【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 制，使用了較多的機(jī)械觸頭，連線較多，故障率高，觸頭易受電弧損壞，壽命短。所以該操作臺(tái)需要經(jīng)常的，定時(shí)地進(jìn)行檢修維護(hù)。因此可靠性和可維護(hù)性差。 項(xiàng)目改造總體要求和技術(shù)參數(shù) 總體要求1． 同時(shí)滿足MT3122000和DBT公司關(guān)于液壓支架測(cè)試的各種標(biāo)準(zhǔn)要求。2．液壓和測(cè)控系統(tǒng)按照3路進(jìn)行設(shè)計(jì)，且同時(shí)滿足自動(dòng)操作和手動(dòng)操作的要求。3．可以進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)，且完成內(nèi)循環(huán)加載所需要的相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)的采集、記錄、顯示以及打印功能。5．按照不同的支架所要求的技術(shù)數(shù)據(jù)，設(shè)定相應(yīng)的加載給定數(shù)據(jù)。如保壓時(shí)間和壓力參數(shù)。6．系統(tǒng)具備完善的故障診斷、故障報(bào)警以及手動(dòng)、自動(dòng)切換功能等。7．系統(tǒng)易于操作和維護(hù)。 技術(shù)參數(shù)1．系統(tǒng)入口Pmax：，Pmin：20Mpa。2．支柱所需Pmax：75Mpa，Pmin：50Mpa；3．系統(tǒng)流量Qmax：400L/min；4．被試件工作介質(zhì)：乳化液（5%油，95%水）；5．工作用液選用25μm精度的過(guò)濾系統(tǒng)；6．動(dòng)作循環(huán)時(shí)間：對(duì)于φ360的缸徑，在進(jìn)行耐久性試驗(yàn)時(shí)頻率為每小時(shí)200次；7．增壓系統(tǒng)分別為1：4（φ200：φ100）、1：9和1：9（φ140：φ45）三路增壓系統(tǒng)； 測(cè)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的工作原理圖已經(jīng)給出，該液壓系統(tǒng)包括外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)，外循環(huán)液壓系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)液壓支架試驗(yàn)臺(tái)的調(diào)高和定位動(dòng)作。內(nèi)循環(huán)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)液壓支架的內(nèi)加載和水平加載動(dòng)作。外循環(huán)主要控制四個(gè)調(diào)高閥和四個(gè)插銷閥的動(dòng)作。外循環(huán)的液壓系統(tǒng)原理圖見(jiàn)所繪圖紙中液壓系統(tǒng)原理圖（第1張）。內(nèi)循環(huán)液壓系統(tǒng)有三個(gè)油路，主要功能是能方便的滿足液壓支架試驗(yàn)過(guò)程中的各種加載動(dòng)作。其中有一個(gè)油路備用，液壓簡(jiǎn)圖如圖2－1所示：v 圖2－1 內(nèi)循環(huán)液壓系統(tǒng)原理圖該液壓系統(tǒng)包括自動(dòng)和手動(dòng)操作兩種情況：1． 手動(dòng)作的目的是：（1）液壓支架加載前和卸載的姿態(tài)調(diào)整；（2）在自動(dòng)完全失效時(shí)使試驗(yàn)臺(tái)繼續(xù)工作。2．液壓系統(tǒng)手動(dòng)操作過(guò)程：（1） 打開(kāi)開(kāi)關(guān)閥1；（2） 關(guān)閉3號(hào)截止閥，打開(kāi)6號(hào)截止閥；（3） 操作手動(dòng)換向閥2至充液位至初撐壓力；（4） 通過(guò)調(diào)動(dòng)手動(dòng)換向閥1進(jìn)行增壓至試驗(yàn)壓力，進(jìn)行保壓；（5） 到試驗(yàn)保壓時(shí)間后，將手動(dòng)換向閥2調(diào)至卸荷位對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行卸荷；（6） 按MT312—2000標(biāo)準(zhǔn)或DBT標(biāo)準(zhǔn)重復(fù)動(dòng)作滿足試驗(yàn)要求。（7） 試驗(yàn)完畢后，關(guān)閉開(kāi)關(guān)閥1。3．自動(dòng)工作的目的是：（1） 提高壓架效率；（2） 增加試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試及記錄精度；（3） 改善操作工人的工作環(huán)境，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；4．液壓系統(tǒng)的自動(dòng)過(guò)程：（1） 打開(kāi)開(kāi)關(guān)閥1；（2） 關(guān)閉6號(hào)截止閥，打開(kāi)3號(hào)截止閥；（3） 切換電液換向閥2至充液位至初撐壓力；（4） 通過(guò)切換電液換向閥1進(jìn)行增壓至試驗(yàn)壓力，進(jìn)行保壓；（5） 達(dá)到試驗(yàn)保壓時(shí)間后，切換電液換向閥2至卸荷位對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行卸荷；（6） 重復(fù)動(dòng)作，直至滿足試驗(yàn)設(shè)定的循環(huán)壓架的次數(shù)要求。 測(cè)控系統(tǒng)方案比較 根據(jù)項(xiàng)目的總體要求，該電氣控制系統(tǒng)主要指的是實(shí)現(xiàn)主油泵、充油泵、調(diào)高電磁閥、插銷電磁閥，電液換向閥的三個(gè)油路的控制。以及壓力數(shù)據(jù)的測(cè)試和采集。除此之外還要有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。 SZL－1000/300型試驗(yàn)臺(tái)的主要控制對(duì)象如下： 主油泵控制：開(kāi)關(guān)量輸入：手動(dòng)啟動(dòng)、手動(dòng)停止，故障接點(diǎn)；開(kāi)關(guān)量輸出：油泵運(yùn)行 模擬量采集：無(wú) 充液泵控制開(kāi)關(guān)量輸入：手動(dòng)啟動(dòng)、手動(dòng)停止，故障接點(diǎn)；開(kāi)關(guān)量輸出：油泵運(yùn)行 模擬量采集：無(wú) 總供液閥yv1控制:開(kāi)關(guān)量輸入：閥開(kāi)/閥關(guān)鈕子開(kāi)關(guān)， 總供液閥：得電/失電 支架升降控制：（yv2,yv3,yv31,yv32,yv33,yv34）開(kāi)關(guān)量輸入：閥開(kāi)/閥關(guān)按鈕，閥狀態(tài)運(yùn)行反饋開(kāi)關(guān)量輸出：電磁閥動(dòng)作 模擬量采集：無(wú) 插銷伸縮控制：（yv4,yv41,yv42,yv43,yv44,yv45,yv46,yv47,yv48）開(kāi)關(guān)量輸入：9個(gè)閥開(kāi)/閥關(guān)按鈕， 4個(gè)行程到位信號(hào)；開(kāi)關(guān)量輸出：9個(gè)電磁閥動(dòng)作 模擬量采集：無(wú) 第一組內(nèi)循環(huán)增壓缸控制開(kāi)關(guān)量輸入：4個(gè)電液換向閥的閥開(kāi)/閥關(guān)按鈕， 2個(gè)電接點(diǎn)壓力表信號(hào)開(kāi)關(guān)量輸出：4個(gè)電液換向閥動(dòng)作 模擬量采集：1路模擬量輸入信號(hào) 第二組內(nèi)循環(huán)增壓缸控制開(kāi)關(guān)量輸入：4個(gè)電液換向閥開(kāi)/閥關(guān)按鈕， 2個(gè)電接點(diǎn)壓力表信號(hào)開(kāi)關(guān)量輸出：4個(gè)電閥液換向動(dòng)作 模擬量采集：1路模擬量輸入信號(hào) 第三組內(nèi)循環(huán)增壓缸控制開(kāi)關(guān)量輸入：4個(gè)電液換向閥開(kāi)/閥關(guān)按鈕， 2個(gè)電接點(diǎn)壓力表信號(hào)開(kāi)關(guān)量輸出：4個(gè)電液換向閥動(dòng)作 模擬量采集：1路模擬量輸入信號(hào) 數(shù)據(jù)采集模擬量輸入信號(hào)：系統(tǒng)入口壓力，內(nèi)外循環(huán)系統(tǒng)出口壓力，系統(tǒng)出口壓力共3路模擬量信號(hào)； 備用壓力傳感器2個(gè)根據(jù)系統(tǒng)的控制對(duì)象，該系統(tǒng)控制圖如下：圖2－2 測(cè)控系統(tǒng)控制簡(jiǎn)圖在上述控制系統(tǒng)中，采用不同的控制器，模擬量的測(cè)量及信號(hào)的轉(zhuǎn)換方式也隨之改變，使得該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有不同的方案。經(jīng)過(guò)分析提出了以下兩種方案。方案一采用單片機(jī)進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，利用單片機(jī)的輸入輸出口對(duì)各種閥門和油泵電機(jī)的動(dòng)作進(jìn)行控制，選擇合適量程的壓力傳感器對(duì)各種所要求的壓力進(jìn)行測(cè)試，并經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路后，采用A/D轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并處理。然后用LED液晶顯示器顯示所得壓力數(shù)據(jù)。能夠?qū)崿F(xiàn)功能要求。系統(tǒng)控制圖如圖22所示。該方案的優(yōu)點(diǎn)如下所列： 1．單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)在大學(xué)期間學(xué)過(guò)相關(guān)內(nèi)容，設(shè)計(jì)步驟和硬件選型以及程序編制對(duì)本人來(lái)講，都非常熟悉。 2．單片機(jī)以及所配置的芯片相對(duì)來(lái)講價(jià)格低廉，可以降低測(cè)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本。3． 單片機(jī)功耗低，控制功能強(qiáng)。芯片及外圍電路體積小，節(jié)省空間。 圖2－3單片機(jī)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖該方案所存在的問(wèn)題：1． 單片機(jī)對(duì)環(huán)境的要求比較高，抗干擾能力較差。2． 單片機(jī)為控制器的系統(tǒng)需要許多的外圍擴(kuò)展電路，如上圖中的調(diào)理電路（濾波、信號(hào)放大電路）、S/H電路、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換電路、I/O接口電路及其光電隔離電路、干擾抑制電路等，使得印制電路板復(fù)雜。3． 用匯編語(yǔ)言編程速度慢，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)。4． 可擴(kuò)展性和可維護(hù)性能差。方案二采用PLC作為控制器進(jìn)行測(cè)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，可分為以下三步：（1）利用PLC的通訊能力與上位機(jī)進(jìn)行通訊，根據(jù)液壓支架進(jìn)行疲勞試驗(yàn)或者強(qiáng)度試驗(yàn)的具體要求，在上位機(jī)中設(shè)定相應(yīng)的壓力、動(dòng)作時(shí)間以及循環(huán)次數(shù)等相關(guān)參數(shù)。傳送到下位機(jī)PLC中進(jìn)行控制各閥門和電機(jī)的動(dòng)作。（2）由于PLC中有模擬量輸入模塊，壓力傳感器可直接接入PLC的模擬量輸入模塊。（3）上位機(jī)主要完成壓力數(shù)據(jù)、循環(huán)次數(shù)的采集，存貯，顯示以及打印功能，同時(shí)完成自動(dòng)控制過(guò)程中每個(gè)電液閥的動(dòng)作狀態(tài)顯示，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障報(bào)警信息顯示以及打印，繪制時(shí)間壓力變化曲線。同時(shí)生成可以進(jìn)行顯示和打印的報(bào)表。系統(tǒng)控制圖如圖2－4所示 ： 圖2－4 PLC控制簡(jiǎn)圖采用PLC開(kāi)發(fā)測(cè)控系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）可靠性高抗干擾能力強(qiáng)PLC使用了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上，可以直接用在有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。 （2）靈活通用 在實(shí)行不同的控制任務(wù)時(shí)，PLC具有很好的通用性，在控制對(duì)象的控制邏輯需要修改時(shí)，PLC可以方便的實(shí)現(xiàn)新的控制要求。 （3）使用方便，維護(hù)簡(jiǎn)單 PLC控制的輸入模塊、輸出模塊、特殊功能模塊都具有即插即卸功能，連接比較容易。對(duì)于邏輯信號(hào)，輸入和輸出均采用開(kāi)關(guān)方式，不需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)放大；對(duì)于模擬信號(hào)，輸入只要采用傳感器等的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)即可。 （4）具有監(jiān)控功能，通訊能力強(qiáng) 利用編程器或監(jiān)視器可以對(duì)PLC的運(yùn)行狀態(tài)、內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視或修改，利用診斷功能和監(jiān)控功能，可以迅速找到故障點(diǎn)。PLC提供標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口，可以方便的構(gòu)成通訊網(wǎng)絡(luò)。但該方案也存在以下問(wèn)題： （1）PLC在標(biāo)準(zhǔn)化方面較差，PLC的軟硬件結(jié)構(gòu)是封閉的，絕大多數(shù)的PLC使用專用的總線、專用的通訊網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議。 （2）在編程方面，各種PLC產(chǎn)品的編程語(yǔ)言在表示方式、尋址方式和語(yǔ)法結(jié)構(gòu)上都不一致，使得各種PLC互不兼容。 （3）大部分PLC及其所配套的模塊和專用通訊線價(jià)格昂貴。提高了開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的成本。經(jīng)過(guò)兩種方案的比較分析，考慮到該液壓支架試驗(yàn)臺(tái)要求可靠性能比較高，而且在以后的使用過(guò)程中，在測(cè)試性能上有可能再進(jìn)行擴(kuò)展，要求具有比較友好的人機(jī)交互界面等幾個(gè)方面，因此選擇方案二。 總體方案確定 根據(jù)上面的方案比較分析，最后選擇PLC控制器開(kāi)發(fā)該測(cè)試系統(tǒng)。電氣控制簡(jiǎn)圖如圖2－5所示。 上位機(jī)是一個(gè)工程師站\操作員站，里面裝有上位機(jī)編程軟件和PLC編程軟件和控制程序，在上位機(jī)中可以通過(guò)上位機(jī)軟件編寫程序，這樣操作員可以根據(jù)液壓支架的實(shí)際檢驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行壓力、時(shí)間以及油路選擇參數(shù)設(shè)置，通過(guò)一個(gè)編程適配器將上位機(jī)和下位機(jī)來(lái)通訊，進(jìn)行程序下載調(diào)試和變量傳輸。來(lái)控制PLC執(zhí)行過(guò)程中的動(dòng)作。這個(gè)上下位機(jī)之間的關(guān)系可以用圖2－6來(lái)示意。圖2－5 電氣控制簡(jiǎn)圖 圖2－6 上下位機(jī)關(guān)系示意圖3 系統(tǒng)硬件選型設(shè)計(jì) PLC選型 PLC選型依據(jù) 市場(chǎng)上的PLC產(chǎn)品眾多, 在選型時(shí)盡量選用大公司的主流產(chǎn)品，如AB、MODICON、OMRON、MTTSUBISHI、FUTJ、PANASONIC、LG等公司的PLC系列產(chǎn)品，因?yàn)槠滟|(zhì)量有保障，且技術(shù)支持好，一般售后服務(wù)也較好，還有利于用戶的產(chǎn)品擴(kuò)展與軟件升級(jí)?？紤]到鄭州煤礦機(jī)械集團(tuán)在液壓測(cè)試中心已使用了SIEMENS的PLC，因此選用西門子系列的PLC。同一企業(yè)應(yīng)盡量選用一個(gè)類型PLC，主要由于以下3方面的原因：（1） 同一機(jī)型可互為備用，便于備品采購(gòu)；（2） 同一品牌的機(jī)型功能，編程方法相同，有利于技術(shù)人員的培訓(xùn)，便于系統(tǒng)的維護(hù)和維修。（3） 同一品牌的外圍設(shè)備通用，可以進(jìn)行通訊，有利于進(jìn)行以后性能擴(kuò)展。 西門子公司近些年來(lái)的最新的PLC代表產(chǎn)品是S7系列,因此這里考慮選用S7系列的PLC，按控制規(guī)模來(lái)分，其主要機(jī)型如下：（1） 小型機(jī) 以S7200為代表，結(jié)構(gòu)是整體式的，機(jī)型較小，可擴(kuò)展模塊，最多可擴(kuò)展到248個(gè)數(shù)字量I/O口和35路模擬量I/O。（2）