基于PLC的比例控制液压加载系统

　　引言

　　电液比例控制技术能够实现对液压系统的压力、流量和运动状态等工作参数的连续、精确控制,而且具有抗污染能力强、可靠性高的优点,因此得到了较为广泛的应用。PLC具有逻辑控制功能强、编程方便、可靠性高的特点,同时还具有数学运算、模拟量处理、PID运算等功能。若将PLC与电液比例控制系统结合,则可以利用PLC的模拟量扩展模块进行数据采集和控制,还可以用软件编程方法对比例控制实施补偿,可以很好地改善系统性能,提高可靠性。因此,本文提出了“PLC+比例溢流阀+传感器”的数据采集与控制模式,并将其在井下工具综合模拟试验装置的拉压力加载控制中进行了应用。

　　1　系统组成

　　井下工具综合模拟试验装置的功能是实现井下工具的坐封(卡)、承压、解封(卡)功能试验;能提供试验所需的300 kN拉、压力和30MPa水压力;试验过程可采用自动或手动操作,安全可靠,效率高。模拟试验装置控制关系如图1所示。工控机作为上位机通过组态软件与PLC通讯实现控制; PLC作为下位机直接与主体设备和检测元件进行信号传输,实现相关的数据采集与控制。控制按钮可以通过PLC对装置试验进行手动控制。PLC及其扩展模块是试验装置的核心控制元。图1中双点划线内各部分组成拉压力液压加载控制系统。

　　井下工具综合模拟试验装置的拉压力加载控制液压系统原理如图2所示。液压传动控制系统主要元件包括变量泵、比例溢流阀、电磁换向阀、分流集流阀、液压缸等,测量元件主要有压力传感器1、拉压力传感器2等。

　　系统中,变量泵提供恒功率的流量和压力;系统工作压力由比例溢流阀控制,可以根据设定的拉压力连续调节;两个液压缸是输出拉压力的执行元件,伸出时提供系统拉力(正值),缩回时提供系统压力(负值);电磁换向阀控制液压缸的伸出和缩回方向;分流集流阀控制两个液压缸的同步动作。压力传感器和拉压力电磁换向阀控制液压缸的伸出和缩回方向;分流集流传感器检测工作参数,为精确控制加载值提供反馈信息。

　　2　比例控制加载原理

　　由于井下工具试验所需的系统拉压力较大,设计指标为300 kN。试验时,液压缸通过横梁、传感器、连接杆与井下工具刚性连接实现加载,而且需要精确控制加载力。如果通过电磁换向阀控制液压缸的伸缩来控制拉压力,很容易产生过载,而且系统输出力不稳定。如果在连接环节上增加弹性装置减少过载量,则受空间体积的限制,而且造价提高很多。为此提出比例溢流阀控制系统工作压力来间接控制拉压力的方案。

　　液压缸输出的拉、压力F与系统工作压力p成正比关系。调节工作压力p,可以等效于调节输出力F。比例溢流阀的输出压力p与比例电磁铁吸力Fd之间存在近似线性关系;比例电磁铁吸力Fd与输入电流I之间存在近似线性关系;输入电流I与输入电压u之间存在线性关系。因此只要精确给定控制电压,比例溢流阀就可以连续精确地调节系统工作压力p,从而间接精确地控制了液压缸输出的拉、压力。