例閥放大板等提供電源.

        2.3 PLC接口電路

        (1)數(shù)字量輸入電路:主要連接手動(dòng)/自動(dòng)選擇鑰匙開關(guān),電機(jī)啟??刂瓢粹o,兩側(cè)缸前進(jìn)、后退按鈕,復(fù)位、自動(dòng)開始、急停等按鈕,以及空開診斷等,共21點(diǎn)輸入,采用兩個(gè)16點(diǎn)數(shù)字量輸入模塊.

        (2)數(shù)字量輸出電路:主要連接指示燈和繼電器.指示燈為系統(tǒng)狀態(tài)指示,包括電機(jī)啟停指示、兩側(cè)缸前進(jìn)后退及極限指示,急停、報(bào)警、復(fù)位、自動(dòng)開始等指示;繼電器包括電機(jī)控制繼電器,電磁溢流閥和二位二通電磁換向閥通斷控制繼電器,共19點(diǎn)輸出,采用兩個(gè)16點(diǎn)數(shù)字量輸出模塊.

        圖3 控制系統(tǒng)程序流程圖

        (3)模擬量輸入電路:主要連接兩個(gè)力變送器,五個(gè)壓力變送器,兩個(gè)位移傳感器,共9點(diǎn)輸入,采用兩個(gè)8點(diǎn)模擬量輸入模塊.

        (4)模擬量輸出電路:主要連接控制比例溢流閥和比例換向閥的放大板,共3點(diǎn)輸出,采用一個(gè)4點(diǎn)模擬量輸出模塊[3].

        3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        3.1 下位機(jī)STEP 7編程

        在STEP 7軟件中進(jìn)行下位機(jī)編程,采用模塊化程序設(shè)計(jì),主要完成空開自檢、電機(jī)啟停控制、系統(tǒng)報(bào)警、模擬信號(hào)檢測(cè)、系統(tǒng)復(fù)位、手動(dòng)/自動(dòng)控制、單側(cè)缸位置PID控制、兩側(cè)缸位置同步PID控制等功能,程序流程圖如圖3所示.

        3.2 WinCC監(jiān)控界面

        在WinCC軟件中進(jìn)行監(jiān)控界面的設(shè)計(jì),主要包括工作狀態(tài)界面、系統(tǒng)報(bào)警界面、手動(dòng)界面、曲線界面、參數(shù)給定界面等.如下圖4所示為工作狀態(tài)界面,當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),可以直觀了解系統(tǒng)的工作狀態(tài),同時(shí)能顯示左右兩缸各自有桿腔和無(wú)桿腔的壓力值,兩缸對(duì)頂時(shí)力的大小,以及左右兩缸的位移值等.

        圖4 工作狀態(tài)界面

        4 結(jié)論

        本文搭建了兩側(cè)缸位置同步控制模擬試驗(yàn)平臺(tái),并完成了基于S7-300PLC的模擬試驗(yàn)平臺(tái)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).試驗(yàn)結(jié)果表明,兩側(cè)缸位置同步控制精度高,能夠滿足系統(tǒng)的控制要求,為深入研究?jī)?nèi)高壓成形機(jī)兩側(cè)缸位置同步控制問題提供了試驗(yàn)依據(jù).

        參考文獻(xiàn):

        [1]苑世劍,王仲仁.內(nèi)高壓成形的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國(guó)機(jī)械工程,2002,12(3):113-116.

        [2]牟曉勇.基于氣液增壓的內(nèi)高壓成形設(shè)備控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2010.

        [3]劉麗貞.內(nèi)高壓成形機(jī)兩側(cè)缸位置同步控制試驗(yàn)研究[D].秦皇島:燕山大學(xué),2015.

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