第4期(总第161期)
2010年8月机械工程与自动化
M ECHA N ICAL  EN GI NEER IN G  &　AU T O M A T IO N N o.4A ug.
文章编号:1672-6413(2010)04-0149-03
液压缸试验台计算机控制系统的设计
张晓东，苏东海
(沈阳工业大学机械工程学院，辽宁　沈阳　110023)
摘要：为保证液压缸产品质量，设计了精度高、功能全面、操作方便的液压缸试验台。介绍了液压缸试验台计算机控制系统的设计、P L C 在液压缸试验台的应用以及计算机对模拟信号的采集与处理。关键词：液压缸；试验台;P L C ；控制系统
中图分类号:T P 273∶T H 137.51  　文献标识码:A
收稿日期:2009-11-06；修回日期:2010-02-24
作者简介：张晓东(1983-)，男，辽宁沈阳人，在读硕士研究生。
0　引言
液压缸是液压系统中的主要执行元件，其性能的优劣直接决定了整个液压系统的工作性能。液压缸的试验与检测成为保证液压系统正常工作的重要手段，而作为液压缸的测试装置，液压缸试验台对液压缸的质量起关键作用。由于传统液压缸试验台存在着精度不足、工作效率低等缺陷，因此，对其性能的精确检测和控制系统的智能化设计已成为当今液压缸试验台设计的主要目标。本液压缸试验台采用PLC 控制液压系统的动作过程，计算机通过数据采集卡对液压系统的模拟量进行控制、采集，运用VC ++编程实现人机操作界面、计算机与PLC 的串口通信等。该设计充分降低了系统的误差，全面提高了液压缸试验台的自动化程度。
1　液压缸试验台的结构和功能1.1　液压缸试验台的组成
本液压缸试验台主要由液压试验系统、电器控制系统和测量显示系统组成。
液压试验系统包括主试验液压系统和辅助试验液压系统。主试验液压系统主要由油泵电机组、油箱、支架、电机泵组底座、集成阀块、管路等组成。辅助试验液压系统主要由独立的油液旁路过滤系统、回油精细过滤系统、试验油缸气动集油装置及控制阀等组成。被试油缸完成试验后，通过气动排油将油缸内的液压油排到集油箱内，通过液位传感器控制，自动或手动将油过滤后排回主油箱。
电器控制系统主要由电气安装柜、控制按钮等组成。试验程序由PLC 控制，实现试验所要求的各项动
作和安全防护设置，以及自动换向、自动计数、保压
延时等功能。操作方式有调整、手动、自动3种方式。
测量显示系统主要由计算机、计算机接口、传感器及数据指示仪表、打印机、操作台等组成。首先，测量液压缸两腔的耐压试验压力、前腔的最低启动压力、试验流量、油液温度等数据；然后完成对试验数据的采集、处理及试验报告的打印和存储等。可实现自动测量，自动显示。
1.2　液压缸试验台的功能
液压缸试验台的检测项目包括：试运转、启动压力特性试验、耐压性试验、耐久性试验、内泄漏试验、外泄漏试验、缓冲试验、负载效率试验、行程检测。
液压系统采用了电液比例控制技术，包括电液比例流量变量泵、电液比例溢流阀，可对液压缸和液压回路的流量、压力进行实时控制，极大地提高了系统的控制精度。由于在试验过程中，油温的波动不得大于±2℃，故油温控制在50℃±2℃，系统采用PLC 通过2个开关量分别控制冷却器和加热器，用于液压缸的保温作用。当试验压力大于31.5M Pa 时，采用独立的高压油源(超高压泵)，并通过快换接头使被试缸与原系统脱离，由超高压泵单独供油，超高压泵的最高压力由溢流阀限定，对于大功率的高
压泵电动机，采用Y- 启动。在耐久性试验、耐压性试验中，对于对顶装置提出了非常严格的要求，必须保证两液压缸在运动中严格同心，不能出现偏载，若偏载则可能使两液压缸报废，造成不必要的损失，为此，设计了一个导轨液压缸安装架，由含有拉力传感器的导向块、液压缸平台等构成对顶装置，导向块在导轨中滑动。为
了保证其良好的摩擦性，导向块在导轨中的滑动部分采用锡青铜材料，而导轨则采用铸铁材料。2　计算机控制系统的设计2.1　计算机控制系统的通信
在计算机与PLC 通信时，为了避免通信中的各方争用通信线，一般采用主从方式，即计算机作为上位机，进行集中监控，完成可视化人机操作界面、图形显示、数据库、通信及联网等等;PLC 作为下位机，则循环地读入设备信号，并进行逻辑判断操作，输出控制信号控制设备运行。
本试验台利用PLC 厂商所提供的标准通信端口和由用户自定义的自由口通信方式来实现PLC 与计算机的通信。使用Visual C ++6.0提供的Activ eX 串口通信控件MSCom m 开发串口通信。整个通信由上位机触发开始，计算机通过COM 口发送指令到PLC
的PORT 0(或PORT1)口,PLC 通过RCV 接收指令，然后对指令进行译码，译码后调用相应的读/写子程序实现指令要求的操作，返回指令执行的状态信息。2.2　计算机对试验台的控制
上位机选用台湾研华公司生产的工控机IPC -610；下位机选用西门子S 7-200(CPU 226)，它提供24路开关量输入、16路开关量输出。本试验台有14路开关量输出和5路模拟量输出，由PLC 对试验台的开关量进行过程控制。由于PLC 模拟量扩展模块在模拟量控制与数据采集时存在响应速度慢、信号不稳定的问题，本控制系统选用台湾研华公司生产的数据采集卡PCI -1711对试验台模拟量进行控制及数据采集，从而提高了响应速度与信号的稳定性。计算机控制系统框图如图1
所示。
图1　计算机控制系统框图
  信号调理模块对传感器检测的信号进行信号调理，以改进测试质量和稳定性。信号调理模块包括信号放大、隔离、滤波、激励、线性化及多路转换与扩展等功能。
PLC 控制液压缸试验台上5个泵的启动和各个换向阀的换向，并对冷却器和加热器进行控制。上位机驱动板卡对电液比例变量泵、电液比例溢流阀等模拟量元件进行控制，压力传感器、温度传感器等的模拟量信号经信号调理模块调理后，由数据采集卡采集,
传回至上位机。
2.3　主要试验项目的控制
2.3.1　启动压力特性试验的控制
计算机通过数据采集卡控制电液比例溢流阀，使无杆腔压力逐渐升高，至液压缸的活塞杆刚刚启动时，由光感应开关检测发出开关量信号，压力传感器将测量的压力信号传给信号调理模块进行信号调理，再由数据采集卡采集，并传回计算机，计算机经过滑动平均滤波处理，将数据输出，即为最低启动压力。
・
150・　机械工程与自动化              　2010年第4期　
2.3.2　耐压性试验
在人机界面中设定压力值(液压缸工作压力的1.5倍)，并设定2min 耐压时间。计算机将2m in 传给PLC，接通延时定时器，通过数据采集卡控制电液比例溢流阀，使液压缸活塞运行到缸的一端，并逐渐升高腔内压力，直到采集回来的压力值与设定压力值相等，保持腔内压力，同时,PLC 接通延时定时器开始计时,2min 后接通延时定时器常开触点，发出信号，开始卸载，试验完成。2.3.3　耐久性试验
在人机界面中输入液压缸额定压力值、液压缸设计要求的最高速度，设定耐久性试验的时间为8h 。通过电液比例溢流阀控制液压缸的压力，使其稳定在额定压力。通过电液比例变量泵控制液压缸的运行速度，使其达到最高速度，由流量传感器测量的信号经信号调理、采集，传回计算机。计算机将流量信号处理，换算成速度值，再与输入的最高速度值进行比较，计算机根据差值控制电液比例变量泵。此闭环控制使速度误差控制在最高速度的±10%。PLC 通过光感应开关对液压缸活塞杆进行检测，实现自动换向和计数器计数，并将数据传回计算机。试验开始时，当液压缸达到额定压力时,PLC 定时器开始计时，计数器开始计数,8h 后试验结束,PLC 发出信号，液压系统卸载，计算机对数据进行处理，计算出累计行程，试验完成。2.3.4　内泄漏试验
在内泄漏试验中，由于液压缸内泄漏量相对较小，约为0.1L /min ～0.5L /min ，不宜采用容积式流量传
感器，可通过测量液流充满精确标定容积的时间定出该时间内的平均泄漏量。计时采用光点开关，可提高测量的精度。通过计算机设定好标定的容积，试验开始,PLC 定时器开始计时，当液压油充满标定容积时，光点开关发出信号，试验结束，计时器将数据传回计算机，计算机通过标定容积和计时时间算出内泄漏量。3　结论
本文主要介绍了液压缸试验台的结构功能、计算机控制系统的设计、计算机与PLC 的通信方法以及主要试验的控制方式。本液压缸试验台采用PLC 控制试验台的动作过程，模拟量由数据采集卡采集，使液压缸试验台的自动化程度得到较大提升，与传统液压缸试验台相比，不仅提高了工作效率，并且提高了试验台的精度和稳定性。
参考文献:
[1]　雷天觉.液压工程手册[M ].北京：机械工业出版社,1990.[2]　许贤良，王传礼.液压传动[M ].北京：国防工业出版社,
2006.
[3]　周韧研，商斌.V isual C ++串口通信开发入门与编程实践
[M ].北京：电子工业出版社,2009.
[4]　廖常初.S 7-200PL C 编程及应用[M ].北京：机械工业scraper
出版社,2008.
[5]　罗肖华.计算机数据采集系统的信号调理实现方法[J ].
山西电子技术,2002(2):22-23,44.
[6]　曾良才，陈奎生，湛从昌.高精度液压缸试验台[J ].工程
机械,1996(1):10-12.
Design of Computer Control System of Hydraulic Cylinder Test -bed
ZHANG Xiao -dong ,SU Dong -hai
(School of M echanical En gineering ,S henyang University of T ech nology ,Sh enyang 110023,China )
Abstract :T o ensur e the quality o f hy dr aulic cylinders ,a hig h -precision ,full -functio n hy dr aulic cy linder test -bed is desig ned .T his
paper intr oduces the desig n o f computer contr ol system o f the hydr aulic cy linder test -bed ,and t he applicatio n of P L C in the
hydraulic cylinder test -bed ,and the acquisitio n and pro cessing of analog signal .Key words :hy dr aulic cylinder ;test -bed ;PL C ;contr ol system
(上接第148页)
Reform Design of Control Circuit of Mud Scraper
in Water Purification Workshop
QIAO Dong -kai ,ZHAO Ke ,LI Duo -min
(College of M ech an ical and Electrical En gineering,M aoming University,M aoming 525000,Chin a)
Abstract :Due to system deficiencies ,the tra nsmissio n chain o f mud scra per in w ater purificatio n
w o rkshop in M ao ming Ethy lene Fa cto r y is o ften pulled o ff .T his paper presented a new contr ol cir cuit which impro ved the star t method by a inv erter a nd monito red the off -chain auto matically ,the reliability a nd stabilit y of the system w as g reat ly im pr ov ed .P ractice has pr ov ed that t he design fully
meet the predicted requir ement s .
Key words :mud scr aper ;contr ol cir cuit ;desig n
・
151・　2010年第4期              　机械工程与自动化　

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。