基于PLCQCS003B液压教学实验台控制系统的改造(实验报告仿宋)1

PAGEPAGE5基于PLC的QCS003B液压教学实验台控制系统的改造1.前言1.1QCS-003B液压教学实验台的概况QCS-003B液压教学实验台是上世纪80年代的产品，集液压泵性能、溢流阀静态特性、节流调速性能实验于一体，是我院《液压技术》课程和《液压、气压传动及夹具设计》课程的主要实验设备之一。图1为实验台的外形图，图2是用新的电气符号绘制的对应的原继电器接触器控制线路图。图3是QCS003B型液压实验台的液压系统原理图。1.2设计制作完成的过程⑴收集资料；⑵了解QCS003B实验台的原继电器-接触器控制系统及其实验项目，对该实验台的液压系统原理图进行改进，明确被控对象并确定控制思路；⑶对三菱FX2N型号的PLC的硬件结构及其编程软件GXDeveloper和仿真软件GXSimulator进行深入学习，掌握其主要编程方法；⑷采用三菱PLC对实验台的控制系统进行改造（包括硬件选型，绘制外部接线图，编程PLC控制程序等）；⑸对液压仿真软件FluidSIM进行深入学习，并使用液压仿真软件FluidSIM对改进后的实验台的相应实验项目进行仿真。1.3设计的主要内容 本课题包括使用PLC对实验台原继电器-接触器控制系统的改造和使用仿真软件FluidSIM对改造后的实验台的相应实验项目进行仿真两个方面的内容。⑴使用PLC对实验台原继电器-接触器控制系统的改造①参考原实验台的使用说明书，以及搜集和查阅该实验台的相关资料，对实验台的继电器-接触器控制系统及其实验项目进行深入的了解和研究；②对该实验台的液压系统原理图进行改进，使得实验项目由原来的3个扩展为7个，并明确改进后实验台控制系统的被控对象（2个液压泵的电动机、7个电磁阀、2个液压缸、3个指示灯、速度缸17的位移和实验压力）；③对三菱FX2N型号的PLC的硬件结构及其编程软件GXDeveloper深入学习；根据⑵确定整套系统需要模拟量输入共2点，数字量输入点19点，数字量输出共14点，总I/O的点数为35点。并使用三菱的编程软件GXDeveloper编制了PLC控制主程序。⑵使用仿真软件FluidSIM对改造后的实验台的相应实验项目进行仿真①对液压仿真软件FluidSIM进行深入学习；②使用液压仿真软件FluidSIM对改进后的实验台的相应实验项目进行仿真。图1QCS003B型液压实验台的外形图图2QCS003B型液压实验台原继电器接触器控制线路图2.3基于PLC的QCS-003B液压教学实验台控制系统的软件编制使用三菱PLC编程软件GXDeveloper编制QCS-003B液压教学实验台控制系统的程序。控制主程序如图6所示。图6PLC控制主程序3.使用FluidSIM软件对改进后的QCS003B型液压实验台的液压回路实验进行仿真FluidSIM是目前较为流行的典型气动控制仿真软件，它将CAD功能与仿真功能紧密结合在一起，可对基于元件物理模型的回路图进行实际仿真，包括FluidSIM-P和FluidSIM-H两部分。充分应用FluidSIM-H强大的仿真功能对QCS003B型液压实验台的7个液压回路实验进行相关仿真。图5PLC外部接线图3.1使用FluidSIM软件对液压泵的性能实验（实验一）进行仿真使用FluidSIM软件，在FluidSIM-H环境中搭接液压泵特性实验仿真的液压回路。如图7所示。图7关闭节流阀10时液压泵的特性实验油路的仿真画面说明：电缆和液压管路的颜色颜色含义深蓝色气压管路：压力大于或等于最大压力的50％淡蓝色气压管路：压力小于最大压力的50％淡红色电缆：有电流流动实验步骤：1、将电磁阀12的控制旋钮置于“0”位，使电磁阀12处于中位，电磁阀11的控制旋钮置于“0”位，阀11断电处于下位。全部打开节流阀10和溢流阀9，接通电源，让被试泵8空载运转几分钟，排除系统内的空气。2、关闭节流阀10，慢慢关小溢流阀9，将压力P调至6.86MPa，然后用锁母将溢流阀9锁住。3、逐渐开大节流阀10的通流截面，使系统压力P降至泵的额定压力6.178MPa，观测被试泵的压力脉动值（做两次）。4、全部打开节流阀10，使被试泵的压力为零（或接近零），测出此时的流量，此即为空载流量。再逐渐关小节流阀10的通流截面，作为泵的不同负载，对应测出压力p、流量q和电动机的输入功率N表。注意，节流阀每次调节后，须运转一、两分钟后，再测有关数据。压力p—从压力表p6上直接读数；流量q—用秒表测量椭圆齿轮流量计指针旋转一周所需时间，根据公式求出流量q；电动机的输入功率N表—从功率表19上直接读数（电动机效率曲线由实验室给出）；图8节流阀10打开10％时液压泵的特性实验油路的仿真画面3.2使用FluidSIM软件对节流调速性能实验（实验二）进行仿真图4为QCS003B型液压实验台节流调速回路性能实验的液压系统原理图。该液压系统由两个回路组成。图4的左半部是调速回路，右半部则是加载回路。在加载回路中，当压力油进入加载液压缸18右腔时，由于加载液压缸活塞杆与调速回路液压缸17（以后简称工作液压缸）的活塞杆将处于同心位置直接对顶，而且它们的缸筒都固定在工作台上，因此工作液压缸的活塞杆受到一个向左的作用力（负载FL），调节溢流阀9可以改变FL的大小。在调速回路中，工作液压缸17的活塞杆的工作速度V与节流阀的通流面积a、溢流阀调定压力P1（泵1的供油压力）及负载FL有关。而在一次工作过程中，a和P1都预先调定不再变化，此时活塞杆运动速度V只与负载FL有关。V与FL之间的关系，称为节流调速回路的速度负载特性。a和P1确定之后，改变负载FL的大小，同时测出相应的工作液压缸活塞杆速度V，就可测得一条速度负载特性曲线。3.2.1采用节流阀的进油路节流调速回路使用FluidSIM软件，在FluidSIM-H环境中搭接液压泵特性实验仿真的液压回路。如图9所示。图9节流阀5打开50％时进油路节流调速实验油路的仿真画面图10节流阀5打开90％时进油路节流调速实验油路的仿真画面3.2.2采用节流阀的回油路节流调速回路图11节流阀6打开40％时回油路节流调速实验油路的仿真画面图12节流阀6打开90％时回油路节流调速实验油路的仿真画面3.2.3采用节流阀的旁图13节流阀7打开40％时旁油路节流调速实验油路的仿真画面图14节流阀7打开80％时旁油路节流调速实验油路的仿真画面3.2.4采用调速阀的进图15调速阀8流量为1L/m时旁油路节流调速实验油路的仿真画面图16调速阀8流量为6L/m时旁油路节流调速实验油路的仿真画面3.3使用FluidSIM软件对溢流阀静态性能实验（实验三）进行仿真使用FluidSIM软件，在FluidSIM-H环境中搭接液压泵特性实验仿真的液压回路。如图17所示。1818图17溢流阀静态性能实验液压系统原理图试验内容1．调压范围及压力稳定性1）逐步打开溢流阀14的调压手柄，通过压力表p12—2，观察压力下降的情况，看是否均匀，是否有突变或滞后等现象，并读出调压范围最小值。再逐步拧紧调压手柄，观察压力的变化情况，读出调压范围最大值。反复实验不是少于3次。2）调节被压阀14，在调压范围取5个压力值，（其中包括调压范围最高值63kgf/cm2），每次用压力表p12—2分别测量各压力下的压力振摆值，并指出最大压力振摆值。3）调节被试阀14至调压范围最高值63kgf/cm2，压力表p12—2，测量一分钟内的压力偏移值。2．卸荷压力和压力损失1）

卸荷压力将被试阀14的压力调至调压范围的最高值（63kgf/cm2），此时流过阀的溢流量为试验流量。然后将二位二通电磁换向阀16通电，被试阀的额卸荷口（远程控制口）即通油箱。用压力表p12—2测量压力值，即为卸荷压力。

注意：当被试阀的压力调好之后应将p12—2压力表开关转至O位，待16通电后，再将压力表开关转至压力接点读出卸荷压力值，这样可以保护压力表不被打坏。2）压力损失在实验流量下，调节被压阀14的调压手轮至全开位置，用压力表p12—2，测量压力值。3．起闭特性关闭溢流阀11，调节被试阀14至调压范围的最高值63kgf/cm2，并锁紧其调节手柄，使通过被试阀14的流量为试验流量。1）闭合特性慢慢松开溢流阀11的手柄，使系统压力分10档逐渐降低，每次记录过被试阀14的流量，直到被试阀14的溢流量减少到额定流量的1%（小流量时用量杯测量）。此时的压力为闭合压力（由压力表p12—2读出）。继续松开溢流阀11的手柄，直到全部流量从溢流阀11流走。2）开启特性反向拧紧溢流阀11的手柄，从被试阀14不溢流开始，使系统压力逐渐升高，当被试阀14的溢流量达到实验流量的1%时，此时的压力为开启压力，再继续拧紧溢流阀11的手柄，分10档逐渐升压，一直升到被试阀14的调压范围最高值63kgf/cm2。记下每次相应的压力和流量。

注意：为了减少测量误差，启闭特性实验中溢流阀11的调压手柄应始终向响应的方向旋转。图18溢流阀11压力为6.86MPa时溢流阀静态性能实验的仿真画面图19溢流阀14压力为6.2MPa时溢流阀静态性能实验的仿真画面图20溢流阀11关闭后溢流阀静态性能实验的仿真画面3.4使用FluidSIM软件对液压泵8卸荷实验（实验四）进行仿真在图4中，当二位二通电磁阀11和二位二通电磁阀15都通电，液压泵的出口通过溢流阀14的的远程控制口k和二位二通电磁阀15回油箱。液压泵8卸荷。由于FluidSIM软件中没有带远程控制口k的溢流阀，所以无法仿真。3.5使用FluidSIM软件对速度液压缸17的差动快速运动回路实验（实验五）进行仿真使用FluidSIM软件，在FluidSIM-H环境中搭接液压泵特性实验仿真的液压回路。如图21所示。图21速度液压缸17快进时的仿真画面图22速度液压缸17工进时的仿真画面图23速度液压缸17快退时的仿真画面图24速度液压缸17停止时的画面3.6使用FluidSIM软件对速度液压缸17和加载缸18的顺序动作回路实验（实验六）进行仿真使用FluidSIM软件，在FluidSIM-H环境中搭接液压泵特性实验仿真的液压回路及其电气回路。如图25所示。图25速度液压缸17和加载缸18的顺序动作回路实验的液压回路及其电气回路图26速度液压缸17退时的液压回路及其电气回路仿真画面3.7使用FluidSIM软件对组合机床液压系统仿真实验（实验七）进行仿真使用FluidSIM软件，在FluidSIM-H环境中搭接液压泵特性实验仿真的液压回路及其电气回路。如图27所示。图27组合机床液压系统仿真实验的液压回路及其电气回路图28组合机床