基于PLC的大型构件压力试验机电液伺服力控制系统设计

　　0　引言

　　大型构件压力试验机广泛应用在各种材料试验、建筑构件耐火试验设备等场合,其主要特点是要实现对超大工作力控制,目前国内最大加载载荷可以达到15 000 kN,如建筑构件耐火试验设备中对柱梁加载。这种超大力控制难度在于控制精度、稳定性方面要求高,一旦出现偏差,极易造成重大事故。为满足超大力控制,本文设计了电液比例溢流阀和带力反馈控制的流量伺服比例阀的电液伺服控制系统。

　　由于PLC控制成本低,控制能力强、体积小、抗干扰强等优点,特别是在系统中集成了PID运算指令供用户使用,只需一句指令即可执行,其结构简单,运算速度快。因此本文采用S7-200 PLC为控制核心,同时对控制系统硬件及软件设计方面做了详细介绍。

　　1　液压伺服控制系统工作原理

　　液压系统原理图如图1所示。为保证系统的控制精度与稳定性要求,系统由2个闭环控制回路组成:(1)泵源控制,保证系统压力的稳定。系统工作时,首先由比例溢流阀1控制泵恒压向系统供油,溢流阀2起到安全阀作用,当系统压力较低时,比例溢流阀根据压力反馈信号调节系统压力,此时比例溢流阀主控。(2)系统工作力控制回路。伺服比例阀3主控,实现对试验力的精确控制。此时比例溢流阀的作用是保持系统的工作压力稳定。

　　方向阀4的作用是快速卸压作用。当工作过程中遇到试件被压断或异常情况,由方向阀4快速卸荷,保证系统不受损害。

　　2　力控制系统PLC设计

　　液压控制系统控制和调节PID运算由PLC完成。PLC采用目前最流行的、性价比较高的S7-200系列中的CPU224。

　　S7-200系列PLC是西门子公司生产的具有高性价比的微型PLC,其结构小巧,运行速度高、价格低廉、功能多、用途广。S7-200系列中的CPU224/226具有32位浮点运算指令和内置PID调节运算指令及高速计数等特殊功能,非常适合电液伺服力控制系统。由于S7-200提供了PID运算指令,因此在使用时只需在PLC的内存中填写一张PID控制参数表,再执行命令PIDTable,Loop即可完成PID运算。

　　本项目选用S7-200系列型号为CPU224XP的双串口可编程控制器,模拟量输入模块选择EM231,输出模块选择EM232,可通过计算机和TD200文本显示器进行控制操作。

　　本系统的输入信号有电机启动按钮、停止按钮、系统压力传感器、负载力传感器、试验力设定、油箱温度传感器、控制电源状态等。输出器件包括:比例溢流阀、伺服比例阀、电磁换向阀、冷却电磁阀、电机控制继电器、指示灯、油箱加热、报警等。其输入/输出地址如表1所示。