基于PLCQCS003B液壓教學實驗臺控制系統(tǒng)的改造(實驗報告仿宋)1

PAGEPAGE5基于PLC的QCS003B液壓教學實驗臺控制系統(tǒng)的改造1.前言1.1QCS-003B液壓教學實驗臺的概況QCS-003B液壓教學實驗臺是上世紀80年代的產(chǎn)品，集液壓泵性能、溢流閥靜態(tài)特性、節(jié)流調(diào)速性能實驗于一體，是我院《液壓技術(shù)》課程和《液壓、氣壓傳動及夾具設(shè)計》課程的主要實驗設(shè)備之一。圖1為實驗臺的外形圖，圖2是用新的電氣符號繪制的對應的原繼電器接觸器控制線路圖。圖3是QCS003B型液壓實驗臺的液壓系統(tǒng)原理圖。1.2設(shè)計制作完成的過程⑴收集資料；⑵了解QCS003B實驗臺的原繼電器-接觸器控制系統(tǒng)及其實驗項目，對該實驗臺的液壓系統(tǒng)原理圖進行改進，明確被控對象并確定控制思路；⑶對三菱FX2N型號的PLC的硬件結(jié)構(gòu)及其編程軟件GXDeveloper和仿真軟件GXSimulator進行深入學習，掌握其主要編程方法；⑷采用三菱PLC對實驗臺的控制系統(tǒng)進行改造（包括硬件選型，繪制外部接線圖，編程PLC控制程序等）；⑸對液壓仿真軟件FluidSIM進行深入學習，并使用液壓仿真軟件FluidSIM對改進后的實驗臺的相應實驗項目進行仿真。1.3設(shè)計的主要內(nèi)容 本課題包括使用PLC對實驗臺原繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的改造和使用仿真軟件FluidSIM對改造后的實驗臺的相應實驗項目進行仿真兩個方面的內(nèi)容。⑴使用PLC對實驗臺原繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的改造①參考原實驗臺的使用說明書，以及搜集和查閱該實驗臺的相關(guān)資料，對實驗臺的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)及其實驗項目進行深入的了解和研究；②對該實驗臺的液壓系統(tǒng)原理圖進行改進，使得實驗項目由原來的3個擴展為7個，并明確改進后實驗臺控制系統(tǒng)的被控對象（2個液壓泵的電動機、7個電磁閥、2個液壓缸、3個指示燈、速度缸17的位移和實驗壓力）；③對三菱FX2N型號的PLC的硬件結(jié)構(gòu)及其編程軟件GXDeveloper深入學習；根據(jù)⑵確定整套系統(tǒng)需要模擬量輸入共2點，數(shù)字量輸入點19點，數(shù)字量輸出共14點，總I/O的點數(shù)為35點。并使用三菱的編程軟件GXDeveloper編制了PLC控制主程序。⑵使用仿真軟件FluidSIM對改造后的實驗臺的相應實驗項目進行仿真①對液壓仿真軟件FluidSIM進行深入學習；②使用液壓仿真軟件FluidSIM對改進后的實驗臺的相應實驗項目進行仿真。圖1QCS003B型液壓實驗臺的外形圖圖2QCS003B型液壓實驗臺原繼電器接觸器控制線路圖2.3基于PLC的QCS-003B液壓教學實驗臺控制系統(tǒng)的軟件編制使用三菱PLC編程軟件GXDeveloper編制QCS-003B液壓教學實驗臺控制系統(tǒng)的程序?？刂浦鞒绦蛉鐖D6所示。圖6PLC控制主程序3.使用FluidSIM軟件對改進后的QCS003B型液壓實驗臺的液壓回路實驗進行仿真FluidSIM是目前較為流行的典型氣動控制仿真軟件，它將CAD功能與仿真功能緊密結(jié)合在一起，可對基于元件物理模型的回路圖進行實際仿真，包括FluidSIM-P和FluidSIM-H兩部分。充分應用FluidSIM-H強大的仿真功能對QCS003B型液壓實驗臺的7個液壓回路實驗進行相關(guān)仿真。圖5PLC外部接線圖3.1使用FluidSIM軟件對液壓泵的性能實驗（實驗一）進行仿真使用FluidSIM軟件，在FluidSIM-H環(huán)境中搭接液壓泵特性實驗仿真的液壓回路。如圖7所示。圖7關(guān)閉節(jié)流閥10時液壓泵的特性實驗油路的仿真畫面說明：電纜和液壓管路的顏色顏色含義深藍色氣壓管路：壓力大于或等于最大壓力的50％淡藍色氣壓管路：壓力小于最大壓力的50％淡紅色電纜：有電流流動實驗步驟：1、將電磁閥12的控制旋鈕置于“0”位，使電磁閥12處于中位，電磁閥11的控制旋鈕置于“0”位，閥11斷電處于下位。全部打開節(jié)流閥10和溢流閥9，接通電源，讓被試泵8空載運轉(zhuǎn)幾分鐘，排除系統(tǒng)內(nèi)的空氣。2、關(guān)閉節(jié)流閥10，慢慢關(guān)小溢流閥9，將壓力P調(diào)至6.86MPa，然后用鎖母將溢流閥9鎖住。3、逐漸開大節(jié)流閥10的通流截面，使系統(tǒng)壓力P降至泵的額定壓力6.178MPa，觀測被試泵的壓力脈動值（做兩次）。4、全部打開節(jié)流閥10，使被試泵的壓力為零（或接近零），測出此時的流量，此即為空載流量。再逐漸關(guān)小節(jié)流閥10的通流截面，作為泵的不同負載，對應測出壓力p、流量q和電動機的輸入功率N表。注意，節(jié)流閥每次調(diào)節(jié)后，須運轉(zhuǎn)一、兩分鐘后，再測有關(guān)數(shù)據(jù)。壓力p—從壓力表p6上直接讀數(shù)；流量q—用秒表測量橢圓齒輪流量計指針旋轉(zhuǎn)一周所需時間，根據(jù)公式求出流量q；電動機的輸入功率N表—從功率表19上直接讀數(shù)（電動機效率曲線由實驗室給出）；圖8節(jié)流閥10打開10％時液壓泵的特性實驗油路的仿真畫面3.2使用FluidSIM軟件對節(jié)流調(diào)速性能實驗（實驗二）進行仿真圖4為QCS003B型液壓實驗臺節(jié)流調(diào)速回路性能實驗的液壓系統(tǒng)原理圖。該液壓系統(tǒng)由兩個回路組成。圖4的左半部是調(diào)速回路，右半部則是加載回路。在加載回路中，當壓力油進入加載液壓缸18右腔時，由于加載液壓缸活塞桿與調(diào)速回路液壓缸17（以后簡稱工作液壓缸）的活塞桿將處于同心位置直接對頂，而且它們的缸筒都固定在工作臺上，因此工作液壓缸的活塞桿受到一個向左的作用力（負載FL），調(diào)節(jié)溢流閥9可以改變FL的大小。在調(diào)速回路中，工作液壓缸17的活塞桿的工作速度V與節(jié)流閥的通流面積a、溢流閥調(diào)定壓力P1（泵1的供油壓力）及負載FL有關(guān)。而在一次工作過程中，a和P1都預先調(diào)定不再變化，此時活塞桿運動速度V只與負載FL有關(guān)。V與FL之間的關(guān)系，稱為節(jié)流調(diào)速回路的速度負載特性。a和P1確定之后，改變負載FL的大小，同時測出相應的工作液壓缸活塞桿速度V，就可測得一條速度負載特性曲線。3.2.1采用節(jié)流閥的進油路節(jié)流調(diào)速回路使用FluidSIM軟件，在FluidSIM-H環(huán)境中搭接液壓泵特性實驗仿真的液壓回路。如圖9所示。圖9節(jié)流閥5打開50％時進油路節(jié)流調(diào)速實驗油路的仿真畫面圖10節(jié)流閥5打開90％時進油路節(jié)流調(diào)速實驗油路的仿真畫面3.2.2采用節(jié)流閥的回油路節(jié)流調(diào)速回路圖11節(jié)流閥6打開40％時回油路節(jié)流調(diào)速實驗油路的仿真畫面圖12節(jié)流閥6打開90％時回油路節(jié)流調(diào)速實驗油路的仿真畫面3.2.3采用節(jié)流閥的旁圖13節(jié)流閥7打開40％時旁油路節(jié)流調(diào)速實驗油路的仿真畫面圖14節(jié)流閥7打開80％時旁油路節(jié)流調(diào)速實驗油路的仿真畫面3.2.4采用調(diào)速閥的進圖15調(diào)速閥8流量為1L/m時旁油路節(jié)流調(diào)速實驗油路的仿真畫面圖16調(diào)速閥8流量為6L/m時旁油路節(jié)流調(diào)速實驗油路的仿真畫面3.3使用FluidSIM軟件對溢流閥靜態(tài)性能實驗（實驗三）進行仿真使用FluidSIM軟件，在FluidSIM-H環(huán)境中搭接液壓泵特性實驗仿真的液壓回路。如圖17所示。1818圖17溢流閥靜態(tài)性能實驗液壓系統(tǒng)原理圖試驗內(nèi)容1．調(diào)壓范圍及壓力穩(wěn)定性1）逐步打開溢流閥14的調(diào)壓手柄，通過壓力表p12—2，觀察壓力下降的情況，看是否均勻，是否有突變或滯后等現(xiàn)象，并讀出調(diào)壓范圍最小值。再逐步擰緊調(diào)壓手柄，觀察壓力的變化情況，讀出調(diào)壓范圍最大值。反復實驗不是少于3次。2）調(diào)節(jié)被壓閥14，在調(diào)壓范圍取5個壓力值，（其中包括調(diào)壓范圍最高值63kgf/cm2），每次用壓力表p12—2分別測量各壓力下的壓力振擺值，并指出最大壓力振擺值。3）調(diào)節(jié)被試閥14至調(diào)壓范圍最高值63kgf/cm2，壓力表p12—2，測量一分鐘內(nèi)的壓力偏移值。2．卸荷壓力和壓力損失1）

卸荷壓力將被試閥14的壓力調(diào)至調(diào)壓范圍的最高值（63kgf/cm2），此時流過閥的溢流量為試驗流量。然后將二位二通電磁換向閥16通電，被試閥的額卸荷口（遠程控制口）即通油箱。用壓力表p12—2測量壓力值，即為卸荷壓力。

注意：當被試閥的壓力調(diào)好之后應將p12—2壓力表開關(guān)轉(zhuǎn)至O位，待16通電后，再將壓力表開關(guān)轉(zhuǎn)至壓力接點讀出卸荷壓力值，這樣可以保護壓力表不被打壞。2）壓力損失在實驗流量下，調(diào)節(jié)被壓閥14的調(diào)壓手輪至全開位置，用壓力表p12—2，測量壓力值。3．起閉特性關(guān)閉溢流閥11，調(diào)節(jié)被試閥14至調(diào)壓范圍的最高值63kgf/cm2，并鎖緊其調(diào)節(jié)手柄，使通過被試閥14的流量為試驗流量。1）閉合特性慢慢松開溢流閥11的手柄，使系統(tǒng)壓力分10檔逐漸降低，每次記錄過被試閥14的流量，直到被試閥14的溢流量減少到額定流量的1%（小流量時用量杯測量）。此時的壓力為閉合壓力（由壓力表p12—2讀出）。繼續(xù)松開溢流閥11的手柄，直到全部流量從溢流閥11流走。2）開啟特性反向擰緊溢流閥11的手柄，從被試閥14不溢流開始，使系統(tǒng)壓力逐漸升高，當被試閥14的溢流量達到實驗流量的1%時，此時的壓力為開啟壓力，再繼續(xù)擰緊溢流閥11的手柄，分10檔逐漸升壓，一直升到被試閥14的調(diào)壓范圍最高值63kgf/cm2。記下每次相應的壓力和流量。

注意：為了減少測量誤差，啟閉特性實驗中溢流閥11的調(diào)壓手柄應始終向響應的方向旋轉(zhuǎn)。圖18溢流閥11壓力為6.86MPa時溢流閥靜態(tài)性能實驗的仿真畫面圖19溢流閥14壓力為6.2MPa時溢流閥靜態(tài)性能實驗的仿真畫面圖20溢流閥11關(guān)閉后溢流閥靜態(tài)性能實驗的仿真畫面3.4使用FluidSIM軟件對液壓泵8卸荷實驗（實驗四）進行仿真在圖4中，當二位二通電磁閥11和二位二通電磁閥15都通電，液壓泵的出口通過溢流閥14的的遠程控制口k和二位二通電磁閥15回油箱。液壓泵8卸荷。由于FluidSIM軟件中沒有帶遠程控制口k的溢流閥，所以無法仿真。3.5使用FluidSIM軟件對速度液壓缸17的差動快速運動回路實驗（實驗五）進行仿真使用FluidSIM軟件，在FluidSIM-H環(huán)境中搭接液壓泵特性實驗仿真的液壓回路。如圖21所示。圖21速度液壓缸17快進時的仿真畫面圖22速度液壓缸17工進時的仿真畫面圖23速度液壓缸17快退時的仿真畫面圖24速度液壓缸17停止時的畫面3.6使用FluidSIM軟件對速度液壓缸17和加載缸18的順序動作回路實驗（實驗六）進行仿真使用FluidSIM軟件，在FluidSIM-H環(huán)境中搭接液壓泵特性實驗仿真的液壓回路及其電氣回路。如圖25所示。圖25速度液壓缸17和加載缸18的順序動作回路實驗的液壓回路及其電氣回路圖26速度液壓缸17退時的液壓回路及其電氣回路仿真畫面3.7使用FluidSIM軟件對組合機床液壓系統(tǒng)仿真實驗（實驗七）進行仿真使用FluidSIM軟件，在FluidSIM-H環(huán)境中搭接液壓泵特性實驗仿真的液壓回路及其電氣回路。如圖27所示。圖27組合機床液壓系統(tǒng)仿真實驗的液壓回路及其電氣回路圖28組合機床