S7-200 PLC在液压控制系统中的应用

    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、设备控制等多个方面得到了应用。在数控机床中，尤其在数控车床中，液压系统应用较多，起着非常重要的作用。液压系统的具体结构也相当复杂，在低压小功率的进给系统中，一般采用调速阀节流调速回路，如组合机床液压滑台系统、液压六角车床及液压多刀半自动车床等。    液压控制具有输出功率大、反应速度快、良好的操作性、控制性的优点。因此，液压控制系统广泛应用于要求控制准确、响应速度快和程序灵活的场合，如工业机器人、旋压机、带材纠偏控制、定容油压机、弯板机同步控制、振动试验机、飞行模拟器、恒功率控制等。    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。    本实例介绍PLC如何在液压传动系统中进行控制，并给出了具体的设计方案和程序代码，该系统可以对液压传动系统PLC的运行状态进行实时监控。    一、液压系统的工作原理    1．液压系统的组成    液压系统包括5部分，分别为动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种控制阀）。    (1)动力元件（油泵）。是将液体利用原动机的机械能转换成液压能的元件，这些元件为液压传动中的动力部分。    (2)执行元件（油缸或液压马达）。这些元件将液体的液压能转换成机械能，其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。    (3)控制元件（压力阀、流量阀和方向阀）。这些元件在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。    (4)辅助元件。辅助元件包括压力表、高压球阀、滤油器、快换接头、冷却器、蓄能装置、管件各种管接头（扩口式、焊接式、卡套式），它们在整个控制系统中同样占据着重要的位置。    (5)工作介质。包括各类液压传动中的液压油或乳化液，它的作用为通过油泵和液动机进行能量转换。    2．工作原理    目前，液压系统在多种机械设备上被广泛应用，其工作原理为：使用具有连续流动性的油液（即液压油），通过液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，经过多种控制阀如压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀等，将油液送至液压缸或液压马达的执行器中，再转换成机械动力去驱动负载，进行直线往复运动与回转运动，构成一个液压系统。    二、控制系统工艺流程分析    液压系统结构如图10-11所示。
    图10-11    液压控制系统结构示意图    1-油箱；2-滤油器；3-液压泵；4-压力表；5-溢流阀；6-电磁换向阀；7-液压缸    工作过程如下：液压缸固定不动，活塞与活塞杆连同带动工作台可以进行向左或向右的往复运动。电磁换向阀的左端电磁铁通电时，右端的电磁铁处于断电状态，将阀芯推向右端。    电动机带动液压泵旋转，通过液压泵内部密封胶容积进行变化，将油液从油箱中取出，通过滤油器滤出、油管吸入，电磁换向阀将液压缸的左腔压下，迫使液压缸左腔容积不断地增大，从而推动活塞及活塞杆连同工作台一起向右移动。液压缸左腔进行回油，经油管、电磁换向阀将油排回油箱。当换向阀左端电磁铁断电时，右端在通电状态，液压油便进入液压缸的右腔，推动活塞及活塞杆向左运动。    当上述两个过程交替进行时，工作台可以进行往复运动。当电磁换向阀的左右端电磁铁都断电时，磁芯在两端弹簧的作用下，处于中间位置。这时，液压缸的左腔、右腔、进油路及回油路之间均不相通，活塞及活塞杆连同工作台静止不动。由以上工作过程可知，电磁换向阀是控制油液流动方向的。    三、控制系统硬件设计    1．输入/输出信号分析    本系统的功能完成主要靠PLC内的程序来实现的，有些控制可以由上位机来干预。系统的输入信号有：系统快进或工进按钮1个（1时表示快进，0时表示工进），快退按钮1个，控制定量泵和变量泵卸荷的按钮1个，开启定量泵和变量泵电磁溢流阀的按钮1个，所以共需要4个输入端子。    输出信号有：控制电磁换向阀左、右位电磁铁的运动，各需1个输出端子，控制定量泵和变量泵的电磁溢流阀各需1个输出端子，所以共需要4个输出端子。    2．PLC的输入/输出分配    根据上述的液压PLC控制系统的输入/输出信号分析，可设计如表10 5所示的PLC输入/输出分配表。    表10-5    PLC的输入/输出分配表
    除了上述的PLC输入/输出分配表外，其他编程元件地址分配表如表10-6所示。    表10-6    其他编程元件地址分配表
    3．PLC选型    根据表10-5和表10-6所示的输入/输出地址分配情况，参考表2-1，本实例中PLC可选用西门子公司小型PLC系列S7-200中的CPU222作为控制主机。    4．PLC的硬件接线图    根据上述的输入/输出分配情况，可画出如图10-12所示的PLC硬件接线图。    四、程序设计    根据前述的控制工艺流程，可设计如图10-13所示的液压系统PLC控制程序。
    图10-12    PLC硬件接线图



    图10-13    PLC控制程序