利用PLC灵活控制液压设备的运动

　　0 引言

　　为了让学生深刻理解液压系统的工作原理，同时充分掌握 PLC 强大的控制功能，我们成功研发了微型计算机、PLC、液压实验台机电一体化系统，利用计算机、PLC 灵活控制液压执行件运动。该研究不仅显著提高了教学效果，对多种机械运动及其控制系统的设计也有参考作用。

　　可编程控制器简称 PLC。它采用可以编制程序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，体积小，重量轻，价格便宜的特点[1 -2]。在钢铁、石油、化工、机械制造等各个行业，积极推广 PLC 具有很大技术价值和经济价值[3 -4]。

　　液压系统包括执行元件、控制元件等。前者主要有能实现直线往复运动的液压缸和能实现往复旋转运动的液压马达。液压系统通过各种阀等控制元件控制执行元件的运动[5 -6]。利用机械装置实现对液压执行件的控制比较复杂，而且传统的控制方案一般只对应一套顺序动作，要想改变动作顺序或实现其他动作比较困难。

　　下面介绍利用PLC 取代机械元件灵活控制液压执行件运动的技术方案。

　　1 液压实验台执行件运动方向与速度的换接

　　控制液压实验台执行件的运动方向与速度是必要的，因为实际工程中各种液压设备的执行件运动方向和速度有调整的要求。以切削加工为例，由液压系统执行元件驱动的切削工具，在接触工件之前应该作快速运动以节约时间，而在切削过程中，切削工具应该做慢速运动以保证加工质量，当切削完毕后，又应该快速退回，以减少空行程时间，提高生产效率。有时的控制更为复杂，比如，切削工具加工到终点位置时需要停留一下，以提高加工表面的光洁度，切削工具在未接触工件前的速度也需有所不同，即远离工件时速度大一些以节省时间，接近工件时速度小一些以减少冲击。切削加工以外的其他液压设备的动作也有多种多样的要求[7 -8]。因此控制液压实验台执行件的运动方向与速度具有普遍意义。

　　图1 是本研究液压实验台的液压系统图，图中符号根据实物的名称和位置确定。Z4、Z5 对应于一个三位四通电磁换向阀 2，Z4 通电，活塞向下运动，称之为“进”，Z5 通电，活塞向上运动，称之为“退”。SQ3、SQ4( 图 1 中件号分别是 8、10) 是行程开关，介于 SQ3、SQ4 之间有执行件 9，执行件与液压缸 6 内的活塞 7 相连，执行件运行到上端时与 SQ3 相碰，使Z4 通电，因此改变方向，变为向下运动，运行到下端时与 SQ4 相碰，然后变为向上运动。当流入液压缸内的液体增加时，活塞运动加快，当流入液压缸的液体减少时，活塞运动变慢。而液体流动通道数量增加或减少，即过流面积变化将影响流入液压缸液体的量。Z8 对应于一个二位阀 5，Z8 通电，二位阀的右位起作用，阀不能过油，运动变慢。Z8 断电，二位阀的左位起作用，阀能过油，运动变快[9 -10]。