液压试验台PLC控制系统设计完整

第一章绪论

1.1 概述

液压传动技术是机电一体化技术的重要组成部分，而且液压传动相对于机械传动来说是一门新技术，随着流体力学、自动控制、计算机等技术的不断发展，液压传动技术已经发展成为包括传动、控制、检测技术、机电一体化的一门完整的自动化技术，并且在工业生产、设备控制等方面都得到了广泛应用。液压实验台是生产和开发液压元件和液压系统的重要实验设备。传统的液压实验台内容固定、控制方式单一。

随着液压技术和现代控制技术的发展，传统液压实验台的缺陷愈来愈明显，已不能很好地适应生产和研究的需要。为了可以更好的适应教学的发展，增强学生解决实际问题的能力，以及满足现代科研的需求，在传统液压试验台的基础上，加入PLC先进控制技术，构建了由PLC作为下位机控制现场设备，由PC作为上位机在线监控的控制系统，可以实现机、电、液、计算机的完美结合，实现实验处理的自动化，实时监控等。采用了由PLC控制技术来控制液压试验台的自动控制响应快、智能化，学生不仅可以根据需求搭建各种液压回路或液压系统，还可以独立的进行液压设计、安装、调试、编写PLC程序、等，有利于提高学生在机电液计算机综合控制等方面的综合能力。

1.2液压传动的发展及其研究对象

液压传动技术的发展，可追溯到17世纪帕斯卡提出了著名的帕斯卡定律，开始奠定了流体静压传动的理论基础。从18世纪末英国制成了世界上第一台水压机算起，已经有近300年的历史，但真正的发展只是在第二次世界大战后，液压技术由军用工业迅速转向民用工业，而我国的液压工业只经过40余年的发展，就已经形成门类齐全、有一定的技术水平并初具规模的生产科研体系，其生产的液压产品广泛应用于工业、农业和国防等各个部门。

近20年来，我国液压工业通过引进先进技术，科研攻关，产品应用技术飞快发展，设计生产了许多新型的液压元件。此外通过计算机辅助技术（Computer Aided Design，简称CAD）、计算机辅助测试（Computer Aided Translation，简称CAT）、污染控制、故障诊断、机电一体化等方面研究成果的应用，液压技术水平得到很大的提高。当前液压技术正向着高效率、高精度、高性能等方向发展；液压元件向着体积小、重量轻、微型化和集成化、易维护的方向发展。因此急需加速人才培养和技术创新，使我国液压工业尽早达到世界先进水平。

液压传动技术的发展旨在研究液压系统各类元件结构、作用、工作原理、应用方法，以及组成液压系统的特点。人们经过理论与实践的有机结合，能够很快的掌控液压传动设备的安装、调试、维护及操作。

1.3液压试验台的国内外研究现状

随着液压技术、控制理论、微型计算机、测量测试技术、教学信息处理、可靠性技术的发展，新的液压试验台已朝着高速、高效、智能化、多功能化、多样化的液压计算机辅助测试（CAT）方向发展，早期按照“传感器+模拟二次仪表”的模式组成液压设备试验系统已停产或停止使用，基于虚拟仪器技术的液压CAT系统广泛应用于新的液压试验台制造及应用。采用的计算方法有平均值滤波法、中值滤波法、自适应滤波法、新型PID算法等。采用有VB6等应用软件开发液压CAT实验软件。由于原有设备的陈旧或故障面积太大，仅发现用MCS-51单片机技术对旧式液压实验台重新开发与利用，因此，很少发现采用液压计算机辅助测试（CAT）对旧式液压试验台重新开发与利用，对旧式液压试验台重新开发与利用有一定的推广应用价值。

1.4课题来源与研究意义

本课题是在QCS-014液压实验台基础上完成电气控制系统的研究，使其成为由PLC控制，并能将液压系统工作过程中的压力、流量变化数据和各电器状态信号经单片机组成的数据采集系统(下位机)转换后传送给上位PC机，PC机通过编好的相应的操作界面对各个实验过程进行实时仿真与数据处理，形成控制手段先进、实验条件优良、基于虚拟仪器的完成数据采集处理的新型实验设备。该系统在满足系统功能的条件下，价格低廉、操作方便，满足开设设计性、创新性实验的需要，有利于学生实践能力和创新能力的培养，

并为科研工作创造良好的实验条件。

1.5 主要研究工作

本课题主要研究的内容是进行液压试验台的PLC电气控制系统设计，流量信号、电器状态反馈信号等试验数据的采集系统。主要内容如下：

（1）PLC 电气控制系统的设计。

（2）液压试验台PLC控制系统实验。

第二章液压回路试验台PLC电气控制系统设计

2.1 概述

液压试验台是液压元件试验台适用于各类通用液压元件的性能测试，可满足不同用户的测试要求。

液压试验台分五个品种：即液压阀试验台、液压泵试验台、液压马达试验台、液压缸试验台和综合试验台。

液压试验台由动力驱动系统、液压控制系统、过滤温控循环系统、漏油回收系统、电气控制系统、计算机控制与测试系统等组成。

液压试验台适用于冶金、石油、机械、航天、船舶等领域的主机所配套的液压元件的性能测试。

2.2 液压试验台的选择

QCS-014型液压实验台采用液压元件装拆式，可以实现12种基本液压教学实验回路，是高等院校进行“液压传动”课程实践教学的主要设备。它采用一只YB,-4定量泵和一只YBX-16变量泵作为系统泵源，在工作台框架内可以布置20个元件阀板，管路连接采用快速接头和胶管总成，装拆方便。

本章通过采用PLC控制方式对液压实验台中各电器元件的控制，完成液压实验台的液压回路工作过程的控制，并且通过设置必要的保护环节保证电气系统的正常工作，达到系统工作的控制要求

2.3 液压试验台电气控制系统系统性能指标和系统组成：

(1)系统采用AC380V供电，电磁阀的电磁铁采用DC24V供电;

(2)能够实现对液压系统中定量泵电动机Ml、变量泵电动机M2分别进行起动、停止控制;

(3)能够实现液压电磁阀进行回路实验所需的阀位机能控制;

(4)能够实现对液压缸伸缩运动位置的行程信号采集;

(5)电气系统工作安全可靠。

该系统主要由以下几部分组成:

(1)电源部分:系统采用AC380V供电，该电源可直接为定量泵电动机M1、变量泵电动机M2供电，但由于系统中的电动机控制接触器KM1, KM2采用AC110V，液压电磁阀电磁铁YA1-YA8及电磁阀控制继电器KA11-KA18采用DC24V供电，因此设置一变压器将AC220V变压提供AC110V，经变压及整流提供两个DC24V电源，分别为液压电磁阀电磁铁和电磁阀控制继电器供电。

(2)定量泵电动机M1控制电路:使用按钮SB1, SB3通过对接触器KM1的通断电控制实现对定量泵电动机的起动、停止控制，并在其起动按钮SB1两端并联KM1常开触点提供自锁，保证泵电机起动后能够长期运行。

(3)变量泵电动机M2控制电路:使用按钮SB2, SB4通过对接触器KM2的通断电控制实现对变量泵电动机的起动、停止控制，并在其起动按钮SB2两端并联KM2常开触点提供自锁，保证泵电机起动后能够长期运行。

(4) DC24 V电源控制电路:为了使在液压系统没有调试完成时液压电磁阀的阀位机能保持常态，保证液压实验的正确进行，应使