PLC在液压挖掘机中的节能应用

　　引言

　　液压挖掘机由于其工作状况复杂，能量损失巨大，节能技术研究一直是现代液压挖掘机技术发展的热点和方向。

　　本文针对液压挖掘机的能量损失问题，利用PLC控制器本身的兼容性、可靠性、实施性，结合液压挖掘机的技术特点，提出以基于PLC控制器的液压挖掘机电控节能系统。

　　1 节能原理

　　液压挖掘机的动力系统多采用发动机驱动、液压传动的形式，因此发动机与液压泵的功率匹配恰当与否决定着系统能量利用率的高低及系统工作的平稳性。

　　针对常规液压泵与发动机匹配时存在发动机功率不能充分利用的问题，对于节能控制系统，在进行发动机与电控液压泵的功率匹配时，将电控液压泵的功率曲线设定在发动机的功率曲线之上，如图1所示，图中折线为电控液压泵的功率曲线，下面的曲线为发动机的功率曲线，通过控制发动机的油门和检测发动机的转速，控制器发出控制电流，通过电液比例减压阀调节泵的排量，泵的功率输出始终在阴影区内变化，使泵始终在不低于发动机功率的状态下工作，因而可以完全吸收发动机的功率，从而达到节能的目的。

　　图1 电控泵与发动机的功率匹配曲线

　　2 控制系统设计

　　2．1 总体设计

　　本节能控制系统基于PLC控制器，对挖掘机各重要部件，如发动机、变量泵、马达和各种控制阀进行控制，提高可靠性和精度。实现液压系统与负载、发动机与变量泵系统的最佳综合控制，使发动机的功率输出更加合理，降低液压挖掘机的燃油消耗和提高劳动生产率。在控制系统中，用电液比例泵代替普通恒功率泵，用油门执行器来控制发动机的油门位置，将作业工况分为3种功率模式，PLC控制器用来完成参数的采集、运算、决策、控制信号的输出等。

　　控制系统硬件构成如图2所示，PLC控制器通过I／O模块、各总线协议接入外部输人信号(包括开关、传感器、电磁阀等)，通过本身处理单元对数据进行分析处理，并经由输出接口将控制信号输出至执行机构(包括发动机，液压泵等)。

　　图2 电控系统结构图

　　由图2可知，本控制系统不仅能对控制信号数据进行采集、输出，同时可将信号传至上位机、图形监控系统等。真正实现了三电一体化(PLC将电控(逻辑控制)、电仪(过程控制)和电结(运动控制)这三电集于一体)。可对控制器、驱动器，VO设备、智能仪表、传感器等进行控制。

　　2．2 信号处理

　　图3所示为本系统的信号处理系统图，其主要功能是：① 对各输入设备的信号进行采样；② 进行模／数，数／模转换；③ 中央处理单元对数据进行处理；④ 利用输出接口产生控制信号，传输至各控制设备；⑤ 与上位机设备进行数据交换。