基于PLC的高压密封试验台的电控系统的设计

张晞++刘新星++吴七力++赵志敏++李郑洋

摘要：随着技术的发展，在处理开关量上取代了传统控制装置以来，PLC增加了模拟量处理和运动控制等功能。本文以三菱的FX3U系列为例，讨论了高压密封试验台的PLC控制系统的设计方法。

关键词：高压密封试验台 可编程逻辑控制器（PLC） FX3U 接线图

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0011-02

0 引言

密封圈作为液压系统中必不可少的一部分，发挥着无可替代的作用，它可靠性的高低直接决定了整个液压系统能否正确、稳定的运行。研究表明，油液泄漏是威胁液压系统正常工作最主要的原因之一，而密封圈失效则是造成油液泄漏最主要的原因。所以，对密封圈泄露的研究有着重要的意义。

本实验台主要通过检测不同压强下，使用不同密封圈时液压缸内油液的温度、压力及密封圈与液压缸摩擦力等数据的变化，来检测密封圈的寿命，压强最高可达150MPa，使检验的结果更加有实际意义。为更准确的检验出影响密封圈寿命的因素，试验台采用了由驱动缸带动试验缸进行往复运动，使试验缸内油液的压力更加简单，尽量排出油液内部压力变化的干扰。

本实验台采用以可编程逻辑控制器为核心的电控系统，最终实现试验台架的升降和驱动缸驱动的控制以及所需传感器数据的采集。

1 PLC控制驱动缸台架升降

为实现对不同缸径的实验缸均可进行同心及定量偏心加载，试验台需可对驱动缸进行定量的上下调整。本实验台采用步进电机带动丝杠运动，每给一个脉冲，步进电机便旋转一个步矩角，在丝杠螺距已知的情况下，通过调整PLC发出脉冲的频率及脉冲数，来调整驱动缸台架上下移动的速度及位移（如图1所示）。

接线完成后，若步进电机转动方向与要求相反，只需将A+、A-或B+、B-中的一对反接即可。

FX3U-64MT的脉冲输出程序如上图，PLSY为脉冲输出指令，K1000指脉冲产生的频率为1000Hz，K30000指输出30000个脉冲后自动停止，若位K0时，脉冲将持续产生，Y000指脉冲额输出端口。需要注意的是，步进电机只能在低速时直接启动，若步进电机需要进行高速旋转，则应该有一个加速启动的的过程，同时停止时也应该有一个减速的过程，此时K1000可用斜坡信号产生的数据寄存器代替，如下图所示：

预先将数据存入D2、D3中，通过斜坡指令RAMP使D1中的数据由D2变为D3，变化时间为1000个扫描周期，如果要使加速时间可控，可通过修改特殊寄存器D8039中的数据来恒定PLC的扫描周期。减速停止时只需将D2、D3交换即可。

2 PLC控制驱动缸往复运动

驱动缸动力源由液压泵站提供，通过活塞杆感应接近开关的位置向PLC传输信号，控制三位四通电磁换向阀改变驱动缸的运动方向，最终实现试验缸的往复运动。

若电磁换向阀所需驱动电流较大，应该在PLC与电磁换向阀之间接中间继电器，以防烧毁PLC触点。

FX3U-64MT型号的PLC设有S/S端，当需要漏型输入时，短接24V与S/S端，X端与0V形成控制；当需要源型输入时，短接0V与S/S端，X端与24V形成控制回路。以本实验台为例，选用的是NPN型接近开关，接线如图2所示。

3 传感器数据采集

由于PLC本质上仍然是一种工业控制计算机，只能够处理数字量信息，因此无法直接处理像温度等连续变化的模拟量信息，因此必须通过外设硬件进行处理，将模拟量转化成数字量，然后进入PLC进行处理。

根据需要所借的传感器的个数，最终选用FX3U-4AD特殊功能模块，该模块可同时接收四个模拟量输入，可识别多种电流、电压信号，并且可以通过数字滤波设定，读取稳定的A/D转换值。该模块的接线如图3所示。

使用电流输入时，必须连接U+和I+端子。如果外部接线中有电气干扰，可以接一个平滑电容器，同时应该使用屏蔽电缆，并且要有良好的接地。

模块的写入及读取程序如上图所示，FMOVP为多点传送指令，BMOVP为呈批传送指令，U0指与可编程控制器连接的第一个特殊功能模块，G2/G10指该模块的缓冲存储器，K4指传送的个数，D5为写入的第一个数据寄存器。

4 高压实验台的工作流程

高压实验台的工作流程如图4所示，开始时，高压实验台通电，通过PLC控制步进电机调整驱动缸台架的高度，当驱动缸与试验钢对齐后，停止步进电机的运转，启动泵站上的三相异步电机，带动液压泵运动，通过电磁换向阀实现驱动缸的往复运动，进而带动试验缸运动，直到往复次数达到计数器的要求，实验完成后，高压试验台断电，全部按键复位。在实验过程中，完成对传感器数据的采集及保存。

5 结语

高压密封试验台采用可编程逻辑控制器控制后，控制系统更加简单可靠，接线及维护更加方便，通过数模转换模块，可同时采集多个传感器的数据，可以形成各个传感器的历史数据报表，由于可编程逻辑控制器的使用，实现了试验台架升降和驱动缸驱动的精确控制，达到了所需的要求。

参考文献：

[1]韩志强，刘晓婷.步进电机PLC控制的研究设计[J].轻工机械，2006，24（4）：114-115.

[2]初航，史进波.三菱FX系列PLC编程及应用[M].北京：电子工业出版社，2014.

[3]Xi Zhang，Dalong Wang.Design of lifting system in seals of the hydraulic support eccentric loading test bench based on PLC and stepper motor[J].Engineering Solutions for Manufacturing Processes Ⅳ 2014：902-905.

[4]三菱电机自动化（中国）有限公司.FX3U系列微型可编程控制器 用户手册[硬件篇][Z].上海：三菱电机自动化（中国）有限公司.

[5]三菱电机自动化（中国）有限公司.FX3G·FX3U·FX3UC系列微型可编程控制器用户手册（模拟量控制篇）[Z].上海：三菱电机自动化（中国）有限公司.

摘要：随着技术的发展，在处理开关量上取代了传统控制装置以来，PLC增加了模拟量处理和运动控制等功能。本文以三菱的FX3U系列为例，讨论了高压密封试验台的PLC控制系统的设计方法。

关键词：高压密封试验台 可编程逻辑控制器（PLC） FX3U 接线图

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0011-02

0 引言

密封圈作为液压系统中必不可少的一部分，发挥着无可替代的作用，它可靠性的高低直接决定了整个液压系统能否正确、稳定的运行。研究表明，油液泄漏是威胁液压系统正常工作最主要的原因之一，而密封圈失效则是造成油液泄漏最主要的原因。所以，对密封圈泄露的研究有着重要的意义。

本实验台主要通过检测不同压强下，使用不同密封圈时液压缸内油液的温度、压力及密封圈与液压缸摩擦力等数据的变化，来检测密封圈的寿命，压强最高可达150MPa，使检验的结果更加有实际意义。为更准确的检验出影响密封圈寿命的因素，试验台采用了由驱动缸带动试验缸进行往复运动，使试验缸内油液的压力更加简单，尽量排出油液内部压力变化的干扰。

本实验台采用以可编程逻辑控制器为核心的电控系统，最终实现试验台架的升降和驱动缸驱动的控制以及所需传感器数据的采集。

1 PLC控制驱动缸台架升降

为实现对不同缸径的实验缸均可进行同心及定量偏心加载，试验台需可对驱动缸进行定量的上下调整。本实验台采用步进电机带动丝杠运动，每给一个脉冲，步进电机便旋转一个步矩角，在丝杠螺距已知的情况下，通过调整PLC发出脉冲的频率及脉冲数，来调整驱动缸台架上下移动的速度及位移（如图1所示）。

接线完成后，若步进电机转动方向与要求相反，只需将A+、A-或B+、B-中的一对反接即可。

FX3U-64MT的脉冲输出程序如上图，PLSY为脉冲输出指令，K1000指脉冲产生的频率为1000Hz，K30000指输出30000个脉冲后自动停止，若位K0时，脉冲将持续产生，Y000指脉冲额输出端口。需要注意的是，步进电机只能在低速时直接启动，若步进电机需要进行高速旋转，则应该有一个加速启动的的过程，同时停止时也应该有一个减速的过程，此时K1000可用斜坡信号产生的数据寄存器代替，如下图所示：

预先将数据存入D2、D3中，通过斜坡指令RAMP使D1中的数据由D2变为D3，变化时间为1000个扫描周期，如果要使加速时间可控，可通过修改特殊寄存器D8039中的数据来恒定PLC的扫描周期。减速停止时只需将D2、D3交换即可。

2 PLC控制驱动缸往复运动

驱动缸动力源由液压泵站提供，通过活塞杆感应接近开关的位置向PLC传输信号，控制三位四通电磁换向阀改变驱动缸的运动方向，最终实现试验缸的往复运动。

若电磁换向阀所需驱动电流较大，应该在PLC与电磁换向阀之间接中间继电器，以防烧毁PLC触点。

FX3U-64MT型号的PLC设有S/S端，当需要漏型输入时，短接24V与S/S端，X端与0V形成控制；当需要源型输入时，短接0V与S/S端，X端与24V形成控制回路。以本实验台为例，选用的是NPN型接近开关，接线如图2所示。

3 传感器数据采集

由于PLC本质上仍然是一种工业控制计算机，只能够处理数字量信息，因此无法直接处理像温度等连续变化的模拟量信息，因此必须通过外设硬件进行处理，将模拟量转化成数字量，然后进入PLC进行处理。

根据需要所借的传感器的个数，最终选用FX3U-4AD特殊功能模块，该模块可同时接收四个模拟量输入，可识别多种电流、电压信号，并且可以通过数字滤波设定，读取稳定的A/D转换值。该模块的接线如图3所示。

使用电流输入时，必须连接U+和I+端子。如果外部接线中有电气干扰，可以接一个平滑电容器，同时应该使用屏蔽电缆，并且要有良好的接地。

模块的写入及读取程序如上图所示，FMOVP为多点传送指令，BMOVP为呈批传送指令，U0指与可编程控制器连接的第一个特殊功能模块，G2/G10指该模块的缓冲存储器，K4指传送的个数，D5为写入的第一个数据寄存器。

4 高压实验台的工作流程

高压实验台的工作流程如图4所示，开始时，高压实验台通电，通过PLC控制步进电机调整驱动缸台架的高度，当驱动缸与试验钢对齐后，停止步进电机的运转，启动泵站上的三相异步电机，带动液压泵运动，通过电磁换向阀实现驱动缸的往复运动，进而带动试验缸运动，直到往复次数达到计数器的要求，实验完成后，高压试验台断电，全部按键复位。在实验过程中，完成对传感器数据的采集及保存。

5 结语

高压密封试验台采用可编程逻辑控制器控制后，控制系统更加简单可靠，接线及维护更加方便，通过数模转换模块，可同时采集多个传感器的数据，可以形成各个传感器的历史数据报表，由于可编程逻辑控制器的使用，实现了试验台架升降和驱动缸驱动的精确控制，达到了所需的要求。

参考文献：

[1]韩志强，刘晓婷.步进电机PLC控制的研究设计[J].轻工机械，2006，24（4）：114-115.

[2]初航，史进波.三菱FX系列PLC编程及应用[M].北京：电子工业出版社，2014.

[3]Xi Zhang，Dalong Wang.Design of lifting system in seals of the hydraulic support eccentric loading test bench based on PLC and stepper motor[J].Engineering Solutions for Manufacturing Processes Ⅳ 2014：902-905.

[4]三菱电机自动化（中国）有限公司.FX3U系列微型可编程控制器 用户手册[硬件篇][Z].上海：三菱电机自动化（中国）有限公司.

[5]三菱电机自动化（中国）有限公司.FX3G·FX3U·FX3UC系列微型可编程控制器用户手册（模拟量控制篇）[Z].上海：三菱电机自动化（中国）有限公司.

摘要：随着技术的发展，在处理开关量上取代了传统控制装置以来，PLC增加了模拟量处理和运动控制等功能。本文以三菱的FX3U系列为例，讨论了高压密封试验台的PLC控制系统的设计方法。

关键词：高压密封试验台 可编程逻辑控制器（PLC） FX3U 接线图

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0011-02

0 引言

密封圈作为液压系统中必不可少的一部分，发挥着无可替代的作用，它可靠性的高低直接决定了整个液压系统能否正确、稳定的运行。研究表明，油液泄漏是威胁液压系统正常工作最主要的原因之一，而密封圈失效则是造成油液泄漏最主要的原因。所以，对密封圈泄露的研究有着重要的意义。

本实验台主要通过检测不同压强下，使用不同密封圈时液压缸内油液的温度、压力及密封圈与液压缸摩擦力等数据的变化，来检测密封圈的寿命，压强最高可达150MPa，使检验的结果更加有实际意义。为更准确的检验出影响密封圈寿命的因素，试验台采用了由驱动缸带动试验缸进行往复运动，使试验缸内油液的压力更加简单，尽量排出油液内部压力变化的干扰。

本实验台采用以可编程逻辑控制器为核心的电控系统，最终实现试验台架的升降和驱动缸驱动的控制以及所需传感器数据的采集。

1 PLC控制驱动缸台架升降

为实现对不同缸径的实验缸均可进行同心及定量偏心加载，试验台需可对驱动缸进行定量的上下调整。本实验台采用步进电机带动丝杠运动，每给一个脉冲，步进电机便旋转一个步矩角，在丝杠螺距已知的情况下，通过调整PLC发出脉冲的频率及脉冲数，来调整驱动缸台架上下移动的速度及位移（如图1所示）。

接线完成后，若步进电机转动方向与要求相反，只需将A+、A-或B+、B-中的一对反接即可。

FX3U-64MT的脉冲输出程序如上图，PLSY为脉冲输出指令，K1000指脉冲产生的频率为1000Hz，K30000指输出30000个脉冲后自动停止，若位K0时，脉冲将持续产生，Y000指脉冲额输出端口。需要注意的是，步进电机只能在低速时直接启动，若步进电机需要进行高速旋转，则应该有一个加速启动的的过程，同时停止时也应该有一个减速的过程，此时K1000可用斜坡信号产生的数据寄存器代替，如下图所示：

预先将数据存入D2、D3中，通过斜坡指令RAMP使D1中的数据由D2变为D3，变化时间为1000个扫描周期，如果要使加速时间可控，可通过修改特殊寄存器D8039中的数据来恒定PLC的扫描周期。减速停止时只需将D2、D3交换即可。

2 PLC控制驱动缸往复运动

驱动缸动力源由液压泵站提供，通过活塞杆感应接近开关的位置向PLC传输信号，控制三位四通电磁换向阀改变驱动缸的运动方向，最终实现试验缸的往复运动。

若电磁换向阀所需驱动电流较大，应该在PLC与电磁换向阀之间接中间继电器，以防烧毁PLC触点。

FX3U-64MT型号的PLC设有S/S端，当需要漏型输入时，短接24V与S/S端，X端与0V形成控制；当需要源型输入时，短接0V与S/S端，X端与24V形成控制回路。以本实验台为例，选用的是NPN型接近开关，接线如图2所示。

3 传感器数据采集

由于PLC本质上仍然是一种工业控制计算机，只能够处理数字量信息，因此无法直接处理像温度等连续变化的模拟量信息，因此必须通过外设硬件进行处理，将模拟量转化成数字量，然后进入PLC进行处理。

根据需要所借的传感器的个数，最终选用FX3U-4AD特殊功能模块，该模块可同时接收四个模拟量输入，可识别多种电流、电压信号，并且可以通过数字滤波设定，读取稳定的A/D转换值。该模块的接线如图3所示。

使用电流输入时，必须连接U+和I+端子。如果外部接线中有电气干扰，可以接一个平滑电容器，同时应该使用屏蔽电缆，并且要有良好的接地。

模块的写入及读取程序如上图所示，FMOVP为多点传送指令，BMOVP为呈批传送指令，U0指与可编程控制器连接的第一个特殊功能模块，G2/G10指该模块的缓冲存储器，K4指传送的个数，D5为写入的第一个数据寄存器。

4 高压实验台的工作流程

高压实验台的工作流程如图4所示，开始时，高压实验台通电，通过PLC控制步进电机调整驱动缸台架的高度，当驱动缸与试验钢对齐后，停止步进电机的运转，启动泵站上的三相异步电机，带动液压泵运动，通过电磁换向阀实现驱动缸的往复运动，进而带动试验缸运动，直到往复次数达到计数器的要求，实验完成后，高压试验台断电，全部按键复位。在实验过程中，完成对传感器数据的采集及保存。

5 结语

高压密封试验台采用可编程逻辑控制器控制后，控制系统更加简单可靠，接线及维护更加方便，通过数模转换模块，可同时采集多个传感器的数据，可以形成各个传感器的历史数据报表，由于可编程逻辑控制器的使用，实现了试验台架升降和驱动缸驱动的精确控制，达到了所需的要求。

参考文献：

[1]韩志强，刘晓婷.步进电机PLC控制的研究设计[J].轻工机械，2006，24（4）：114-115.

[2]初航，史进波.三菱FX系列PLC编程及应用[M].北京：电子工业出版社，2014.

[3]Xi Zhang，Dalong Wang.Design of lifting system in seals of the hydraulic support eccentric loading test bench based on PLC and stepper motor[J].Engineering Solutions for Manufacturing Processes Ⅳ 2014：902-905.

[4]三菱电机自动化（中国）有限公司.FX3U系列微型可编程控制器 用户手册[硬件篇][Z].上海：三菱电机自动化（中国）有限公司.

[5]三菱电机自动化（中国）有限公司.FX3G·FX3U·FX3UC系列微型可编程控制器用户手册（模拟量控制篇）[Z].上海：三菱电机自动化（中国）有限公司.