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比例阀控液压缸位置PID闭环控制的PLC软件实现

李艳杰;崔天宇;王海;马鹤;苗鑫超

【摘要】Asoftwareimplementationmethodofhydrauliccylinderposition

PIDclosedloopcontrolinproportionalvalvecontrolsystemusingSiemens

S7-200wasproposed.Theblockdiagramandladderprogramwas

given,andexperimentalstudiesinFestoTP701proportionalhydraulictest

bedwasdone.Experimentalstudieshaveshownthattheproportionof

open-loopcontrolsystem,usingsoftwaremethodscanachievetheclosed-

loopcontrolofpositionandotherphysicalquantities,tocontrolthe

performanceofprecisionandanti-jammingcapabilitytomeetthedemand

ofgeneralindustrialapplications.%提出一种利用西门子S7-200实现比例阀控

制系统中液压缸位置PID闭环控制的软件实现方法,给出了程序框图及梯形图程序,

并在FestoTP701比例液压试验台上进行实验研究.实验研究表明,开环比例控制系

统中,利用软件的方法可实现位置等物理量的闭环控制,控制精度和抗干扰能力等性

能可满足一般工业应用的需求.

【期刊名称】《沈阳理工大学学报》

【年(卷),期】2013(032)004

【总页数】5页(P37-40,46)

【关键词】比例阀;位置闭环控制;PID;PLC

【作者】李艳杰;崔天宇;王海;马鹤;苗鑫超

【作者单位】沈阳理工大学机械工程学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学机械工

程学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学机械工程学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工

大学机械工程学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学机械工程学院,辽宁沈阳

110159

【正文语种】中文

【中图分类】TH137

电液比例阀是以传统的工业用液压控制阀为基础，采用可靠、廉价的模拟式电气-

机械转换装置(比例电磁铁等)将电信号转换为位移信号，连续地控制液压系统中工

作介质的压力、方向或流量的一种液压元件［1］。此种阀工作时，阀内电气-机

械转换装置根据输入的电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸

发生改变，以此完成与输入电压成比例的压力、流量输出。电液比例阀的应用简化

了液压系统，并能防止压力或速度变换时的冲击现象，同时克服了伺服阀液压控制

系统中存在的功率损失大、制造和维护成本高、对油液过滤要求较苛刻等问题。目

前比例阀控制系统被广泛应用于电梯、注塑机、锻压机、工程机械等多个工业领域

［2］。和伺服控制系统不同的是，比例控制系统本身是开环控制系统，其控制精

度与伺服控制系统相比相差较大。为使比例控制系统在保持原有优势的同时，提高

系统控制精度，更好地满足工业需求，可采用计算机控制的方法通过软件编程在比

例控制系统中实现位置、速度等参量的闭环控制。本文提出一种利用PLC控制器

实现比例阀控液压缸的位置PID闭环控制的软件实现策略，该策略在Festo

TP701比例控制实验台上进行了实验验证。实验表明，该方法简单可靠、能实现

位置闭环控制、控制精度较高，可满足工业需求。

1比例阀控制技术

比例阀介于常规开关阀和闭环伺服阀之间，已成为现今液压系统的常用组件，为开

环控制系统。该类系统的基本信号流程图如图1所示。

图1比例阀控制系统信号流程图

比例放大器将输入电压信号(一般为0～±10V)成比例地转化为电流，即输出变量，

其额定输出电流一般在0～3A之间，可根据比例电磁铁的驱动电流需求选择满足

要求的电流放大器。比例电磁铁产生一个与输入变量成比例的力或位移输出。液压

阀以这些输出变量(力或位移)作为输入信号按比例输出流量或压力，使液压执行机

构不仅可进行方向控制，同时可进行速度和压力的无级调控。

从图1可以看出，比例阀控制系统本身是开环控制系统，比例放大器根据调定的

设