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　　摘要：针对实验室CQJDY-M/A2机电液气一体化实验台的挖土机模型进行硬件电路设计，编写PLC控制程序，控制挖掘机模型的主臂升降、挖斗等运动，完成必要的保护并利用组态软件与上位机通信，具有很好的教学示范效果。
　　关键词：PLC挖掘机教学模型
　　中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1007-9416（2013）10-0008-01
　　PLC技术是当前高校开设的一门重要学科，其项目应用是机、电的综合设计，包含很多相关学科知识。本系统就是通过对PLC实现液压试验台挖掘机教学的模拟控制，完成控制必要的保护环节，搭建一个直观、真实的综合性的实验平台，为教学提供方便。
　　1液压实验台简介
　　CQJDY-M/A2机电液气一体化实验台以挖掘机构为载体，可综合应用软件编程、电气设计、PLC控制、运动控制、逻辑控制、电机驱动等开展机电液气综合的一系列实验。实验台配备透明有机玻璃阀、缸、透明油路等可视化液压组件，各个组件均随意安装与接插，有极大的自由发挥空间，供创新性的设计。还配备各种电气原件，像压力继电器、行程开关、接近开关、时间继电器与接插件，可以组合电器控制的液压系统，实现液压回路的自动化控制，和组态软件的开发。
　　本次设计主要使用设备有压力继电器、行程开关、接近开关、电感式接近开关、异步电动机。
　　2系统的硬件设计
　　2.1系统框图
　　控制系统采用触摸屏与PLC相配合，使对被控对象的操作控制、运行信息通过对触摸屏编程予以实现，系统结构框图如图1所示。
　　2.2I/O分配
　　系统采用S7-200PLC为核心，通过控制两个三位四通换向阀可以控制挖掘机斗杆油缸和铲斗油缸，实现挖掘和卸料的操作。行程开关用于检测挖掘机挖掘臂的位置。压力继电器与挖掘机的油缸相连，用于检测油缸压力，并将实时数据输入PLC。测速传感器将发动机转速的实时数据反馈给PLC并通过PPI通讯将实时的数据输出到触摸屏，方便查看挖掘机的工作状态。通过行程开关，压力继电器，测速传感器的配合，可以提供挖掘机的过载保护[2]。
　　I/O分配如表1、表2所示。
　　3系统的软件设计
　　3.1PLC软件设计
　　系统软件设计了完整的机械挖掘动作，挖掘动作包括铲斗的下挖和卸料，斗杆的伸缩。包括手动控制、自动控制部分[1]，第三部分是通信控制部分。程序全程都配备了完整的保护机制，其中包括控制部分的互锁保护，液压缸的过压保护，发动机的过载保护。
　　控制过程：（1）判断自动或手动模式。（2）若自动模式，判断下一步的动作，从某一动作开始执行往复循环动作。循环动作的设计为：斗杆伸、铲斗卸料、斗杆收、铲斗挖料。（3）软件保护。本系统针对系统的安全方面设计了很多软件保护措施，以减少机器损耗，规避因误操作造成的损失。a）自动模式超时保护，挖掘机的自动模式虽然带来了便利，同时也可能因无人监管而带来事故。所以设置此保护，当超过一定时间没有人操作机器时，挖掘机就会自动待机。b）发动机故障，当发动机（三相异步电动机）转速过低或者无转速输出时，PLC有控制输出，但由于无泵压输出，挖掘臂不会动作，此时电气回路仍然供电，造成不必要的能耗和机械损耗。可通过PLC中的算法，计数器记录电机的转动次数，配合定时器计算电机的转速。将转速的值存储，当电机异常低于某值时，或电机未启动时，通过中间继电器将没有作用的输出关闭。
　　3.2组态设计
　　本设计采用触摸屏作为上位机，使用MCGS嵌入式组态软件[3]，通过RS485串口与PLC通信，通过MCGS控制界面，监测并控制挖掘机的工作过程。
　　4结语
　　本系统主要通过PLC对液压试验台挖掘机模型实现自动、手动控制，同时发动机的实时转速检测，压力继电器以及行程开关为PLC的智能控制提供依据，同时利用PLC的软件算法，对系统设置各种保护功能。对PLC机电一体化的综合设计起到很好教学示范作用，同时实验台各部件灵活，易于重新组装开发。
　　参考文献
　　[1]王永华编.现代电气控制及PLC应用技术[M].第2版.北京：北京航空航天大学出版社，2008.
　　[2]顾波，郭西进.液压挖掘机智能控制系统的构想[J].控制技术，2007，07.P47-P50.
　　[3]李方园编.人机界面设计与应用[M].第1版.化学工业出版社，2008.