基于PLC的电液比例流量控制系统设计

Design the Eleetrohydraulie Proportional Flow Control System Based on PLCLI Lixia ， MAO Xiangyang ，BIAN Dongyan(1.Tianjin University of Technology and Education，Tianjin 300222，China；2.Hunan Province Puyang City Vestibule School，Puyang Hunan 410900，China)Abstract：In order to make further development for the original FESTO electro-hydraulic proportional control system，its controlprinciple and characteristics were analyzed，and programmable logic controler PLC was used as electric control unit to improve theoriginal rated value signal source and relay contro1.The simulation resuhs indicate that the improved system has obvious advantagesover the original one，which Can meet the requirements of practical teaching。

Keywords：Program mable logic controlle；Electro-hydraulic proportional flow control system液压比例系统是液压领域的重要分支，也是控制技术的重要组成部分。它控制简单，维护方便，成本较低，体积孝质量轻，控制精度高，响应速度快；液压元件的润滑性好、寿命长；调速范围宽、低速稳定性好；过载保护容易；解决温升问题比较方便。由于液压比例系统的突出优点，使得它在国民经济的各个部门和国防建设等方面，诸如冶金、机械等工业部门、飞机、船舶等交通部门及航空航天技术、海洋技术、近代科学实验装置和武器控制等方面，都得到了广泛的应用。

1 概述某院引进的德国FESTO电液比例控制系统包括比例液压系统和电气控制两部分，在多年的企业技术培训中应用效果较好，增强了学员的动手能力。但也存在-些问题 ：FESTO目前配置的训练系统电控部分有连续的模拟信号及开关量信号，模拟量通过额定值信号源实现，开关量的控制依赖于传统继电器控制来实现，系统体积大，可靠性差，功能少，难于实现较复杂的控制，特别是依靠硬件连线逻辑构成的系统，连线复杂，容易出错，且错误之处查找非常困难，纠错难度大；在系统设计训练中，控制时间难于准确确定；各并联电路是同时工作的，由于实际元件动作的机械惯性和触点竞争等问题，导致动作失误。

因此，在原有训练系统上，对控制技术做了-些改进，利用可编程控制器 PLC代替了原有的额定值信号源和继电器控制 ，简化了系统线路的连接，拓宽了技术领域 ，在很大程度上改善系统性能，简化训练内容繁琐程度；利用PLC的特点进行系统训练的开发，提高学生对比例液压、PLC编程及相关综合控制技术的综合实践能力。

液 压缸 快速 运 动I液压缸工作进给l液压马达旋转做孔)盖蓑霪 液压缸快速返回 l图 1 系统工作循环过程电液比例控制系统原理图见图2。该系统由定量泵、比例方向阀 (可做流量阀)、两位四通电磁换向阀 (控制液压缸的双向运动)、液压缸 、位移传感器(输入模拟信号)组成方向、流量控制系统。其流量调节原理是：将位移信号转变为电压，反镭制比例方向阀的比例线圈开口的大小，控制通过阀的流量，达到调速的目的。用二位三通电磁换向阀控制马达旋收稿日期：2012-01-21基金项目：天津市高衅技发展基金项 目资助 (20090403)作者简介：李丽霞 (1963-)，女，高级实验师，主要研究方向为机电液-体化控制技术。E-mail：artli-love###126.eom。

第4期 李丽霞 等：基于PLC的电液比例流量控制系统设计 ·131·转的方向。单向阀控制马达制动时不变为泵的工作状态，起背压的作用。

图 2 系统原理图3 PLC-电液比例控制系统的设计3.1 系统设计框 图系统设计原理图见图3。

图3 系统设计原理图3.2 线性位移传感器传感器的作用是把执行器的输出位移信号转化成可以与指令信号做比较的反馈信号。此系统采用线性位移传感器，其物理变量 位移”被转变成电压。由电压分配原理可知 ，电阻与 电位计长度 三成正比。

表 1 位移传感器行程 -电压表活塞杆位移 -输出电压特性曲线见图4。

宙缩回图4 行程 -电压特性曲线位移传感器接口原理图见图5。

参考 电源V DC- 红T 、I广下 黑l l自/ I 蓝- /--J 7 、 、 O导线 插 1：3 阻 抗转 抉器 连 接 点图5 位移传感器原理图 参考电源是-个电子拈，用于获取高精度的电压。该电压源为电位计提供电压。电源电压的波动不会对参考电源产生影响。

如果线性位移传感器的信号输出过程中，电流通过-个耗能元件，那么电压分配器处于载荷状态，因此电压会改变。通常阻抗转换器是-个绝缘放大器，实际上它使电位计保持在无载荷状态，信号电压维持不变。带有保护电路的阻抗转换器铸进电位计电缆中。同时，当连接互相替换时，该线路保护电位计免遭损坏。

图6 传感器接线图3.3 PLC逻辑控制 系统设计I/O分配表，如表2、3所示。

表 2 输入传感器及开关 I/O分配表· 132· 机床与液压 第41卷不 。

X0FlY1F2Xl J Y2X2 tx， F3宝 Y3 - X3 嘲 Y4h - X4Kc2 - X5：0Vl J CoM CoM图7 PLC硬件接线图PLC控制系统梯形图见图 8。

液压缸开始工作到 达c2到达c]驱动液压缸驱动液压马达缸快进缸工进马达转缸快退图8 PLC控制系统编程梯形图系统中的双电控比例阀的放大器连线图见图 9所快 工 快进 进 退图 9 比例电磁阀线圈连接图用放大器将控制器输出的信号放大成具有-定驱动功率的控制电流加到电液比例阀的线圈上，控制比例方向阀开口的大小，从而控制系统的流量变化。放大器电流负反拦通过减小线圈电感的影响缩短比例阀的响应时间，使得液压缸活塞杆的位置输出动态响应性能大大改善。调整放大器偏流和增益，能在误差信号过大时保护比例阀线圈不被烧毁的饱和特性。

3.4 控制系统原理特点分析采用位移传感器和比较器进行基本控制。

液压缸活塞杆在初始位置 (杆完全缩 回)时，操作启动开关，记录-个低于额定值的临界值。如之前的电位计装配中，在液压缸活塞杆到达最末端位置，电位计发出-个为0的信号值，当信号值稍有增强时，则显示临界值。在此控制系统中，采用了常闭触点 Kcl(即梯形图中X4)，由于梯形图逻辑操作为非”运算时，常闭触点断开 ，液压缸能在返回到末端位置后再次启动条件成立。

中位转换点。在向前推进期间，临界值的触发开关 Kc2(梯形图中)(5)操作启动.液压缸工作进给；同时液压马达旋转。

前进到活塞杆前端位置，当到达临界值10 V时，进行信号处理，唱触点 c3(梯形图中 X3)闭合，触发 Y3得电，中断 2Y1、3Y1电磁线圈，因而触发返回行程。

(1)采用电液 比例液压阀控制大功率的液压输出电液比例阀是电液比例控制系统的关键元件，它既是系统中电气控制部分与液压执行部分之间的接口，又是实现用较小电气信号去控制大功率的液压输出 (压力和流量)元件 ，电液比例阀特性直接影响、决定整个系统的特性。

(2)控制系统步骤说明如图 l0所示为系统步骤 -位移图。图中 C，为位移传感器的初始位置，C，为位移传感器的缸工进开始和马达正转开始位置 ，c 为位移传感器末端位置(使活塞杆返回和马达反转位置)。

位移液图10 步骤位移图4 结论搭建电液比例位置控制系统，选用三菱 FX2n。

48MR PLC实现控制，采用软件编制了相关 PLC控制程序 ，在 FESTO训练装置上完成了基于 PLC的比例(下转第129页)第4期 王克武 等：六面顶压机超高压模糊 PID控制系统的研究 ·129·MATLAB/Simulink下的模糊逻辑工具箱建立仿真模型，如图 4所示。

阶跃信号3.15 传 通 豳 裂 J 显 不 器 图4 常规 PID控制 Simulink仿真模型仿真时，输入幅值为5的阶跃信号，信号从t：0时开始输入。当把图4中的 PID控制器换成图5所示的拈时，系统就变成了模糊 PID控制系统。

图5 模糊 PID控制器仿真结构图为系统加入正弦信号重复上述仿真，采用传统PID和模糊PID控制的响应曲线比较如图6所示。

(a)阶 跃信 号 F系 统 响应 曲线 (b)正弦信 号 F系 统 响匣 曲线图6 响应曲线比较从两图中可以看出：针对两种信号，模糊 PID控制比常规 PID控制具有更小的超调甚至无超调，响应速度快，稳态精度高，控制效果明显优于常规 PID控制。

5 结论针对立方氮化硼在高温高压环境合成过程中复杂液压系统超高压控制的特点，设计了模糊 PID智能控制器，并进行了仿真♂果表明：与常规 PID控制系统相比，采用模糊 PID控制的系统动态响应速度快、超调孝精度高、鲁棒性强，系统动静态性能都有了明显的提高。