周志平 熊軼娜
(空軍航空維修技術(shù)學(xué)院,長(zhǎng)沙 410124)
國(guó)內(nèi)眾多工科院校機(jī)械類專業(yè)廣泛使用QSC003B型教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)常涉及四項(xiàng)內(nèi)容:對(duì)液壓泵的性能進(jìn)行測(cè)試;對(duì)溢流閥進(jìn)行靜態(tài)性能測(cè)試;對(duì)液壓泵進(jìn)行卸荷試驗(yàn);對(duì)節(jié)流閥進(jìn)行調(diào)速試驗(yàn)。由此可知,該實(shí)驗(yàn)臺(tái)能完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較少,同時(shí),在實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn),當(dāng)液壓執(zhí)行元件-液壓缸超過(guò)其極限位置或者在液壓缸承受過(guò)大載荷時(shí),實(shí)驗(yàn)臺(tái)容易出現(xiàn)故障,無(wú)法正常使用。此外,實(shí)驗(yàn)臺(tái)在運(yùn)行時(shí),由于缺少顯示屏,液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度、流量計(jì)的變化情況等實(shí)驗(yàn)參數(shù)不能直觀顯示,影響教學(xué)效果。為了擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)臺(tái)的使用范圍、提高測(cè)試精度和測(cè)試效率,使其運(yùn)行控制更加方便、直觀、可靠,有必要對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。
圖1為改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)原理圖。與改進(jìn)前的實(shí)驗(yàn)臺(tái)相比較,加裝了一個(gè)二位二通電磁換向閥5;加裝了一個(gè)二位三通電磁閥11;增加了5個(gè)行程開(kāi)關(guān)SQ1~SQ5;增加一個(gè)線速度傳感器S1來(lái)測(cè)試液壓缸的速度,以提高測(cè)試精度和測(cè)試效率。改進(jìn)后,液壓系統(tǒng)所能完成的各種實(shí)驗(yàn)及其動(dòng)作狀態(tài)如表1所示。
表1 采用PLC及觸摸屏技術(shù)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)動(dòng)作狀態(tài)
表2 輸入輸出點(diǎn)的分配
圖1 采用PLC及接觸屏技術(shù)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)原理
從圖1中可以看出,只要選擇實(shí)驗(yàn),按下按鈕,就可以操作任何一項(xiàng)實(shí)驗(yàn),相應(yīng)電磁閥能自動(dòng)完成通斷電動(dòng)作;如果需要完成不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,可以調(diào)節(jié)流量閥、溢流閥等控制閥,觀察兩液壓缸的運(yùn)行快慢、壓力表和流量計(jì)的變化情況等。
實(shí)驗(yàn)臺(tái)在改進(jìn)前僅能完成四項(xiàng)實(shí)驗(yàn),改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目增加至7項(xiàng)。增加的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要是典型液壓回路,具體包括模擬組合機(jī)床液壓系統(tǒng)調(diào)試回路、液壓缸的順序動(dòng)作回路及液壓缸的差動(dòng)快速運(yùn)動(dòng)回路。通過(guò)設(shè)計(jì)新的電控系統(tǒng),本實(shí)驗(yàn)臺(tái)可實(shí)現(xiàn)的主要功能體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
一是電控系統(tǒng)具有實(shí)驗(yàn)選擇功能??梢詫?duì)七個(gè)實(shí)驗(yàn)中的任意一個(gè)進(jìn)行預(yù)先選擇;每個(gè)被選定的實(shí)驗(yàn)可以自動(dòng)進(jìn)行,直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束;如果實(shí)驗(yàn)在進(jìn)行中需要使系統(tǒng)復(fù)位,可通過(guò)選擇“中止”按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)。二是可在顯示屏上完成實(shí)驗(yàn)參數(shù)顯示。三是具有安全保護(hù)功能。電控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)液壓缸的極限位置保護(hù)、過(guò)載保護(hù)和負(fù)載端感應(yīng)元件的RC浪涌吸收保護(hù)功能。實(shí)驗(yàn)若出現(xiàn)故障,PLC停止輸出,使實(shí)驗(yàn)設(shè)備免受損害。輸入輸出點(diǎn)的分配見(jiàn)表2。
本實(shí)驗(yàn)臺(tái)電控系統(tǒng)的硬件控制核心為FX2N-48MR。為滿足實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)動(dòng)作表1中的動(dòng)作狀態(tài),其輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)均確定為24;觸摸屏為D9300T;為實(shí)現(xiàn)將模擬信號(hào)(由速度傳感器輸出)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),選擇FX2N-4AD作為本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的A/D轉(zhuǎn)換單元,該單元擁有12位及4通道,使用時(shí)需要輸入4~20mA電流、輸入±10V電壓。
本實(shí)驗(yàn)臺(tái)電控系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2所示。PLC的所有主令控制按鈕均顯示在觸摸屏上。PLC與觸摸屏之間的通信方式為串行。PLC與外圍元件接線如圖3所示。
圖2 電控系統(tǒng)構(gòu)成方框圖
圖3 PLC與外圍元件接線圖
本實(shí)驗(yàn)臺(tái)電控系統(tǒng)的軟件包括兩個(gè)重要的組成部分,分別是PLC程序控制部分和觸摸屏顯示界面部分。觸摸屏顯示界面如圖4所示。
圖4 觸摸屏顯示界面
實(shí)驗(yàn)臺(tái)經(jīng)過(guò)改進(jìn)后,不僅增加了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,而且拓寬了實(shí)驗(yàn)臺(tái)的使用范圍和價(jià)值。實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用PLC和觸摸屏技術(shù),控制運(yùn)行更加可靠、直觀,使學(xué)生能夠更加方便地對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行操作。該系統(tǒng)可供其他液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)借鑒。