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進(jìn)口電磁閥控制系統(tǒng)的耐久設(shè)計(jì)-德國萊克LIK品牌
發(fā)布時(shí)間:2023/4/14
一、前言
電磁閥是我們所熟知的一種自動(dòng)化儀表執(zhí)行器，作為與企業(yè)安全生產(chǎn)直接相關(guān)的重要工業(yè)產(chǎn)品，在眾多領(lǐng)域有著不可或缺舉足輕重的地位。由于電磁閥結(jié)構(gòu)簡單，使用安全，工作可靠，功率微小，成批產(chǎn)品的性能一致性好，在國外已被廣泛地應(yīng)用于汽車、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械等許多方面。
二、電磁閥控制的相關(guān)知識(shí)
（一）電磁閥（Electromagnetic valve）是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，是用來控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器，并不限于液壓、氣動(dòng)。用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥可以配合不同的電路來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。
（二）工作原理
電磁閥里有密閉的腔，在不同位置開有通孔，每個(gè)孔連接不同的油管，腔中間是活塞，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會(huì)被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動(dòng)來開啟或關(guān)閉不同的排油孔，而進(jìn)油孔是常開的，液壓油就會(huì)進(jìn)入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動(dòng)油缸的活塞，活塞又帶動(dòng)活塞桿，活塞桿帶動(dòng)機(jī)械裝置。這樣通過控制電磁鐵的電流通斷就控制了機(jī)械運(yùn)動(dòng)。
（三）PLC即可編程邏輯控制器
可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。
三、總體設(shè)計(jì)方案及思路
（一）系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求
傳統(tǒng)式以繼電器為主的電機(jī)控制系統(tǒng)中， 每當(dāng)變更設(shè)計(jì)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)幾乎都要重新制作， 不但費(fèi)時(shí)又費(fèi)力；同時(shí)由於繼電器還有接點(diǎn)接觸不良、磨損、體積大之缺點(diǎn)， 因此造成成本升高、可靠性低、不易檢修等問題.。已經(jīng)不能滿足現(xiàn)如今需要經(jīng)常改變生產(chǎn)工藝以及步驟的需要。因此在設(shè)計(jì)中選用 PLC 來完成控制系統(tǒng)的搭建，測(cè)試實(shí)驗(yàn)要求同時(shí)進(jìn)行幾個(gè)電磁閥做耐久性試驗(yàn)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)過程具備可靠的安全保護(hù)功能，保持電磁閥的水壓力在 O.8Mpa，其中電磁閥的開閉時(shí)間、電磁閥動(dòng)作次數(shù)以及電磁閥所處的壓力環(huán)境都可以由實(shí)際情況而設(shè)定的。
（二）控制系統(tǒng)總體方案
在工業(yè)控制領(lǐng)域，對(duì)電磁閥耐久性測(cè)試的研究成為了重要的環(huán)節(jié)。電磁閥耐久性測(cè)試與系統(tǒng)的精密程度、設(shè)備安全、仿真模擬應(yīng)用等技術(shù)問題有著密切的關(guān)系。結(jié)合理論研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的特點(diǎn)，選擇一種有效的設(shè)計(jì)方法也是很必要的，為此繼電接觸器控制我們采用了SIEMENS 編譯環(huán)境編寫PLC 應(yīng)用程序，選用 MCGS 組態(tài)軟件開發(fā)系統(tǒng)檢測(cè)畫面，在上位機(jī)程序中顯示。當(dāng)測(cè)試次數(shù)達(dá)到設(shè)定次數(shù)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止測(cè)試，如此來進(jìn)行電磁閥的耐久性測(cè)試。
1.硬件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件部分主要指 PLC 控制部分所用到的元器件及其接線，它在整個(gè)系統(tǒng)中起到了連接測(cè)試系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的作用，在功能滿足要求的前提下，選擇最方便以及性能價(jià)格比最優(yōu)的機(jī)型。在工藝環(huán)境條件較好的場合，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的 PLC，其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC。對(duì)于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主的工程項(xiàng)目中，一般選用帶 A/D 轉(zhuǎn)換、D/A 轉(zhuǎn)換的低檔機(jī)就能滿足要求。而在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程項(xiàng)目中，可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來選用中檔或高檔機(jī)。在工藝環(huán)境條件較好的場合，建議選用選用模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC。對(duì)于開關(guān)量控制和控制功能要求比較高的工程項(xiàng)目中，選用中檔或高檔機(jī)。
2.軟件設(shè)計(jì)。具體程序：首先編寫PID參數(shù)模糊整定查詢表等，輸入一些初始化的參數(shù)，把數(shù)據(jù)輸入完成后，進(jìn)入后面的相關(guān)處理程序；按鍵處理程序主要完成控制器參數(shù)設(shè)定，判斷按鍵的狀態(tài)，如果符合要求就轉(zhuǎn)入到相應(yīng)的功能處，同一時(shí)刻數(shù)據(jù)顯示完成之后，對(duì)電磁閥現(xiàn)存的控制精度差、抗干擾能力差等問題進(jìn)行處理，然后經(jīng)過參數(shù)模糊自整定程序達(dá)到調(diào)節(jié)作用。
3.驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)電路的好壞對(duì)高速電磁閥測(cè)控系統(tǒng)的精度高低和功率損耗有著決定性的作用。為降低功率損耗，電磁鐵必須在很短的時(shí)間克服復(fù)位彈簧的拉力，在電磁閥結(jié)構(gòu)參數(shù)一定時(shí)，為了提高驅(qū)動(dòng)能量輸入，將線圈電流下降到一個(gè)較小的數(shù)值，減小功耗實(shí)現(xiàn)快速斷油，保證整個(gè)液壓系統(tǒng)長期可靠運(yùn)行。驅(qū)動(dòng)電路采用自舉電路方式來滿足高壓側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)要求。對(duì)于鍵盤與顯示電路的設(shè)計(jì)，該模塊的實(shí)現(xiàn)使得測(cè)控系統(tǒng)有著較好的人機(jī)交互功能，即能通過鍵盤設(shè)定PWM寄存器中的值來改變輸出流量，鍵盤與電路硬件結(jié)構(gòu)相符。
四、結(jié)語
電磁閥的耐久性是電磁閥的重要參數(shù)之一，基于PLC來設(shè)計(jì)電磁閥的耐久性試驗(yàn)系統(tǒng)，改進(jìn)了以往采用繼電器控制性能不可靠，使用不方便，功能單一，噪聲大，耗能高的缺點(diǎn)。應(yīng)用MCGS進(jìn)行上位機(jī)的組態(tài)，使試驗(yàn)系統(tǒng)的操作更加簡單、方便。
電磁閥是我們所熟知的一種自動(dòng)化儀表執(zhí)行器，作為與企業(yè)安全生產(chǎn)直接相關(guān)的重要工業(yè)產(chǎn)品，在眾多領(lǐng)域有著不可或缺舉足輕重的地位。由于電磁閥結(jié)構(gòu)簡單，使用安全，工作可靠，功率微小，成批產(chǎn)品的性能一致性好，在國外已被廣泛地應(yīng)用于汽車、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械等許多方面。
二、電磁閥控制的相關(guān)知識(shí)
（一）電磁閥（Electromagnetic valve）是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，是用來控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器，并不限于液壓、氣動(dòng)。用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥可以配合不同的電路來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。
（二）工作原理
電磁閥里有密閉的腔，在不同位置開有通孔，每個(gè)孔連接不同的油管，腔中間是活塞，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會(huì)被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動(dòng)來開啟或關(guān)閉不同的排油孔，而進(jìn)油孔是常開的，液壓油就會(huì)進(jìn)入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動(dòng)油缸的活塞，活塞又帶動(dòng)活塞桿，活塞桿帶動(dòng)機(jī)械裝置。這樣通過控制電磁鐵的電流通斷就控制了機(jī)械運(yùn)動(dòng)。
（三）PLC即可編程邏輯控制器
可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。
三、總體設(shè)計(jì)方案及思路
（一）系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求
傳統(tǒng)式以繼電器為主的電機(jī)控制系統(tǒng)中， 每當(dāng)變更設(shè)計(jì)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)幾乎都要重新制作， 不但費(fèi)時(shí)又費(fèi)力；同時(shí)由於繼電器還有接點(diǎn)接觸不良、磨損、體積大之缺點(diǎn)， 因此造成成本升高、可靠性低、不易檢修等問題.。已經(jīng)不能滿足現(xiàn)如今需要經(jīng)常改變生產(chǎn)工藝以及步驟的需要。因此在設(shè)計(jì)中選用 PLC 來完成控制系統(tǒng)的搭建，測(cè)試實(shí)驗(yàn)要求同時(shí)進(jìn)行幾個(gè)電磁閥做耐久性試驗(yàn)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)過程具備可靠的安全保護(hù)功能，保持電磁閥的水壓力在 O.8Mpa，其中電磁閥的開閉時(shí)間、電磁閥動(dòng)作次數(shù)以及電磁閥所處的壓力環(huán)境都可以由實(shí)際情況而設(shè)定的。
（二）控制系統(tǒng)總體方案
在工業(yè)控制領(lǐng)域，對(duì)電磁閥耐久性測(cè)試的研究成為了重要的環(huán)節(jié)。電磁閥耐久性測(cè)試與系統(tǒng)的精密程度、設(shè)備安全、仿真模擬應(yīng)用等技術(shù)問題有著密切的關(guān)系。結(jié)合理論研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的特點(diǎn)，選擇一種有效的設(shè)計(jì)方法也是很必要的，為此繼電接觸器控制我們采用了SIEMENS 編譯環(huán)境編寫PLC 應(yīng)用程序，選用 MCGS 組態(tài)軟件開發(fā)系統(tǒng)檢測(cè)畫面，在上位機(jī)程序中顯示。當(dāng)測(cè)試次數(shù)達(dá)到設(shè)定次數(shù)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止測(cè)試，如此來進(jìn)行電磁閥的耐久性測(cè)試。
1.硬件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件部分主要指 PLC 控制部分所用到的元器件及其接線，它在整個(gè)系統(tǒng)中起到了連接測(cè)試系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的作用，在功能滿足要求的前提下，選擇最方便以及性能價(jià)格比最優(yōu)的機(jī)型。在工藝環(huán)境條件較好的場合，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的 PLC，其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC。對(duì)于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主的工程項(xiàng)目中，一般選用帶 A/D 轉(zhuǎn)換、D/A 轉(zhuǎn)換的低檔機(jī)就能滿足要求。而在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程項(xiàng)目中，可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來選用中檔或高檔機(jī)。在工藝環(huán)境條件較好的場合，建議選用選用模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC。對(duì)于開關(guān)量控制和控制功能要求比較高的工程項(xiàng)目中，選用中檔或高檔機(jī)。
2.軟件設(shè)計(jì)。具體程序：首先編寫PID參數(shù)模糊整定查詢表等，輸入一些初始化的參數(shù)，把數(shù)據(jù)輸入完成后，進(jìn)入后面的相關(guān)處理程序；按鍵處理程序主要完成控制器參數(shù)設(shè)定，判斷按鍵的狀態(tài)，如果符合要求就轉(zhuǎn)入到相應(yīng)的功能處，同一時(shí)刻數(shù)據(jù)顯示完成之后，對(duì)電磁閥現(xiàn)存的控制精度差、抗干擾能力差等問題進(jìn)行處理，然后經(jīng)過參數(shù)模糊自整定程序達(dá)到調(diào)節(jié)作用。
3.驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)電路的好壞對(duì)高速電磁閥測(cè)控系統(tǒng)的精度高低和功率損耗有著決定性的作用。為降低功率損耗，電磁鐵必須在很短的時(shí)間克服復(fù)位彈簧的拉力，在電磁閥結(jié)構(gòu)參數(shù)一定時(shí)，為了提高驅(qū)動(dòng)能量輸入，將線圈電流下降到一個(gè)較小的數(shù)值，減小功耗實(shí)現(xiàn)快速斷油，保證整個(gè)液壓系統(tǒng)長期可靠運(yùn)行。驅(qū)動(dòng)電路采用自舉電路方式來滿足高壓側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)要求。對(duì)于鍵盤與顯示電路的設(shè)計(jì)，該模塊的實(shí)現(xiàn)使得測(cè)控系統(tǒng)有著較好的人機(jī)交互功能，即能通過鍵盤設(shè)定PWM寄存器中的值來改變輸出流量，鍵盤與電路硬件結(jié)構(gòu)相符。
四、結(jié)語
電磁閥的耐久性是電磁閥的重要參數(shù)之一，基于PLC來設(shè)計(jì)電磁閥的耐久性試驗(yàn)系統(tǒng)，改進(jìn)了以往采用繼電器控制性能不可靠，使用不方便，功能單一，噪聲大，耗能高的缺點(diǎn)。應(yīng)用MCGS進(jìn)行上位機(jī)的組態(tài)，使試驗(yàn)系統(tǒng)的操作更加簡單、方便。
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