用PLC变频调速技术对QCS003B液压实验台的改造

　　0 引言

　　秦川QCS003B液压实验台适用于各高等院校《液压传动》课程的教学实验,该实验台可进行节流调速、油泵性能、溢流阀静态和动态性能等多项实验,该实验台性能稳定,教学直观,在以往的教学实验中发挥了重大的作用。

　　由于广东工业大学院系的重新调整,实验设备由原来主要为机电一体化专业学生做实验转变为测控技术与仪器专业学生实验。为了适应新专业的需要,充分发挥旧设备的作用,作者应用PLC和变频技术结合,对秦川QCS003B液压实验台进行了改造,不仅改良了原有实验台的实验手段,且为新专业开设了综合性、设计性实验。

　　1 原液压调速系统简介

　　图1为秦川QCS003B液压教学实验台液压原理图,图中实际上是两个液压回路,即调速回路(以下简称缸1)和加载回路(以下简称缸2),阀3的1DT通电时,缸1向右伸展, 2DT通电时,缸1向左收缩。图示位置为常态位,液压缸静止,缸2的运动方向由3DT和4DT控制,p1的设定值由溢流阀2调节,p4的设定值由溢流阀9设定加载回路的压力。系统压力p1由溢流阀2调定,加载回路的压力p4由溢流阀9调定。

　　原节流调速回路如图1所示,缸1的运动速度为

　　式中: k为液阻系数,当节流阀结构一定且油温不变时,其值为常数;A为节流阀通流面积; F为系统运动元件的内摩擦阻力(图1中未画出)。

　　实验时,首先调定液压泵工作压力p1,再将节流阀的开口度A调定在大、中、小三个位置,随着加载回路的压力p4的增加,就可以作出三条特性曲线,如图2所示,此即为负载力相对应的液压缸速度的变化特性,称为负载特性。

　　2 基于PLC控制的变频液压实验台测控系统的设计

　　近年来变频调速技术以其高精度、高可靠性、高节能、多用途、价格优越等特点迅速地在电力拖动系统中获得应用,变频液压调速已经在塑料加工等工业场合开始应用。为使学生增加这方面的知识,根据油泵输出流量计算公式Q=n@q可知,改变电机转速n或改变油泵排量q均可以改变油泵的输出流量,我们利用变频器控制驱动油泵电机转速n,从而控制输出流量;同时为突出测控专业的专业特点,把原来通过秒表测时间、目测压力表、手动控制被试缸的原始操作方法,改为用PLC、FX-4AD功能模块、继电器、接近开关、光码盘、LED显示等较先进的测试设备,实现了对缸1的速度和缸2的压力同步实时测量和对被试缸电磁阀开关自动控制,并采用PLC对流程进行控制。其硬件框图如图3所示。

　　(1)手动开关S1~S8分别连接到PLC的输入端口X3、X21、X22、X23、X30、X31、X32、X33,其中S1开关为总启动开关, S2为暂停按键, S3为重置循环按键, S4为进入主控开关, S5为手动进油缸开关, S6为手动退油缸开关, S7为手控停止按键, S8为频率切换开关。