基于PLC的數控鋼軌精磨機液壓控制系統設計

程 香

（泰州機電高等職業技術學校，江蘇 泰州 225300）

引言

隨著人們生活節奏的加快，為了滿足人們日益增長的出行需求，越來越多的高速鐵路投入建設和運行，帶動了鋼軌精磨技術的快速發展。國外的鋼軌精磨設備歷經約半個世紀的發展，已經發展得比較成熟和完善，生產出高精度和高效率的鋼軌精磨機。相比之下，我國的鋼軌精磨技術發展較慢。為了提高我國的鋼軌打磨技術，降低高速鐵路建設事業對國外先進設備的依賴性，有必要大力發展數控鋼軌精磨設備。

1.液壓控制回路設計

在本文設計的數控精磨機中，需要實現的動作主要有：打磨砂輪的轉動、夾具的松緊動作、鋼軌的對中以及橫梁的位置調整等。為了實現這些動作，本文設計了以下液壓控制原理圖。

1.1 鋼軌的對中夾緊回路

本文設計的數控精磨機鋼軌的對中夾緊回路依靠兩個液壓缸來實現，如圖2所示。當三位四通換向閥處于左位時，油液從液壓泵P口經換向閥、液壓鎖和單向閥進入液壓缸右腔，推動液壓缸向左移動，回油路油液從液壓缸左腔經調速閥和液壓鎖回到油箱，此時鋼軌松開；當三位四通換向閥處于右位時，油液由液壓泵的P口經液壓鎖和單向閥進入液壓缸的左腔，推動液壓缸向右移動，回油路液壓油從液壓缸的右腔、調速閥和液壓鎖回到油箱，實現鋼軌的夾緊動作。當三位四通換向閥處于中位時，液壓缸鎖止，液壓泵不卸荷。

圖1 對中夾緊回路

1.2 垂直伺服回路

垂直伺服回路的主要功能是控制磨削橫梁在垂直方向上的位移。橫梁的位置精度直接影響到機床的打磨精度。細微的位置誤差，或者是工作過程中的振動，都會影響到鋼軌的磨削質量，因此，橫梁的位移控制必須要有相當高的精度。本文采用液壓伺服系統來實現橫梁垂直位置的精確控制。垂直伺服系統的主要液壓元件是電液伺服液壓缸，可以根據接收到的脈沖信號做出精確的位置移動，利用該液壓缸設計出的垂直伺服回路如下：

圖2 垂直伺服回路

整個伺服系統由伺服電機驅動，主要對橫梁的垂直下移、停止和垂直上移三個動作進行精確控制。伺服電機的轉速由伺服驅動器控制。指令裝置將方向信號和脈沖信號發送至伺服驅動器，方向信號決定伺服電機的旋轉方向，而脈沖信號的頻率則決定了伺服電機的轉速。以頻率1Hz的脈沖信號和正轉方向信號為例。當伺服驅動器接收到這兩個信號時，伺服電機正向旋轉一預定的角度，聯軸器將此轉動傳遞到鉸接軸上，帶動絲桿旋轉。由于絲桿與螺母嚙合，而螺母相對缸體固定，故絲桿的轉動會推動活塞桿在液壓缸腔內移動，移動的距離由電機旋轉的角度精確確定。在垂直伺服回路中，二位二通電磁閥同時通電，形成差動連接，使液壓缸兩腔的壓力相等，從而保證了液壓缸垂直移動的平穩性。

將上述回路與魔石旋轉回路、夾具動作控制回路整合在一起，既為本文設計的鋼軌精磨機液壓控制系統的液壓原理圖，如圖3。

圖3 鋼軌精磨機液壓控制原理圖

2.液壓回路的PLC控制

本文設計的精磨機床液壓系統的電控系統采用PLC控制。PLC即可編程控制器，在工業領域應用廣泛。PLC編程簡便，體積小，擴展性好，采用PLC控制器對本文的液壓系統進行控制可以有效提高系統的控制性能。PLC的主要組成結構包括微處理器、存儲器、電源、輸入單元、輸出單元以及編程設備等。PLC的輸入/輸出模塊可以接收和輸出數字量和模擬量。

本文設計的數控液壓系統主要涉及的PLC指令有比較指令CMP、比較復位指令HSCR、脈沖密度指令SPD和脈沖輸出指令PLSY等。根據液壓系統的輸入信號和輸出信號數量，以及系統的控制要求，選用三菱FX2N-48MT-001型PLC。PLC控制系統的I/O分配見表1和表2。

表1 PLC的輸入地址分配表

系統的垂直軸升降PLC控制梯形圖如下：

表2 PLC的輸出地址分配表

圖4 垂直軸控制程序梯形圖

按下按鈕SB，高速計數器置位。按下垂直下移開關時，伺服電動機正向旋轉，系統將發出的脈沖數（存儲于D1）與設定的脈沖數（存儲于D0）進行比較，若D1D0，垂直軸上移，相等則垂直軸不動，D1D0，垂直軸下移。通過這種方式對垂直軸的垂直位移進行精確控制。按下上移開關的程序運行與上述類似。緊停開關SA3-4用于垂直軸的緊急停止。

結語

高速鐵路載客量大，輸送能力強，具有廣闊的發展空間。為了促進我國高速鐵路的快速發展，研發專用于打磨高速鐵路鋼軌的工程設備具有重要實際意義。

[1]路士濤.鋼軌數控精磨機整體設計與測控系統設計[D].西南交通大學，2011.

[2]黎宏飛.基于VERICUT的數控鋼軌精磨機加工仿真[D].西南交通大學，2009.

[3]王永華.現代電氣控制及PLC應用技術[M].北京航空航天大學出版社，2008.