液压缸试验台电控系统设计

液压缸试验台电控系统设计

针对传统的液压缸测试效率低、精度差等缺点，设计了一种计算机控制的液压缸试验台，不仅精度高，而且操作方便，性能可靠，通过实际的应用，体现了它的优越性。

标签：液压缸；PLC；自动控制

1 前言

液压油缸是液压传动系统的一个重要执行元件，它可以将液压能转变为直线往复运动的机械能，它结构简单，工作可靠，在机械系统中得到了广泛应用。液压缸性能的好坏决定了整个液压系统的性能，因此对液压油缸的各项性能检测就显得尤为重要。传统的液压缸测试主要采用手工操作的方式，不仅劳动强度大，而且工作效率低，测试数据精度也不高。针对这些问题，本文设计了一种计算机控制的液压缸试验台，保留了手动控制的同时增加了计算机自动控制方式，便于从传统控制方式到自动控制方式的过度。

2 试验台的结构和功能

本液压试验台主要由三大部分组成：液压系统，电气控制系统，数据的采集与显示系统，通过本试验台可以完成液压油缸的出厂检验，包括对油缸的启动压力测试、往复性能测试、耐压测试、泄露量测试和报表打印等。

2.1 液压系统

液压系统主要包括液压油箱总成1套、液压油泵及电动机组3台套、压力调节和压力输出及回油总管系统、测试接口管路及液压阀。通过高压软管，将被测油缸接入液压管路，系统中每台油泵的出口压力可以通过接入的溢流阀进行手动调节，压力大小主要采用机械式压力表进行测量和显示。

2.2 电气控制系统

电气控制系统的核心为计算机和PLC，可以分别通过试验台面板和人机界面对每台液压泵的起、停控制，过载保护，液压缸的加载控制，故障报警等功能。由于电机的容量比较大，控制中采用Y-△启动方式。另外，通过对相关电磁阀的控制可以实现对液压总管压力的加载或卸载，控制油缸连杆的伸出或缩回等功能。控制方式有手动操作和计算机控制操作两种。

2.3 数据采集与显示系统

显示系统由试验台操作面板显示和计算机人机界面显示组成。系统中数据的采集主要是通过各个传感器来完成的，传感器获取的数据分别传送至数字显示单

片机和数据采集卡，分别用于试验台操作面板数字显示和人机界面显示。试验台面板上除了有7个压力表和4个数码表外，还指示了系统中电动机及溢流阀的工作状态，报警状况等。在上位机界面中，系统元件的工作状态则由数据采集卡不断更新显示。

3 电气控制系统设计

3.1 设计方案

在整体的设计中，选用计算机和PLC作为控制的核心，采用主从式控制方式。即计算机作为上位机进行集中的监控，通过软件完成可视化人机界面的设计、数据库的建立、报表的打印等功能；PLC作为下位机，完成对现场数据的不断采集和输出控制。上位机和PLC之间通过RS232转RS485转换接头连接，整个系统方案的原理框图如图1所示，为了实现上位机的实时监控，各个传感器的数据通过数据采集卡传送至计算机。另外传感器的数据也要传送到单片机，以便于试验台面板上的数字显示。

3.2.1 上位机

按照控制系统的要求计算机采用Intel的双核处理器E7400，配联想17寸方屏显示器；数据采集卡选用研华生产的PCI-8333多功能模入模出接口卡，不仅使用方便而且转换速度快。传感器现场采集的数据经数据采集卡传送至计算机，上位机的人机操作界面利用面向对象的Visual Basic 6.0集成环境设计，选择其中的串行通信控件MSComm与PLC进行数据交换，上位机的操作界面如图2所示。

上位机操作界面为了形象地反应出试验中油泵及溢流阀的状态，界面

中模拟出了液压系统的示意图，如图2右上部分所示。液压系统中电机、溢流阀、油缸等的状态，传感器的读数都可以实时地显示出来，起到监视的作用。在控制方面，人机界面可以设定试验相关的参数，点击按钮直接完成相关的试验，并保存试验数据。

3.2.2 下位机

下位机PLC选用西门子的S7-200性价比较高的CPU224，它集成了14个数字量输入点，10个数字量输出点，由于I/O点不能完全满足系统监控的要求，硬件上还扩展了一个数字量输入模块EM221和一个数字量输出模块EM222，它们分别集成了8个输入、输出点，保证系统可靠性的同时也留有一定余量，便于系统后期的更新和拓展。其中，使用输入点20个，输出点15个，主要起控制作用的I/O分配如表1所示，另外还包含了滤器堵塞、油温高、油位低等参量的输入与输出。

3.3 试验过程的控制

手动操作方式中，只需通过试验台上的按钮或动作开关按照一定的流程选择相应动作，就可以进行试验，试验中注意观察现场动作，另外，还要记录相关的参数和实验结果。

利用计算机进行控制时，先要做好一定的试验准备，比如在人机界面中输入油缸参数，往返次数，耐压时间等，一旦选择开始进行某个试验，计算机可以自动完成并且记录试验数据。

4 结论

本试验台通过某液压缸生产厂的实际运行证明系统运行稳定，降低了操作人员劳动强度的同时也提高了生产效率和自动化程度，有一定的实际意义。

参考文献

[1]张晓东.液压缸试验台计算机控制系统的设计[J].机械工程与自动化，2010，（4）.

[2]马俊功.液压油缸试验台研制[J].机床与液压，2007，（1）.