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.