PLC在液压串联同步回路的应用

摘要：本文介绍了PLC在带补偿措施的串联单杆液压缸同步系统应用的结构、原理和工作流程的设计思路。

关键词：PLC；同步回路；液压补偿；流体传动与控制

中图分类号：TU7文献标识码：A 文章编号：

液压传动系统一般含有一个或几个基本液压回路,包括控制执行元件运动速度的速度控制回路,控制液压系统全部或局部压力的压力控制回路,用来控制执行元件(液压缸、液压马达)运动方式的换向回路等。功能复杂的液压传动系统由多个不同功能的基本液压回路组成,这些回路组成的传动系统实现了机械设备所需的各种运动及控制功能。液压传动系统运动状态的改变靠转换信号。信号主要来源于按扭(启动、停止)开关、行程限位开关、压力控制开关以及温度、压力等参数变化。这些输入的信号可通过PLC逻辑运算转化为控制液压换向阀电磁铁线圈的输出信号。

液压传动系统在继电接触式控制电路的控制下，驱动运动部件完成规定动作。液压传动是靠密封容器内的液体压力能来进行能量转换、传递与控制。它具有输出力矩大、运动传递平稳、均匀、调整控制方便等优点。传统的液压传动系统是由电气控制线路控制，由于这种控制线路的可靠性差，灵活性差，而且维修困难。现采用PLC 对此系统进行控制，能很方便的实现多种复杂的自动工作循环，使用简单、编程方便、可靠性高、通用性和灵活性强，还可实现控制的可视化。本系统是用PLC 实现电磁换向阀的控制，对陈旧的液压同步补偿措施进行升级。

1 自动补偿系统的原理

在液压系统的串联同步回路中，因液压缸外负载的变化量的累积、油缸出现内泄、摩擦阻力等因素，引起串联同步回路的预装液压油量大于或小于理论油量，导致失去前期达到的平衡状态。因失去视觉上平衡状态的油量是长期误差累积的结果，此种误差油量需要反复调整以达到理想状态，故在设备原有PLC的基础上，考虑成本及平衡误差范围而新添程序和电磁换向阀保证实现在运动过程，调整误差油量。此处介绍的自动补偿方案是在带补偿措施的串联缸同步控制典型回路基础上，根据实际需要和加工成本的需求改变而来。

图中，两组两缸串联组成升降系统的运动主体，缸1的后腔和缸2的前腔，缸3的后腔和缸4的前腔用油管连接，理论上其对应活塞的有效工作面积相等而使进、出腔内油量相等，两活塞升降同步。此运动过程，累积高度误差在活塞杆伸出最大位置处最明显，此时对四条油缸支撑重物的不平衡最大程度的损害活塞杆自身的刚度。活塞杆行程的中间位置是调节缸1和缸2、缸3和缸4同步运动的最佳位置。在活塞杆返程过程可以检测上一个上升过程的腔内误差油量的调节效果，并根据实际情况，对误差油量进一步调整，保证下一次升降过程的平衡状态。这样就可以使活塞杆在最小、最大行程位置均保持所支撑设备的平衡状态，避免使设备在最低、最高位置出现零件损坏。

2自动补偿系统的结构

自动补偿系统结构由以下几个部分组成：①带补偿措施的串联缸同步控制液压系统；②带自动控制系统PLC的电气控制系统；③向电气控制系统传递信号的感应点。

感应点1和感应点2距离计算依据：缸1和缸2直线距离与油缸最大斜角的余弦值。

例如三位换向阀3的左位接入系统工作时，缸2、缸4的后腔进入液压油，通过缸2、缸4的活塞运动推动缸1、缸3的活塞运动。其中在此升降系统中，缸1和缸2、缸3和缸4呈对角布局，根据等面积原理，此布局中缸1和缸3相对于缸2和缸4的缸径均小，故四条油缸举升的负载出现重量变化或负载重量分布不均就会失去平衡状态。在活塞杆行程的中间位置对上升、下降过程的平衡状态进行调整，减少重量改变产生的累积误差量。

3自动补偿系统的方案设计

3.1 工作流程图

PLC在带补偿措施的串联单杆液压缸同步系统中应达到的要求为：活塞杆上升过程中，缸体向上运动，缸1和缸2缸体上的感应开关分别为SBE1、SBE2，当SBE1在感应点1位置处感应到信号，SBE2在感应点3位置处未感应到信号；根据程序设计值，在当SBE2在感应点4位置处感应到信号后设备停止上升，通过PLC控制二位阀2将缸1和缸2连腔内多余油量排出，待SBE1在感应点2位置处感应到信号后停止，转变信号设备继续上升。此处采用PLC控制在动态过程调节油差方案弥补了串联同步回路中补偿措施的控制元件较多、控制链较长不易人工控制的缺点。根据设计要求，工作流程图如图2所示。

3.2 PLC控制液压同步回路的特点

（1）拥有双向补偿机能，补偿及时，补偿性能好同步精度更高。适合于手动控制回路的自动化升级。

（2）所用元器件较少，且大都结构简单，连接简便，动作可靠。

（3）PLC控制系统具有控制灵活、抗干扰能力强、工作稳定可靠、维护方便等优点。

4 总结

可编程控制器（ＰＬＣ）性能可靠，编程较方便，广泛应用于工业控制中，ＰＬＣ目前已发展为既有逻辑控制，又有计时、计数、分支程序、子程序等顺序控制功能，还有数字运算、数据处理、模拟量调节、操作显示、联网通信等功能。使用ＰＬＣ控制液压比例系统具有较明显的忧越性，同时，也是目前较广泛采用的一种控制形式。在此采用PLC控制串联单杆液压缸同步系统的油差补偿，具有改造成本低，精度高的优点。

参考文献：

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