基于PLC的蓄能器油压试验台液压系统设计

Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s No 4 2 01 l 基于 P L C的蓄能器油压试验台液压系统设计 朱正洪 黄志坚 刘 志军 1 广东工业大学机电工程学院 广东广州5 1 0 0 0 6 2 布柯玛蓄能器 天津 有限公司 天津3 0 0 3 5 0 摘要 对蓄能器油压试验工作流程进行了概述 阐述 了新 型试验 台液压 系统 的工作原理及方式 并对 P L C控制 系统 的硬件和程序的 思路设计做 了详细介绍 采用 P I E 对液压系统进行控制 能大大提高其可靠性 安全性及 自动化水平 关 键 词 蓄 能器 油压 试验 台 P L C 触 摸 屏 中 图分 类 号 T H1 3 7 8 文献 标 识 码 A 文 章 编 号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 01 1 0 4 0 0 4 9 04 The D e s i g n o f H y d r a u l i c Te s t S t a t i o n a nd Hy d r a u l i c S y s t e m f o r Ac c u mu l a t o r s Ba s e d o n PLC Z HU Z h e n g h o n f HU AN G Z h i j i a n L I U Z h i j u n 1 F a c u l t y o f E l e c t r o m e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g G u a n g d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y G u a n g z h o u 5 1 0 0 0 6 C h i n a 2 B U C C MA A c c u m u l a t o r T i a n j i n C o L t d T i a n j i n 3 0 0 3 5 0 C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r d e s c ri b e d w o r k flo w o f a h y d r a u l i c t e s t s t a t i o n f o r a c c u mu l a t o r s I t e l a b o r a t e d o n t h e wo r k i n g p ri n c i p l e a n d wa y o f t h e n e w t y p e h y d r a u l i c s y s t e m f o r t e s t s t a t i o n Al s o t h e h a r d wa r e a n d c o n t r o l p mg r a m d e s i g n i d e a s o f p i e c o n t r o l s y s t e m we r e d e s c ri b e d i n d e t a i l T h e r e l i a b i l i t y s e c u rit y a n d t h e l e v e l o f a u t o ma t i o n o f h y d r a u l i c s y s t e m w a s h i s h l y i mp r o v e d b y t h e u s e o f P L C Ke y Wo r d s a c c u mu l a t o r h y d r a u l i c t e s t s t a t i o n P L C t o u c h p a n e l O 引言 蓄能器是液压系统中的重要附件 广泛的用在各 种液压设备中 油压试验是蓄能器生产过程中一个重 要环 节 在 出厂 之前 要进 行 严格 的 油压 测试 以此 来 检 验蓄能器的承压能力和密封性能 本文采用低压大流 泵充液和高压小流量泵升压结合 的打油压方式 使用 高性能的 P L C和触摸屏电气控制系统 并利用变频节 能技术 开发设计 出自动化程度高 节能的新型油压试 验 台 l 蓄能器油压试验台工作 原理及主要试 验参数 根据 J B T 7 0 3 7 1 9 9 3中 液压隔离式蓄能器 试 验方 法规 定 蓄 能器 要进 行 密封 性 和耐 压试 验 及 反复 动作试验 如下为试验方法 1 蓄能器密封性和耐压试验 将 蓄能器安装在试 验系 统 中 按 下列 参数 进 行试 验 在 保压 时 间 内检查 各 密封处 的漏 气 渗 油现象 收稿 日期 2 0 1 0 0 9 2 0 作者简介 朱正洪 1 9 8 4 一 男 湖北荆州人 广东工业大学 机电学 院硕 士 研究生 研究方向为机电液工程智能控制及仿真 蓄能器 公称 压力 MP a 充气压 力 MP a 0 3 5 试验压 力 MP a 1 2 5 保压 时间 m i n 3 rai n 2 在密封性试验后 按 下列参数进行动作试验 动作试验过程检查各密封处 的漏气 渗油和进油阀有 无卡死现象 动作压 力 MP a 0 5 1 动作次数 16 0 油 温 5 7 0 充放频率 L mi n 3 1 2 一 般普通 的打压试验 同时对 4条支路 的蓄能器 打压 本文 提 出了新 型节能 打压模 式 既先进 行 l 3支 路保压试验 然后将 1 3支路 的蓄能器高压油通过液 控单 向阀的开启充放到 2 4支路中蓄能器里 只要高 压泵对其进行补压 就可以对 2 4支路进行保压试验 这样不仅可以节省打压的时间 同时具有节能的作用 2 试验 台液压系统 蓄能器 油压试 验 台液压 系统原 理如 图 1 所 示 2 1保 压试 验过程 1 控制 油路 蓄能 器充液 首 先小 流量高 压泵 2先 4 9 液 压 气 动 与 密 封 2 01 1年 第 4期 l 一 大流量泵2 一 高压泵3 一 电磁溢流阀4 一 溢流阀5 一 卸荷换方阀6 一 高压泵控制方向阀7 一 单 向阀 8 一 压力传感器9 一 控制油路蓄能器 l 0 一 液控 电磁换向阀 1 l 一电磁球阀 l 2 一 带方向阀液控单 向阀 l 3 一 液控单向阀 1 4 一 试验 蓄能器 图 1 蓄 能器 油 压 试 验 台液 压 系统 原 理 图 启 动 电磁换 向阀 6在左位工 作 给蓄 能器 9充液 2 大流 量泵启 动 当控 制油路 蓄能器压力 达到设 定压力时 改压力由压力传感器 8 1控制 电磁铁 Y A 3 Y A 4同时失电 高压泵暂时处于卸荷状态 同时电磁铁 Y A 1 得 电 大流量 泵启动 3 1 3支路打压 液控电磁换向阀 1 0 1 和 l 0 3在 右位工作 蓄能器开始充液 主回路压力达到设定压力 值 3 0 MP a 时 该压力由传感器 8 3控制 电磁铁 Y A1 失电 大流泵处于卸荷状态 同时电磁铁 Y A3得电 高 压 泵开 始工作 继续 打压 直 到蓄 能器压 力达 到要 求 的 试 验压 力 电磁铁 Y A 3失 电 同时 换 向 阀处 于 中位 蓄 能器处 于保压状 态 4 2 4支路打压 达到保 压时 间 3分 钟 后 电磁 铁 Y A1 3 Y A1 5得 电 液 控单 向阀 l 3 1和 1 3 3 被 打开 蓄能器 1 3里面 的高压油 充放 在 2 4里面 当压 力平衡 后 电磁铁 Y A 3重新 得 电 高压 泵给 蓄 能器 2 4打压 直 到达到设定 压力 5 蓄能器 卸荷 当蓄能器 2 4保压 完成后 液控 换 向 阀 1 0 2 1 0 4在 左 位 工 作 同 时 电 磁 铁 Y A 1 8 Y A 2 0得 电 蓄能器开 始卸荷 为 了减 少高压 的 冲击 保 证蓄能器 卸荷平稳 溢 流阀 4 3设定 一定 的压力 作为背 5 0 压 当卸荷压力达到一定值时 电磁铁 Y A 4得电换向阀 5工作使 蓄能器完 全卸荷 2 2动 作试验过 程 在蓄能器完成保压试验之后 蓄能器卸压到动作 试验要求的最高压力就可以进行试验 1 保压 蓄能器 泄压 液控换 向阀 l 0 1 l 0 2 l 0 3 1 0 4在 左 位工 作 同 时 电磁铁 Y A1 7 Y A1 8 Y A1 9 Y A 2 0得 电 蓄能器开始卸荷 当蓄能器压力降到设计 的最高工作压力时停止卸荷 该压力由各支路压力传 感器 8 4 8 5 8 6 8 7来控制 2 蓄 能器 放液 为 了保证 充放 液 时 减 少压 力 冲 击 4个支路循环的工作 以第一支路为例 液控换向阀 1 0 1 在左位工作 同时电磁铁 Y A1 7 Y A 6得电 蓄能器 开始放液 当压力降到设定压力 一般为系统的最低工 作压 力 蓄能 器停 止 卸 荷 该 压 力 的设 定 由传 感 器 8 2 来控 制 3 蓄能器充液 当蓄能器压力降到设定压时 电 磁铁 Y A 5得 电 高压泵 开始工 作给 蓄能器 充液 当压力 达到设定压力时 停止充液 又开始下一个充放液动作 试 验过程 其 中动作试 验 的次 数根据 试验 要求 在触 摸 屏上 设定 为了满足控制要求 选用 2个 6通道的模拟量 F B S 一 6 A D 输 入扩 展 模 块 选 用 某 公 司 的 MT 一 6 0 7 0 I H 触 摸 屏 通过 R S 一 2 3 2通讯接 口与 P L C通讯 图 2为 P L C控 制 系统 的接 线 图 C G1到 C G 7为 压 力传感器的输入信号 C G 8油箱油温输入信号 C G 9为 液 位输 入信 号 所 有输 入 信 号都 为 4 2 0 M A 的模 拟量 信号 S B 1 为急 停按钮 S B 2为 系统启动 按钮 S B 3为 大 流量 泵 电动机 的启停 按钮 S B 4为高压 泵 电动机 的启停 按 钮 S B 5为冷 却 泵 电 动机 的启 停 按钮 S B 6为油 箱加 热按 钮 S B 7为手 动 自动 选择 按钮 S B 8为 蓄 能器 打压 按 钮 S B 9为 蓄 能 器 保 压 按 钮 S B1 0为 蓄 能 器 放 液 按 钮 F R1 F R 2 F R 3为电动机过载保护热继电器 V为变 频器 给 大 流量 泵 电动 机 的转 速 Y A1到 Y A 2 0为 电磁 阀 K Ml到 K M3为泵电动机控制用交流接触器 3 电气控制系统 的设计及试验分 析 蓄 能 器 油 压 试 验 台 的 控 制 系 统 采 用 可 编 程 控 制 器 P L C是专 门在工 业 环境 下设 计 的控 制装 置 具有 功 能强 可靠性 高 程 序设 计 简单 容易 维 护等 优点 同时 操 作 系统采 用 新 型人机 界 面一 触 摸屏 具 有 显示 直 观 操作简易 实时监控数据 修改参数功能强 工作稳定 性 好等优 点 3 1 控 制 系统 的配置 及 P L C 的选 型 系统有 1 4个开 关量 和 9个模 拟 量输 人信 号 2 3 路 开关 量输 出信号 根 据输人 信号 的数 量 类 型及 控制要 求 同时 考 虑 到 系统 改 造 功 能 扩 展 和经 济 性 等 因素 选用某公 司的 F B S 一 6 0 MA可编程控制 器作为主控部 件 其共有 3 6个开关量输入点和 2 2开关量个输出点 S B 2 S B 4 S B6 S B8 S B1 0 F R 2 V S B1 S B3 S B5 S B7 S B9 F R1 FR 3 CG2 C G4 CG6 CG8 CG 1 CG3 CG5 CG 7 CG9 C0M XOX1 X2 X3 X4X5 X6 X7 X8 X9Xl O X1 2 X1 1 X1 3 F BS 6 O MA YO Y2 C OM2 Y5 Y7 Y8 Y1 0 COM 4 Yl 3 Yl 5 Y1 6 Y1 8 COM 6 Y2 1 CoM 2 Y1 Y3 Y4 Y6 COM 3 Y9 Yl 1 Y1 2 Y1 4 CoM5 Yl 7 Yl 9 Y2 O Y2 2 Y A1 YA3 YA5 YA7 Y A9 Y A1 l Y Al 3 YA1 5 Y Al 7 YAl 9 KM 1 KM3 YA2 YA4 Y A6 YA8 YAl 0 Y Al 2 Y A1 4 Y A 1 6 Y Al 8 YA2 0 KM2 图 2 P L C控制 系统 的接线图 3 2 P L C 控 制软件 设计 试 验 台控 制 有手 动 和半 自动 两 种工 作模 式 调 试 和维 修时选 择 手 动工 作方 式 正 常 油压 试 验时 选用 半 自动工作 方式 P L C程序设计 P L C程序主要是通过对传感器输 入 的模拟信号及触摸屏发 出的控制信号采集和处理 然 后输 出现场 控 制信 号 以及触 摸 屏 的显 示信 号 完 成 对 油压 试验 台整个 液 压 系统 的控 制 根 据 油压 试验 要 求 该蓄能器油压试验台主要完成控制油路蓄能器的 充 液 被 试蓄 能器 的打压 保压 充放 液 的动作 试验 图 3为控 制程序 流程 图 触摸屏界面设计 界面由 E a s y B u i l l d e r 8 0 0 0软件编 写 根据 油压 试 验 台的 工艺 要求 设 计友 好 的人 机 界面 然 后下 载 到 MT 6 0 7 O I H 中 触 摸屏 界 面 设计 有 初 始 界 面 调试 模 式 手 动 模式 半 自动模 式 参 数设 定 数 据 显 示 和故 障报警 等 界 面 调试 模 式 主要是 用 维修 时 各 种 按 钮 电磁 阀开 关按 钮 手 动模 式 是 操 作 设 备 的 按 钮 图3 P L C 控制程序流 程图 51 液 压 气动 与 密 封 2 0 1 1年 第 4期 液压泵启停 冷却泵启停 加热器的开关 控制油路蓄 能 器的补 压 蓄能 器 打压 保 压 卸荷 动作 试验 半 自 动 模 式是 正 常 启 动 系 统 根 据 设 定 参数 完 成 相 应 的试 验 参数设定 试验保压压力 保压压力 控制油路蓄能 器压力 大流量泵启停压力 卸荷背压压力 动作试验 的次数 液压 油上 下 限温度值 最低 液 位值 数据 显示 控制油 路蓄能 器压 力 各 支路 的压 力 液压油 温度 液 位值 报 警界 面 电动机 过 载 液 位低 系统 压力 温 度 高 温度低 3 3试 验数据分 析 选 用 2 0 L的 国标 囊式 蓄能 器作 为试验 对 象 设计 压力为3 1 5 MP a 试验压力为 3 9 4 M P a 蓄能器预充气压 力为 8 MP a 对 1 2支路进 行 节能 打压模 式和 常规 打压 模式试验 表 1 为 蓄能器节 能压力试验 数据 表 1 为蓄能器节能压力试验数据 内 容 支 路 1 至 试验 压 力 支路 至 试 验 压 力 同 时 工 作 节 约 塑 堕 一 s 1 1 7 5 1 8 2 3 l 2 5 2 1 8 2 1 8 4 2 3 6 1 3 3 9 4 3 9 4 3 9 4 3 l 7 6 1 8 3 2 3 5 1 2 4 4 1 7 R 1 8 3 2 3 7 1 2 4 通 过 以上数 据对 比分 析可 以看 出 节能模式 下 打 压 时间要 比常规模 式节省 1 3 s 左右 的时间 由此可 以证 明节能打压 模式 的可行性 4 结论 蓄能器油压试验台集机 电 液一体 液压系统与 P L C系统相结合 P L C发出指令控制液压系统动作 同 时系统各种信号反馈给 P L C 实现了工作过程的 自动 控 制 使用 触摸屏 操 作灵 活 方便 简化 了电控 系统 目前该试验 台已成功地应用在实际生产 中 解决了高 压蓄能器不能试验 打压慢和保压难的问题 为企业带 来了良好的经济效益 参考文献 1 1 马雅 丽 黄志坚 蓄能器实用技术 M 1 北京 化学工业出版社 2 0 07 2 徐占国 等 图解触摸屏 P L C 变频器综合应用工程实践 M 北 京 电 子工 业 出 版社 2 01 0 3 丁时锋 李清香 P L C控制 的双立柱液压带锯机系统设计f J 液压与气动 2 0 0 8 3 一 一 一 一 十一 一 一 一 十 一 一 一 一 一 一 一 一 4