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機(jī)電一體化的重要內(nèi)容包括液壓傳動(dòng)技術(shù)，而液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)則是為了研究、生產(chǎn)和開發(fā)液壓元件以及液壓系統(tǒng)的重要實(shí)驗(yàn)設(shè)備。在以往從事液壓實(shí)驗(yàn)的液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)備組成固定不變，且控制方式簡單*，自動(dòng)化程度低、不具備可擴(kuò)展性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 也隨著液壓傳動(dòng)技術(shù)研究和生產(chǎn)的不斷深入，對液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)備要求越來越高。因此，急需開發(fā)一套自動(dòng)化程度高、控制穩(wěn)定可靠，并且可擴(kuò)展， 具有機(jī)電液一體化功能的電氣控制系統(tǒng)。
液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)包括電氣控制柜和液壓運(yùn)行裝置2個(gè)部分，電氣控制柜采用的是對繼電器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，由于繼電器的使用壽命短、控制不準(zhǔn)確等缺陷，隨著液壓系統(tǒng)研究和應(yīng)用的更加深入，目前這種采用繼電器實(shí)現(xiàn)的電氣控制柜已經(jīng)越來越不能滿足液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的實(shí)驗(yàn)要求。因此，本文提出了一種應(yīng)用于液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的基于PLC的電氣控制系統(tǒng)。
1、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
可編程邏輯控制器（PLC）是一種執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，主要應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，它以微處理器為核心，結(jié)合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)以及通信技術(shù)于一體， 因?yàn)镻LC具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、功能強(qiáng)大、程序簡單、靈活通用和維護(hù)方便等特點(diǎn)，而使得PLC 成為目前工業(yè)自動(dòng)化過程控制中應(yīng)用的控制器之一。
以PLC為核心的自動(dòng)化控制系統(tǒng)從根本上取代了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理是通過接線來實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制邏輯的，而PLC 控制系統(tǒng)的控制邏輯全部體現(xiàn)在程序中，通過程序語言來描述控制原理和控制過程， 結(jié)合PLC的數(shù)字量或者模擬量輸入，從而改變PLC的輸出量。
（1）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
如圖1所示，控制系統(tǒng)由上位機(jī)、計(jì)算機(jī)和下位機(jī)、PLC組成。由計(jì)算機(jī)對壓力、位移等試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、顯示等。實(shí)驗(yàn)過程中，計(jì)算機(jī)還可以根據(jù)設(shè)定值以及傳感器的反饋值，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)對實(shí)驗(yàn)臺(tái)的監(jiān)測、跟蹤和控制。
圖1 控制系統(tǒng)總體框圖
（2）PLC控制系統(tǒng)組成
PLC控制系統(tǒng)組成如圖2 所示， 壓力傳感器測得的壓力數(shù)據(jù)首先經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換， 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量然后發(fā)送給PLC； 液壓油缸的位移也同樣經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換之后發(fā)送到PLC；同時(shí)PLC還能采集到接近開關(guān)的狀態(tài)量。PLC 能夠輸出控制量，由于PLC輸出的控制量是數(shù)字量，所以需要先進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換，然后去控制電磁換向閥。
圖2 PLC 控制系統(tǒng)組成
（3）液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
采用組態(tài)軟件WinCC 作為上位機(jī)軟件的開發(fā)平臺(tái)，上位機(jī)軟件主要用來實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話。軟件的結(jié)構(gòu)如圖3所示。上位機(jī)軟件主要包括以下幾個(gè)內(nèi)容。
圖3 上位機(jī)軟件組成框圖
①按鈕部分上位機(jī)軟件有一些按鈕，用于對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作，包括水泵的啟停等；②總覽部分總覽部分對整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)有個(gè)大致的介紹和描述，便于工作人員了解；③界面部分上位機(jī)軟件的界面包括用戶管理界面、監(jiān)控界面、報(bào)警界面、趨勢界面、歸檔界面以及報(bào)表打印界面等內(nèi)容。用戶管理界面幫助用戶對輸入輸出端口進(jìn)行設(shè)置管理以及對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置等； 監(jiān)控界面包括一些實(shí)驗(yàn)臺(tái)的視頻信號(hào)等；趨勢界面用于顯示傳感器連續(xù)輸出，便于工作人員了解參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化過程。
2、報(bào)警與故障顯示
系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了超限報(bào)警功能，當(dāng)某個(gè)傳感器的測量數(shù)據(jù)超出了限制的范圍，系統(tǒng)則會(huì)通過PLC輸出一個(gè)控制信號(hào)， 控制報(bào)警器（本文為蜂鳴器報(bào)警），提醒工作人員有故障發(fā)生。系統(tǒng)還能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)測實(shí)驗(yàn)臺(tái)現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和當(dāng)前位移狀況、壓力大小以及油路的運(yùn)行狀態(tài)等。控制系統(tǒng)還具有簡單的自診斷能力， 確保整個(gè)系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。故障顯示如圖4 所示。
圖4 系統(tǒng)故障顯示
實(shí)踐證明，本文設(shè)計(jì)的液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，硬件的選擇恰到好處，軟件的設(shè)計(jì)也能滿足要求、可操作性強(qiáng)、功能強(qiáng)大，檢測到的現(xiàn)場傳感器數(shù)據(jù)與實(shí)際吻合，對電機(jī)、繼電器等的控制也準(zhǔn)確及時(shí)，整個(gè)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，監(jiān)控效果很好。本文的這種模塊化設(shè)計(jì)還具有易于擴(kuò)展、系統(tǒng)維護(hù)方便等特點(diǎn)，對于后續(xù)的系統(tǒng)改造鋪下了良好的基礎(chǔ)。
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