基于PLC的液压综合实验台在实验教学中的应用
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作者:曾亿山 张涛 高干 陈兵
摘 要： 针对液压传动和PLC自动控制原理等课程的实验教学，本文从液压传动系统和PLC电气控制系统的工作原理及设计方法出发，并以液压传动基本回路为例进行详细的分析和介绍，阐述了基于PLC的液压综合实验台在实验教学中的应用，以其系统化、模块化等优势，将液压传动系统模块与PLC自动控制系统模块相协同配合，能充分满足现代化实验教学需要，具备良好的教学效果。
关键词： 液压综合实验台 PLC 电气控制系统液压回路
中图分类号：G642文献标识码：A 文章编号：
Application of Hydraulic Comprehensive Test Bench Based on PLC in Experiment Teaching
ZENG Yishan ZHANG Tao GAO Gan CHEN Bing
（1. Hefei University of Technology， Hefei， Anhui Province， 230009 China）
Abstract：For hydraulic transmission and PLC automatic control principle course such as experimental teaching， this article from the hydraulic transmission system and the working principle and design method of PLC electrical control system， the basic circuit and hydraulic transmission as an example for detailed analysis and introduction， this paper expounds the hydraulic experiment platform based on PLC application in the experimental teaching， with its advantages of the systematic， modular， The combination of hydraulic transmission system module and PLC automatic control system module can fully meet the needs of modern experimental teaching and have good teaching effect.
Key words：Hydraulic comprehensive test bench; PLC; Electrical control system; The hydraulic circuit
液压传动课程作为高等院校机械电子工程专业的基础核心课程[1]，其理论与实践结合较强，具备一定的实用性和综合性，随着智能制造工程的不断发展和创新实验教学的逐步改革，和PLC自动控制原理等多课程相结合进行实验教学，不仅是机电液一体化技术的重要组成部分[2]，还能够很好地满足现代化实验教学的需要。
本文以液压传动系统基本理论知识为基础，结合PLC电气控制系统的工作原理及设计方法，包括电磁换向阀动作顺序、I/O分配表、PLC外部接线图、PLC编程控制梯形图等，并以液压传动基本回路为例进行了详细的分析和介绍，阐述了基于PLC的液压综合实验台在实验教学中的应用。这种现代化实验教学模式可以将抽象的理论知识形象生动化，提高学生的自主学习能力[3]，不仅能够便于学生掌握液压传动的基础理论，还能熟练掌握PLC的控制原理和编程方法。
1 液压综合实验台简介
液压综合实验台一般是由液压系统、电气控制系统和台架装置组成，其中液压系统由液压执行元件、控制元件和液压泵站等组成;电气控制系统是由PLC控制单元，结合行程开关、控制按钮和继电器等相关电气元件组成[4]。
如图1所示的液压综合实验台PLC控制原理图，输入设备采集选择开关、控制按钮、行程开关和接近开关等输入的主令信号或检测信号，实验平台通过输入设备将信号并输送到PLC控制系统，经PLC控制系统计算、处理和转换后与工控机保持通信，PLC控制系统将接收的反馈信号传递给输出设备，根据工控机的程序控制要求，换向阀等控制元件工作，控制液压缸等执行元件进行相应的运动，完成整个液压传动过程。通过液压综合实验台PLC控制原理图，可以很清晰地看出该实验台将液压系统、PLC控制系统和计算机系统相互串联结合，使之具备系统化、模块化、多功能的特点。
2 液压综合实验台工作原理及设计方法
液压基本回路包括节流调速回路、差动回路、顺序动作回路及i紧回路等。下面以液压差动回路为例，从液压传动系统原理、PLC电气控制两个方面来详细介绍液压综合实验台工作原理及设计方法。
2.1液压差动回路原理分析
液压差动回路是一种快速运动回路，其原理为液压缸无杆腔的面积比有杆腔大，会产生一定的压力差使得有杆腔的油液回流进入到无杆腔，驱动液压缸活塞杆作伸张运动，在不增加液压泵流量及不使用其他辅助元件的情况下提高执行元件的运动速度，保证小流量下实现高速度[5]。
如图2所示的液压差动回路系统原理图，该液压差动回路利用换向阀的工作位置切换来控制液压缸中无杆腔和有杆腔的油液方向和流量大小，进而实现液压缸的快进、工进和快退等动作要求。
2.2 PLC电气控制系统分析
液压综合实验台的电气控制系统以PLC为核心，由三菱FX1N-20MR可编程程序控制作为主控单元与相关电气元件组成。PLC通过接收控制按钮、行程开关等发出的控制信号，实现对驱动液压泵的电机启动、停止控制，以及电磁换向阀的换向动作控制，根据要求进行PLC编程，可以实现对液压执行元件设定的顺序控制和自动控制[6]。
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