[信息与通信]基于PLC的液压实验台系统的研制与开发.doc

用来控制系统中油路的接通、切断和流向。图中的换向阀采用的是一类三位四通换向阀。当电磁换向阀没有得电时，液压泵输出的油液将直接流回油箱；当它的左位得电时，油液将流入液压缸左腔，从而使液压缸活塞杆向右移动，右腔回油；同理，当它的右位得电时，油液将流入液压缸右腔，使液压缸活塞杆向左移动，左腔回油。经过上面的动作后，液体的压力能便转换成了机械能[4，5]。 液压传动系统的特点简单介绍如下： （1）液压传动系统的体积小、重量轻，结构布置方便灵活。 （2）液压系统的运动惯性小，反应速度快，容易实现直线运动。 （3）操纵控制（起动、制动、换向等）方便，可实现大范围的无级调速，还可以进行自动过载保护。 （4）采用电液联动之后，容易实现机器的自动化以及远程控制，直至遥控。 （5）系统一般采用矿物油作为工作介质，相对运动部位可以自行润滑，增加了它的使用寿命。 （6）传递的力量比较大，且传递的力有“柔性”。 图1-1 基本的液压传动系统 1.3 液压实验台的国内外研究现状与发展趋势 1.3.1 液压实验台的国内外研究现状 液压实验台是生产和开发液压元件与液压系统的重要实验设备，它也是高等工科院校普遍使用的一种实验设备，是培养学生创新能力的平台[6]。常见的液压实验设备的缺点有（l）传统的实验台中，用矿物油作为工作介质，其质量和清洁度都会影响实验台的运行，进而影响实验结果；（2）如果要保持设备运行良好，就必须对实验台进行实时维护。其中包括控制污染、泄露、温升等问题，使相应的电气线路和配套仪器处于良好状态；（3）液压实验台由标准化程度高、通用性强的液压元件组成，而且液压系统的故障具有隐蔽性和可变性，它的故障诊断和维修都比较困难，常常采用更换性维修方法[7]。 早期的液压测试系统大部分都是按照“传感器十模拟二次仪表”的模式组成由于采用的是手工测试、记录，它的工作过程复杂而且不易控制。测试的过程与结果又多受人为因素影响，所以测试系统对操作人员的素质要求比较高。随着液压技术、控制技术、计算机技术和电力电子技术等的发展，新的液压实验台己经朝着高速、高效、智能化、多功能化和多样化的液压计算机辅助测试（CAT）的方向发展[8]。 最早的利用计算机进行试验数据处理的是美国的Sundstrand公司，在取得了比较好的成果后，开始向外推广。但是早期的计算机系统庞大，成本较高，不利于加入控制系统中。随着1974年集成微处理器的问世，计算机开始以极快的速度应用于各个领域，在液压测试系统中也得到了初步应用[9]。通过近30年的发展，我国液压测试技术也有了很大的进展。从70年代后期开始，一些企业和高校相继引入了液压CAT技术，用来满足对自身系统的控制要求。液压CAT的应用模式经过了四个阶段：常规二次仪表十单片机十汇编语言阶段；常规二次仪表+专用接口+计算机+高级（或汇编语言）+输出设备阶段；通用接口+微型机系统阶段；兼有测试试验数据处理和计算机控制功能的微机系统阶段从测试系统的功能来看，已经开发的液压CAT又有两种模式：一种是由计算机对测试装置进行控制并完成测试过程中数据采集、处理一体化的系统，如北京机械工业自动化研究所的液压阀、液压缸、液压泵、液压马达试验台CAT系统；另一种是计算机不用对测试装置进行控制，只进行数据采集、信号处理和实验结果输出的系统，如北京理工大学设计的液压泵、液压马达、液压泵的系统工作特性的CAT系统[10，11]。 目前国内的液压CAT系统可靠性较高，但是由于它的研究年代较早，软硬件性能均不高，需要进行一定程度上的改进。 1.3.2 液压实验台的发展趋势 随着控制技术、计算机技术、通信技术、网络技术的发展，液压实验台的设计要求也越来越高。其总体发展趋势可以归纳如下： （l）分布式控制系统的应用。国内现有的液压系统大多采用分布式控制，这种方式有利于控制过程中数据的采集与转换，提高了系统的控制精度。 （2）虚拟仪器在实验设备中的广泛使用。1986年，美国国家仪器公司（NI）提出了虚拟仪器（Virtuallnstrument，VI）的概念。从此，虚拟仪器开始逐渐进如应用领域。虚拟仪器技术是最近几年发展起来的应用于工业检测方面的一种新技术，它是在PC基础上，通过增加相关硬件和软件，构建而成的具有可视化界面的测试仪器系统。虚拟仪器的应用，有力地促进了多年来发展相对缓慢的传统测试仪器技术的发展，形成了既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器[12，13]。和传统仪器相比，虚拟仪器具有巨大的优越性： l）虚拟仪器融合了计算机强大的硬件资源，突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制，大大增强了传统仪器的功能； 2）它利用计算机丰富的软件资源，实现了部分仪器硬件的软件化，在节省物质资源的同时，增加了系统的灵活性