PLC在液压比例控制系统中的应用

1 液压回路

    某机械手液压系统中的典型比例控制回路如图1所示。

    升降油缸8用于控制机械手夹紧机构的升降，其运动速度由电液比例换向阀1进行控制。移动油缸7的作用是推动夹紧机构进行伸缩运动，其运动速度由电液比例换向阀2进行控制。

    当移动油缸7带动夹紧机构水平运动时，由于夹紧机构的重心不在升降油缸8与夹紧机构的铰接点上，如果没有平衡油缸6的作用，升降油缸的竖直导轨将受到很大的作用力，使夹紧机构的水平度受到影响，进而影响机械手的控制精度。因此在夹紧机构的另一端安装了平衡油缸6，用其作用力来调整夹紧机构的重心，使它尽量靠近升降油缸8与夹紧机构的铰接点。这样，当夹紧机构上下运动时，就能够保持夹紧机构的水平，使导轨受力较小。平衡油缸的提升过程由比例溢流阀4控制，其停止和下降过程由比例减压阀3控制。该机械手工作过程中由于需要夹持五种不同规格的零件，加上空载动作，因此需要6种不同状态下的平衡力。对于比例减压阀3而言，停止状态的平衡力与运动状态又有所不同，所以比例溢流阀4共有6种工作压力，而对于比例减压阀3，则需要12种不同的平衡压力。另外由于平衡力的大小还与升降油缸的工作速度有关，若采用电液伺服控制系统进行控制，成本较高，且对液压油的清洁度要求较高，若采用传统调压回路进行调压，回路结构很复杂，且性能难以满足要求，而采用电液比例阀控制，则回路较为简单。

2 控制功能的实现

    比例溢流阀、比例减压阀不同档次的平衡力由操作台上的选择开关选定，然后输入PLC，由PLC确定具体选用那一种平衡力，确定具体的输出数值，通过PLC的模拟量输出模块实现D／A转换，转化为对应的模拟量对外进行输出。模拟量输出模块输入的模拟量送到控制阀功率模块，功率模块以电流输出的形式控制比例电磁铁，通过比例溢流阀、比例减压阀来控制对应的平衡压力。在某个运动过程中，具体哪个阀起作用由电磁换向阀5来实现。提升时，电磁换向阀处于通电状态，反之处于断电状态。电磁换向阀5的通断状态必须与比例换向阀1的控制信号相一致。只有当阀1的信号使缸8处于提升状态，阀5才处于通电状态，其他情况下阀5均处于断电状态。当操作台上给出停止信号时，通过PLC判断改变比例减压阀的输入信号，同时改变阀1的输入信号，使缸8处于停止状态。此时阀1调节的平衡力对应于有关的设定数值。接近开关10的作用是当提升处于下降的最低点时发出信号，通过PLC的作用使缸8自动处于停止状态，同时在自动控制过程中，为进行下一个动作提供信号。接近开关9的作用是当提升缸处于最上位置时发出信号，通过PLC的作用也使油缸8自动处于停止状态，在自动控制过程中，也为进行下一个动作提供有关信号。

    移动缸7的动作如下：当PLC经有关逻辑判断需要缸7伸出时，PLC输出给定数值，同样经模拟量输出模块的D／A转换，变为对应的模拟量输出，经功率模块放大后，控制电液比例方向阀的动作。

    缸7和缸8在运动过程中的加速及减速(停止)要求比较平稳，可利用功率模块的斜坡调整功能，由PLC完成斜坡启动，然后经过调节加速减速的斜坡，可以得到满意的效果。

    工艺要求缸7在伸出及缩回的位置精度较高，由于控制方式采用开环控制，所以不能达到较高的位置精度。因此，我们采用了机械挡块定位的方法来保证较高的位置精度。采用这种方法若减速过程处理不好，则会出现两种不利情况，减速慢了出现机械撞击，减速快了则不能达到所要求的精确位置。基于上述情况，笔者进行如下处理：当油缸7伸出或缩回到接近目标位置时，减速接近开关13(或12)发出控制信号，PLC改变输出的模拟值，使油缸减速运动，速度减到一个较小的值，此时电液比例方向阀处于开口较小的位置(并始终保持这一位置)，当油缸8伸缩运动到达目标位置，接近开关11(或14)发出控制信号，PLC使油缸停止运动，让执行元件平稳地靠在挡块上。同时也给执行下一动作发出控制信号。

有关压力控制阀的最低控制压力和最高控制压力的调整、以及方向控制阀的死区补偿调整、增益调整可参照有关说明来进行。

3 PLC系统简介

    由于PLC在机械手中需要完成的控制功能较多，控制精度较高，运算速度较快且具有数据处理能力，因此，笔者选用了西门子公司的S7—200系列CPU226型PLC，配模拟量扩展模块EM232。由于PLC的输出电流较小，需要用功率模块来控制比例液压阀，另外，机械手其它逻辑控制、液压泵站的控制和液压系统的开关控制均由PLC系统完成。

    在编程时，我们用输入信号控制内部标志位M，用M控制PLC的输出。液压系统工作时所需要的各种数据存放在数据块内，通过用户程序传送内部的数据给模拟量输出模块。

4 结论

    经过现场调试，使用PLC组成的控制系统对比例压力阀、电液比例方向阀进行控制，效果很好，而且其工作参数调整方便，工作可靠性较高。