基于PLC的兩側缸位置同步控制系統設計

劉麗貞

(滄州師范學院 機械與電氣工程學院，河北 滄州 061001)

隨著科學技術的日益進步，先進制造業不斷朝著環保高效、節能減材的方向發展，在此背景下內高壓成形技術應運而生，并在汽車、機械、航天等領域得到了廣泛的發展[1].其中，兩側缸位置同步控制是內高壓成形過程中的重要環節，因此搭建模擬試驗平臺，并設計一套高精度的控制系統，具有重要的現實意義.

1　模擬平臺液壓系統設計

圖1　模擬負載設計圖

兩側缸位置同步控制模擬試驗平臺主要由液壓源系統、模擬負載、檢測反饋系統組成[2].

(1)液壓源系統：液壓源由液壓泵和比例閥組成，液壓泵由4KW電機提供壓力.

(2)模擬負載：本試驗平臺采用彈簧和滑塊作為模擬負載，彈簧的最大壓縮量為60mm，兩側液壓缸推動彈簧負載，實現壓力和位移的輸出，圖1所示為模擬負載設計圖.

圖2　模擬試驗平臺液壓原理圖

(3)檢測反饋系統：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.

根據控制要求搭建兩側缸位置同步控制模擬試驗平臺，其液壓原理圖見圖2.

2　控制系統硬件設計

采用S7-300PLC作為主控制器進行電氣控制系統設計.

2.1　主回路

模擬試驗平臺控制系統主回路中有2個4KW電機分別帶動2個液壓泵，接觸器控制電機的啟停，熱繼電器起過載保護作用.

2.2　控制回路

模擬試驗平臺控制系統的控制電源回路，主要是為控制系統中的柜內照明燈、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)數字量輸入電路：主要連接手動/自動選擇鑰匙開關，電機啟?？刂瓢粹o，兩側缸前進、后退按鈕，復位、自動開始、急停等按鈕，以及空開診斷等，共21點輸入，采用兩個16點數字量輸入模塊.

(2)數字量輸出電路：主要連接指示燈和繼電器.指示燈為系統狀態指示，包括電機啟停指示、兩側缸前進后退及極限指示，急停、報警、復位、自動開始等指示；繼電器包括電機控制繼電器，電磁溢流閥和二位二通電磁換向閥通斷控制繼電器，共19點輸出，采用兩個16點數字量輸出模塊.

圖3　控制系統程序流程圖

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

(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點輸出，采用一個4點模擬量輸出模塊[3].

3　控制系統軟件設計

3.1　下位機STEP 7編程

在STEP 7軟件中進行下位機編程，采用模塊化程序設計，主要完成空開自檢、電機啟?？刂?、系統報警、模擬信號檢測、系統復位、手動/自動控制、單側缸位置PID控制、兩側缸位置同步PID控制等功能，程序流程圖如圖3所示.

3.2　WinCC監控界面

在WinCC軟件中進行監控界面的設計，主要包括工作狀態界面、系統報警界面、手動界面、曲線界面、參數給定界面等.如下圖4所示為工作狀態界面，當系統運行時，可以直觀了解系統的工作狀態，同時能顯示左右兩缸各自有桿腔和無桿腔的壓力值，兩缸對頂時力的大小，以及左右兩缸的位移值等.

圖4　工作狀態界面

4　結論

本文搭建了兩側缸位置同步控制模擬試驗平臺，并完成了基于S7-300PLC的模擬試驗平臺電氣控制系統設計.試驗結果表明，兩側缸位置同步控制精度高，能夠滿足系統的控制要求，為深入研究內高壓成形機兩側缸位置同步控制問題提供了試驗依據.

參考文獻：

[1]苑世劍，王仲仁.內高壓成形的應用進展[J].中國機械工程，2002，12(3):113-116.

[2]牟曉勇.基于氣液增壓的內高壓成形設備控制系統的分析與設計[D].哈爾濱:哈爾濱工業大學，2010.

[3]劉麗貞.內高壓成形機兩側缸位置同步控制試驗研究[D].秦皇島:燕山大學，2015.