液压系统电气控制虚拟实验系统开发.doc

液压系统电气控制虚拟实验系统的开发 　　摘 要 基于组态王和三菱PLC软件，开发一套液压系统电气控制可视化虚拟教学实验系统，利用该系统可实现液压系统的继电器控制或PLC控制实验。以机床工作台液压系统继电器控制为例，介绍整个虚拟实验系统的构成方案和详细实现过程。仿真运行和教学效果表明：该虚拟实验系统可实现从虚拟操作台操作、继电器触点动作和虚拟液压系统动作的实时全联动，能够直观、逼真地显示真实液压系统继电器控制中控制信号传递及相互作用全过程，解决学生学习液压系统微机控制专业课程中对隐藏于液压系统电气控制系统硬件内部的控制信号感觉抽象、难以理解的问题 关键词 液压系统；电气控制；组态王；虚拟教学实验系统 中图分类号：TH137 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2016）20-0043-04 1 引言 “液压系统微机控制”是兰州理工大学液压专业学生一门重要的专业课程，目的是培养学生掌握液压系统电气控制的软硬件构成和基本工作原理，使学生具备解决液压系统一般电气控制的工程应用能力。目前液压系统的电气控制可分为继电器控制和PLC控制。继电器控制主要用于小型液压系统的简单逻辑控制，PLC控制由于PLC内部为半导体集成电路而使其具有触点无限多、控制速度快、调试修改方便等优点，用于控制功能多、可靠性要求高的场合[1]?? 液压系统电气控制中不论是继电器控制还是PLC控制，学习的核心内容都是控制信号在控制系统硬件内部如何传输、相互影响和作用。这些内容即使用真实的液压系统电气控制实验设备实验时也无法直观看到和学到，学生在学习中对此也感觉抽象、不易理解。因此，本项目组设计开发液压系统电气控制虚拟实验系统，实现液压系统电气控制中控制信号的直观可视化 2 虚拟实验系统的构成方案 本虚拟实验系统的构成方案如图1所示，主要由模拟PLC、数据接口和模拟液压系统三部分构成 1）模拟PLC部分用来模拟一台真实的PLC，进行已编PLC程序的下载、运行和数据输入、运算结果的输出。PLC的模拟仿真是依靠计算机上安装的三菱PLC编程软件GX Developer、三菱PLC仿真软件GX Simulator来实现的。其中，GX Developer主要提供PLC程序的图形化编辑平台，在GX Developer中可完成三菱全系列PLC的编程、监控、调试和维护工作，支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB编程。编写好的PLC控制程序通过调用GX Simulator实现已编控制程序的下载和虚拟PLC的模拟运行 2）模拟液压系统部分是依靠在组态软件组态王中通过新建液压系统电气控制画面、编写命令语言、建立数据变量和OPC服务连接等实现操作者操作信号输入、模拟PLC运行结果的输入及其对应的虚拟液压系统动作响应过程的模拟 3）数据接口部分是依靠在三菱MX OPC Server软件中建立模拟PLC对应的数据库并提供OPC服务，实现模拟PLC与模拟液压系统间控制信号数据的交换 3 机床工作台液压系统继电器控制的实现 仿真图形画面设计 根据机床工作台的液压系统工作原理以及需要的电气控制要求和实际电气控制系统的接线图，在组态王软件的画面开发系统中插入相应的按钮、图片、管道、连线等，建立机床工作台液压系统继电器控制的仿真画面（如图2所示）。为了能实时显示各个继电器、接触器触点的动作过程，自建继电器、接触器触点的组合图素，通过调用组合图素的水平移动来模拟各触点的闭合与断开 继电器逻辑控制 机床工作台液压系统继电器逻辑控制过程为：按下启动按钮SB2，接触器线圈KM1得电，与SB2并联的KM1常开触点闭合，KM1主触点闭合，电机带动液压泵转动；当SA1处于手动模式时，其对应的触点断开，按下左移按钮SB3，继电器KA1线圈得电，KA1的常开触点闭合，电磁换向阀线圈YA0通电，换向阀给液压缸右腔供油，液压缸带动工作台左移，当工作台左移碰触到行程开关SQ1后KA1线圈失电，YA0断电工作台停止左移；按下右移按钮SB4，继电器KA2线圈得电，电磁换向阀线圈YA1通电，换向阀给液压缸左腔供油，液压缸带动工作台右移，当工作台右移碰触到行程开关SQ2后KA2线圈失电，YA1断电工作台停止右移；当SA1切换到自动模式时，工作台自动执行上述左移、右移的动作；按下停止按钮SB1时，所有接触器、继电器和电磁铁失电，工作台停止运动 考虑到用PLC梯形图进行逻辑控制时具有编程简单、运行状态直观、调试方便等优点，因此通过编写梯形图程序来实现继电器控制元件之间的逻辑运算关系。继电器控制元件与PLC地址间的对应关系见表1。在三菱编程软件GX Developer下实现继电器控制逻辑运算关系对应的梯形图程序如图3所示 建立数据接口数据库 在MX OPC Co