1、前言

液壓傳動(dòng)課程是機(jī)電專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，實(shí)用性非常強(qiáng)。授課由理論、液壓元件、液壓回路3部分組成，而液壓系統(tǒng)的回路設(shè)計(jì)非常靈活和重要。

傳統(tǒng)教學(xué)利用繼電器組控制回路已經(jīng)不能滿足教學(xué)需要，本文利用PLC技術(shù)將液壓技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，培養(yǎng)了學(xué)生研究能力和創(chuàng)新能力。由于PLC(可編程序控制器)具有抗干擾性強(qiáng), 運(yùn)行可靠的優(yōu)點(diǎn)因而在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。利用PLC控制技術(shù)可以完成液壓回路實(shí)驗(yàn)中任何回路控制實(shí)驗(yàn)，如節(jié)流回路、調(diào)壓回路、減壓回路、順序回路（電氣控制、行程控制）、差動(dòng)回路和綜合回路。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)不僅能夠掌握液壓系統(tǒng)原理，也能掌握PLC可編程序控制的功能，控制原理及編程技巧。

2、液壓回路實(shí)驗(yàn)臺(tái)裝置

為了直觀形象地了解液壓元器件的結(jié)構(gòu)原理，清晰明地觀察液壓傳動(dòng)油路的工作過程狀況，實(shí)驗(yàn)裝置的所有液壓元件均采用透明有機(jī)玻璃外殼，可以清晰直觀地了解和觀察到所有液壓元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理及液壓傳動(dòng)油路的工作過程。利用該系統(tǒng)既可對(duì)單個(gè)液壓元件的結(jié)構(gòu)、工作原理及性能進(jìn)行教學(xué)，還可以對(duì)常見基本液壓回路的實(shí)驗(yàn)演示學(xué)習(xí)。

采用PLC編程控制模塊可實(shí)現(xiàn)可編程程序控制器（PLC）智能控制，使得機(jī)、電、液控制有機(jī)結(jié)合起來，優(yōu)化了控制方案。

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置組成

實(shí)驗(yàn)裝置由實(shí)驗(yàn)臺(tái)架、液壓泵站、常用液壓元件、電氣控制單元等幾部分組成。

該實(shí)驗(yàn)臺(tái)元器件采用透明有機(jī)玻璃外殼，使得元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)鮮明直觀。通過透明的油管和紅色液壓油可以清晰地觀察到液壓油在整個(gè)液壓元件中的流動(dòng)過程。實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用獨(dú)立的元件模塊，安裝方便，可以隨意的組合各實(shí)驗(yàn)?zāi)K，搭建各種不同的實(shí)驗(yàn)回路。液壓元件的zui大承受壓力為1Mpa，系統(tǒng)額定工作壓力為0.8Mpa，是安全的低壓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。采用PLC編程控制模塊，實(shí)現(xiàn)可編程程序控制器（PLC）智能控制。實(shí)驗(yàn)配有虛擬仿真軟件，可以根據(jù)學(xué)生思路自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（圖1）。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置

圖2 液壓泵站原理

1.驅(qū)動(dòng)電機(jī)2.定量葉片泵3.溢流閥4.吸油過濾器5.加熱器6.空氣濾芯器7.放油螺栓

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置電氣及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)由液壓動(dòng)力控制和電氣控制兩大系統(tǒng)組成，其中電氣控制系統(tǒng)分為強(qiáng)電部分即液壓泵電機(jī)控制部分和弱電部分即PLC控制部分。強(qiáng)、弱電部分實(shí)行分開隔離設(shè)計(jì)。圖2 為液壓泵站的原理圖。

液壓動(dòng)力源控制系統(tǒng)主要由油箱、過濾器、定量泵、溢流閥、節(jié)流閥和壓力表等液壓元件組成。定量泵2 是單作用葉片泵，系統(tǒng)壓力由教師調(diào)節(jié)，實(shí)驗(yàn)壓力為0.7MPa調(diào)好后一般不再變動(dòng)。

2.3 電氣控制回路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)電氣控制回路主要由液壓主控回路、液壓繼電器控制回路、液壓PLC控制回路組成。液壓主控回路：主要控制定量泵的開關(guān)以及加熱器的工作。

本實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用定量泵，額定流量一定，主控回路控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，圖3為液壓主控回路圖。

圖3中，按下SB13，接觸器KM1得電，定量泵電機(jī)正傳，提供額定壓力油。SB12為停止按鈕。圖4為液壓溫控控制電路，按下SB14，繼電器KM2得電，加熱器工作，如果溫度低于設(shè)定溫度，油溫會(huì)自動(dòng)加熱到設(shè)定溫度，QF4為加熱器開關(guān)按鈕。

圖3 液壓主控回路

圖4 液壓溫控電路

圖5 為液壓PLC接線圖，所用PLC型號(hào)為FX- 20系列，實(shí)驗(yàn)裝置的PLC控制方式有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種方式，實(shí)驗(yàn)回路搭建好后，進(jìn)行調(diào)試時(shí)先采用手動(dòng)控制方式，將PLC程序通過編程軟件下載到PLC存儲(chǔ)器中進(jìn)行手動(dòng)控制，可以校驗(yàn)程序是否正確。自動(dòng)模式為通過的工控軟件選擇PLC模式，進(jìn)行回路實(shí)驗(yàn)。FX1S-20MR有14個(gè)輸入點(diǎn)，8個(gè)輸出繼電器。

圖5 液壓PLC 接線

圖6 為控制臺(tái)PLC輸入輸出接口，Y1為液壓泵輸出接口，Y0-Y11為電磁換向閥電磁鐵輸出信號(hào)。X0、X1、X2、X3為實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)按鈕，X6-X14為行程開關(guān)輸入信號(hào)或壓力繼電器輸入信號(hào)。

圖6 PLC 輸入輸出接口

3、基于PLC液控單向閥鎖緊回路實(shí)驗(yàn)

液控單向閥鎖緊回路利用液控單向閥的自鎖功能，可使活塞鎖定在任意位置，工作可靠，應(yīng)用廣泛。圖7 為液控單向閥鎖緊回路實(shí)驗(yàn)原理。

圖7 鎖緊回路實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)過程為：當(dāng)葉片定量泵開啟，電磁閥Y2得電，系統(tǒng)壓力升高，打開液控單向閥，活塞桿右移，當(dāng)觸碰到行程開關(guān)，Y5得電活塞桿左移。

3.1 工控軟件控制液壓鎖緊回路

按原理圖在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上搭接實(shí)驗(yàn)回路，將電磁鐵插頭按原理圖的標(biāo)示插入實(shí)驗(yàn)臺(tái)擴(kuò)展模板輸出區(qū)對(duì)應(yīng)的插座，如：Y2-Y2即可；實(shí)驗(yàn)時(shí)將PLC與繼電器控制旋鈕旋到PLC控制位置。

接線接好后，按下軟件中泵啟動(dòng)按鈕，實(shí)驗(yàn)開始，按下停止按鈕，實(shí)驗(yàn)停止。注意工控軟件設(shè)置接口要正確，否則實(shí)驗(yàn)不能進(jìn)行。

3.2 利用PLC仿真軟件控制鎖緊回路

PLC因其具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，建造工作量小，維護(hù)方便，體積小，重量輕，能耗低等顯著特點(diǎn)，得到越來越廣泛的應(yīng)用。首先確定PLC輸入、輸出信號(hào)，哪些信號(hào)需要從PLC輸出給繼電器線圈，指示燈以及其他的執(zhí)行電路，從而計(jì)算出對(duì)于PLC的輸入、輸出線的數(shù)目以及IO地址分配。圖9 液控鎖緊回路梯形圖

圖8 仿真圖

圖9 液控鎖緊回路梯形圖

首先按下啟動(dòng)按鈕X3，液壓泵啟動(dòng)，按下XO，電磁閥Y2得電，活塞桿右移。當(dāng)接觸到接近開關(guān)X4時(shí)，Y3得電，活塞桿左移，當(dāng)接觸到接近開關(guān)X4時(shí)，Y2得電，活塞桿右移。按下停止按鈕X2，活塞桿停止，處于鎖緊狀態(tài)。將梯形圖通過接口下載到PLC程序存儲(chǔ)中，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

本文通過PLC控制液壓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)說明了PLC在液壓系統(tǒng)中的重要作用。PLC邏輯處理功能越來越完善，液壓系統(tǒng)模塊必須與PLC控制模塊協(xié)同配合，才能zui大限度發(fā)揮PLC控制能力。基于PLC的多功能液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置不僅可以應(yīng)用于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，還可以和計(jì)算機(jī)及PLC控制技術(shù)結(jié)合起來，進(jìn)行機(jī)電液一體化綜合控制技術(shù)的訓(xùn)練和教學(xué)。該實(shí)驗(yàn)裝置不論在教學(xué)上還是在鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力上都具有廣泛的應(yīng)用前景。