基于PLC的两侧缸位置同步控制系统设计

刘丽贞

(沧州师范学院 机械与电气工程学院，河北 沧州 061001)

随着科学技术的日益进步，先进制造业不断朝着环保高效、节能减材的方向发展，在此背景下内高压成形技术应运而生，并在汽车、机械、航天等领域得到了广泛的发展[1].其中，两侧缸位置同步控制是内高压成形过程中的重要环节，因此搭建模拟试验平台，并设计一套高精度的控制系统，具有重要的现实意义.

1　模拟平台液压系统设计

图1　模拟负载设计图

两侧缸位置同步控制模拟试验平台主要由液压源系统、模拟负载、检测反馈系统组成[2].

(1)液压源系统：液压源由液压泵和比例阀组成，液压泵由4KW电机提供压力.

(2)模拟负载：本试验平台采用弹簧和滑块作为模拟负载，弹簧的最大压缩量为60mm，两侧液压缸推动弹簧负载，实现压力和位移的输出，图1所示为模拟负载设计图.

图2　模拟试验平台液压原理图

(3)检测反馈系统：压力变送器、力变送器和位移传感器，其中，压力变送器量程为0-31.5MPa，力变送器量程为0-1T，位移传感器量程为200mm，都为电流输出.

根据控制要求搭建两侧缸位置同步控制模拟试验平台，其液压原理图见图2.

2　控制系统硬件设计

采用S7-300PLC作为主控制器进行电气控制系统设计.

2.1　主回路

模拟试验平台控制系统主回路中有2个4KW电机分别带动2个液压泵，接触器控制电机的启停，热继电器起过载保护作用.

2.2　控制回路

模拟试验平台控制系统的控制电源回路，主要是为控制系统中的柜内照明灯、PLC、指示灯、电磁阀、接触器、继电器、比例阀放大板等提供电源.

2.3　PLC接口电路

(1)数字量输入电路：主要连接手动/自动选择钥匙开关，电机启停控制按钮，两侧缸前进、后退按钮，复位、自动开始、急停等按钮，以及空开诊断等，共21点输入，采用两个16点数字量输入模块.

(2)数字量输出电路：主要连接指示灯和继电器.指示灯为系统状态指示，包括电机启停指示、两侧缸前进后退及极限指示，急停、报警、复位、自动开始等指示；继电器包括电机控制继电器，电磁溢流阀和二位二通电磁换向阀通断控制继电器，共19点输出，采用两个16点数字量输出模块.

图3　控制系统程序流程图

(3)模拟量输入电路：主要连接两个力变送器，五个压力变送器，两个位移传感器，共9点输入，采用两个8点模拟量输入模块.

(4)模拟量输出电路：主要连接控制比例溢流阀和比例换向阀的放大板，共3点输出，采用一个4点模拟量输出模块[3].

3　控制系统软件设计

3.1　下位机STEP 7编程

在STEP 7软件中进行下位机编程，采用模块化程序设计，主要完成空开自检、电机启停控制、系统报警、模拟信号检测、系统复位、手动/自动控制、单侧缸位置PID控制、两侧缸位置同步PID控制等功能，程序流程图如图3所示.

3.2　WinCC监控界面

在WinCC软件中进行监控界面的设计，主要包括工作状态界面、系统报警界面、手动界面、曲线界面、参数给定界面等.如下图4所示为工作状态界面，当系统运行时，可以直观了解系统的工作状态，同时能显示左右两缸各自有杆腔和无杆腔的压力值，两缸对顶时力的大小，以及左右两缸的位移值等.

图4　工作状态界面

4　结论

本文搭建了两侧缸位置同步控制模拟试验平台，并完成了基于S7-300PLC的模拟试验平台电气控制系统设计.试验结果表明，两侧缸位置同步控制精度高，能够满足系统的控制要求，为深入研究内高压成形机两侧缸位置同步控制问题提供了试验依据.

参考文献：

[1]苑世剑，王仲仁.内高压成形的应用进展[J].中国机械工程，2002，12(3):113-116.

[2]牟晓勇.基于气液增压的内高压成形设备控制系统的分析与设计[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学，2010.

[3]刘丽贞.内高压成形机两侧缸位置同步控制试验研究[D].秦皇岛:燕山大学，2015.