OMRON C28P PLC在液压实验台控制中的应用

    一、应用背景与需求    液压传动相对于机械传动来说是一门新技术，随着流体力学、自动控制、计算机等技术的不断发展，液压传动技术也发展成为包括传动、控制、检测技术在内的、机电一体化的一门完整的自动化技术，并且在工业生产、设备控制等各个方面都得到了应用。因此，采用液压传动的程度现在已成为衡量一个国家工业化水平的重要标志之一。    在传统上，液压传动的控制系统主要是由继电器等器件构成的。随着计算机技术的发展，计算机及自动控制技术在液压传动控制方面得到了广泛的应用，PLC在液压传动自动控制方面也有越来越多的应用。    在液压产品检测、系统试验与教学实验中，液压实验台有着广泛的用途。在液压元件性能及液压基本回路实验中，常采用的是可拆装式液压实验台，如QCS014液压实验台。该实验台在液压元件及管路上采用装拆式结构，可任意组合成多种液压回路，完成各类试验工作，并可在教学中培养学生的动手能力。    但是，传统的液压实验台控制系统采用的是在阀电磁铁、行程开关和继电器上用“矩阵版排程序”的步进器控制方式。这种方式灵活性差，难以完成复杂的控制关系，因此有必要对传统的液压回路实验台进行技术改造，或在新型实验台设计中采用新型的PLC控制系统，以取代老式的控制方式，提高系统的整体性能。    本例以典型的可拆装式液压实验台为例，论述了PLC在其中的应用问题，并给出了针对具体试验项目的PLC梯形图的设计实例。    二、实验台PLC控制系统设计与控制实例    1．控制系统的组成    在实验台控制系统设计中，以操作人员的指令信号和检测液压缸运动的反馈信号为PLC的输入，PLC输出的控制信号控制实验台中各个电磁阀的电磁铁，进而控制液压油路的流动方向，控制液压缸进行伸出与缩回运动。    以QCS014可拆装式液压实验台的控制为例，PLC控制系统的框图如图8.1所示。其中，控制器选用日本立石公司的OMRON C28P型PLC。它是专门用于开关量控制的小型PLC，共有28个开关量输入点和28个开关量输出点，有丰富的开关量控制指令，可以满足拆装式液压实验台的控制需要。
    图8.1    PLC控制系统框图    在实验台控制面板上设置控制各个电磁阀状态的控制按钮，控制按钮、各处的限位开关及压力继电器等开关量信号直接与PLC的输入端子相连接。PLC的开关量输出端子直接控制各个电磁阀，用PLC上所带的24V电源或外接24V电源驱动，采用手持式编程器进行编程和运行监控。    2．控制实例    PLC控制的液压实验台可以作为液压元件性能试验和液压回路试验的平台，在硬件组成及连接关系不变的情况下，可以根据实际控制要求，通过对PLC重新进行I/O定义和控制程序设计，完成不同的试验项目。    在液压实验台上进行的液压基本回路实验中，根据试验项目的不同，液压回路的复杂程度不同，PLC控制的难易程序也不同。下面以速度换接回路为例，来说明PLC在液压系统实验中控制程序的编写。    速度换接回路的液压原理图如图8.2所示，其动作循环如下。
    图8.2    液压系统原理图    · 当通电后，1ZT有电，液压缸实现快进。    · 当按下行程开关2XK时，3ZT有电，回油走调速阀1，实现一工进。    · 当按下行程开关3XK时，4ZT有电，回油走调速阀2，实现二工进。    · 当按下行程开关4XK时，1ZT断电，2ZT有电，油路反向，实现快退。    · 而当按下行程开关1XK时，5ZT有电，系统实现卸荷。    根据试验回路的动作循环情况，可以写出该液压回路电磁铁的动作顺序，如表8.1所示，表中用“+”表示电磁铁得电，空格表示失电。    表8.1    电磁铁动作顺序表
    根据试验回路的液压原理图和对动作过程的控制要求，将PLC的I/O点进行分配和定义，如表8.2所示。    表8.2    PLC的I/O定义表
    根据上述分析，可以编写出速度换接回路试验中的控制梯形图，如图8.3所示。
    图8.3    试验回路的控制梯形图    三、总结与评价    在可拆装式液压实验台中，用PLC控制系统来代替传统的控制方式，可以克服继电器接触器控制系统的可靠性差、控制不方便、响应慢等方面的不足，其优点体现在以下几个方面。    ·PLC控制为可编程控制，具有很好的柔性，当实验项目改变后，PLC控制的硬件设备可以不变，只需改变相应的应用程序即可。    ·PLC控制具有较高的可靠性，适应实验的环境。    ·PLC控制具有体积小、重量轻的特点，易于实现机、电、液一体化的控制装置。    ·PLC控制功能完善。除了一般的开头量、模拟量输入输出及控制功能外，还可以实现人机对话、记录和显示等功能，特别适用于可拆装式液压实验台的要求。    因此，在改造传统的液压实验台及新型液压实验台的设计中，PLC控制方式有重要的应用价值。另一方面，PLC控制的实验台在教学中也有广泛的应用，可以为学生在机、电、液知识的综合运用方面提供实验条件，有利于培养学生分析和解决问题的能力。