摘要：随着现代社会经济和工业的快速发展，由于工作环境的多变性，对各种设备的工作要求也越来越高。比如当海洋平台桩腿发生倾斜时，平台表面也会倾斜，会造成工作事故并影响平台上人员的安全。或者轮船上，当轮船受到风浪的作用时，船体会发生波动，船上的座椅、桌面等都会发生倾斜和波动，除了会造成人身体的不适，也会使桌面上物体发生移动。本文基于PLC的液压控制系统在工业计量中的研究与应用展开了分析。
关键词：液压控制；plc；压力检定
引言
工业计量器具检定中与压力密切相关的包括压力表、阀门、泵等的检定。指针式压力表作为使用非常普遍的工业计量器具之一，行业标准及国标都要求必须在压力表使用前和使用中定期进行检定。手动人工检定是指针式压力表的传统检定方式，然而该检定方式效率低、工作强度大、且检定过程中不可避免地存在大量视觉误差。由于自动控制技术的飞速发展，使得压力表自动检定技术应运而生。
目前压力表自动检定装置的压力供给部分大多采用液压控制方式。针对目前在某油田中使用的压力表自动检定装置，其液压控制系统存在的低压控压易超调以及控压速度慢的不足，进行研究改善。目前使用的是基于单液压缸的液压控制系统，对于中高量程的压力表20～60Ｍpa量程）的检 定，能够基本满足需求；但是对 于低量程的压力表（20mpa以下量程），系统控压效果欠佳，且容易产生超调。通过软件升级也无法彻底解决这个问题。控制算法方面，目前该系统使用的是模糊pld控制方法，该方法可基本满足控制要求，但是也存在一些缺点。比如，针对液压控制系统严重非线性且具有惯性环节的特点，模糊pld控制存在一定滞后性，且系统参数易受温度、湿度等环境因素的影响。因此目前使用的控制算法控压速度较慢。压力表检定规程要求检定过程中不允许出现超调现象。另一方面，某油田中压力表检定工作量大增，因此急需一种工作效率更高的压力表自动检定装置。而压力表检定中50%的时间浪费在控压上，因此加快控压速度对提升检定效率有重要作用。综上所述，对液压控制系统进行研究改善，设计一款能够克服超调、控压速度更快且满足控制要求的液压控制系统具有十分重要的意义。
一、实验平台介绍
（一）实验平台结构
指针式压力表检定实验平台的主要构成部分为：液压系统、敲击装置、plc部分、压力表、计算机、图像识别部分等。压力表检定工作流程是：首先计算机发出指令开始检定，接着plc响应此指令，并控制液压系统达到需要的压力值；标准表感应当前管路中实际压力值并把其传输到计算机中；被检表压力示值通过图像识别部分识别出来并传输给计算机；然后通过敲击装置敲击被检表，图像识别部分第二次识别被检表示值，并传输给计算机；把两次识别出的被检表示值都与标准压力值进行对比，并计算出各种示值误差。
（二）液压系统硬件结构及工作原理
常规的液压系统只有一个液压缸，但是由于压力表量程范围广（0.6～60mpa），导致表的弹簧管弹性结构相差大。目前对于中高量程的压力表（20～60mpa量程）的检定，能够基本满足需求；但是对于低量程的压力表（20mpa以下量程），系统控压效果欠佳，且容易产生超调。通过软件升级也无法彻底解决这个问题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆所以，研究中的液压系统硬件上增加一个小压力缸及其相连控压部分装置作为辅助压力源，两个大小压力源协调配合工作。通过试验，选定大小压力缸的截面直径比为4:1，有效行程均为250mm。试验中，如果仅运行小压力缸，其能达到的最大压力值为1.5mpa左右，与压力表量程范围差异很大，则不能满足需要。因此，以大压力缸为代表的压力源作为压力控制的主要部分，以小压力缸为代表的压力源对压力进行微调。
液压系统工作原理为：步进电机为液压系统动力部分，经过齿轮变速器降低其转速，以此增大其输出力矩；联轴器连接了齿轮变速器和丝杠；丝杠和活塞相连；最终使得步进电机的轴向转动变成丝杠带动活塞的纵向伸缩运动，改变腔体体积，从而改变腔体中的液体压力
（三）定点压力控制算法
（1）液压系统特点
液压系统是一个非常典型的非线性系统，且带有惯性过程。试验表明，压力与液压缸的行程有严重的非线性关系，对于相同的压力差，初始压力越小所需的液压缸行程越大。因此，液压缸的行程与压力差和初始压力都有关系，并且受管路中 空气含量、管路膨胀、管路特性不液压油的特性、微泄露等因素影响。液压系统的惯性过程是指，当液压缸停止加压时，由于液压油的惯性作用，液压系统管路中的压力还会继续上升。根据国标要求，指针式压力表在检定时不允许出现超调。这就要求，不论在加压还是降压的过程中都不能出现回程及冲击，也就是说压力只能递增或递减地逼近所需压力值。如何控制压力快速稳定的到达所需压力值是液压系统控压的关键部分。
（2）灰色预测分段模糊pld控制器
灰色预测是指利用有限的现在的和之前的数据信息来估计未来的数据信息。即利用采样时刻和之前几步的液压系统管路中的压力值，建立GM模型，然后采用最小二乘法对由以上压力值构成的数列进行累加生成运算，得到的结果用来建立 gm模型的微分方程等式并计算出系数，从而得到新序列模型的预测值，最后采用累加生成逆变换方法得到所需要的压力预测值。把此压力预测值同压力给定值进行比较，可得压力误差和压力误差变化率，把这两个数据作为模糊pld控制器的主要输入。
把实际压力测量值作为其辅助输入。为了达到压力的快速、精确、不超调的控制要求，以大小两个压力缸为代表的两个压力源需要互相配合工作。当压差较大时，仅使用大压力缸工作；当压差逐渐减小至当前压力值逼近定点压力值时，大压力缸停止工作，小压力缸开始微调压力。其工作过程为：首先计算机接收当前发出的检测开始命令，并读取当前管路中实际压力值，判断出其所属压力段，接着转到相应的压力段的控制命令中，协调控制两个压力源达到所需压力值。
结语
本文针对基于单缸的液压控制系统在低压控制过程中容易产生超调的问题，设计了基于双缸的液压控制系统，有效解决了超调问题。加入灰色预测的分段模糊pld算法，解决了系统的惯性问题，加快了系统控压速度。本文设计的液压系统已经成功应用于指针式压力表自动检定系统中，对工业计量中有关压力的其他计量检定设备的研究有一定的启发作用，具有一定的推广价值。
参考文献：
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[2]李国俊.浅谈液压实验台的电气控制系统改造[J].工程建设与设计,2018(16):73-74.
论文作者:陈楠
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/1/16
标签：压力论文; 压力表论文; 量程论文; 液压论文; 控制系统论文; 液压系统论文; 液压缸论文; 《电力设备》2018年第25期论文;