基于PLC的臥式鋰帶擠壓機控制系統設計與應用

李建平

（中核建中核燃料元件有限公司，四川 宜賓 644000）

0 引言

隨著電子技術的不斷更新，可編程序控制器（簡稱PLC）作為新一代工業控制器，在近20年來已成功應用于各個領域的控制系統中，由于其技術成熟、運行可靠，開發方便而備受技術人員的青睞。PLC是基于繼電器和分時器發展起來的，比起常規的繼電接觸器邏輯控制更容易實現循環掃描的工作方式。為了提高鋰帶擠壓機的生產效率、保障工人人身安全等多方面的要求，結合鋰帶擠壓工藝要求，采用三菱FX2N系列[1]的PLC，設計梯形圖程序[2-3]，實現控制鋰帶擠壓過程。

1 鋰帶擠壓機系統構成和工作機理

1.1 系統構成

本系統的主要硬件有：擠壓腔體，擠壓頭，擠壓桶，低壓液壓泵M1，真空泵M2，高壓液壓泵M3，流量比例閥，常閉式兩位兩通電磁閥V、常開式兩位兩通電磁閥F，常閉式兩位四通電磁閥H、G，三菱FX2N-48MR可編程控制器，VT5004流量比例控制器等。

1.2 工作機理

鋰帶擠壓機液壓傳動控制見圖1。

圖1 鋰帶擠壓機液壓傳動控制簡圖

鋰帶擠壓機油箱內貯有足夠的液壓油在室溫條件下經低壓液壓泵M1抽出后，使兩位兩通電磁閥F帶電，兩位四通電磁閥G帶電，將液壓油送入擠壓機的B缸推動活塞擠壓頭前行，同時擠壓機A缸內的液壓油返回油箱。擠壓頭前行進入擠壓桶后，使電磁閥F、G失電，擠壓頭停止前行。啟動真空泵M2對擠壓桶抽真空，當擠壓桶內的真空度達到要求時真空開關動作，允許進入擠壓鋰帶過程。擠壓鋰帶過程中，啟動高壓液壓泵M3運行，電磁閥G動作。通過流量控制器調整流量比例閥的閥門開度控制高壓泵油進入擠壓機B缸的壓力改變擠壓速度。擠壓完畢后，停高壓液壓泵M3和真空泵M2，電磁閥H、V得電，由低壓泵將液壓油送入擠壓機的A缸，同時B缸內的液壓油返回油箱，擠壓頭回縮。直到擠壓頭回縮到起始位置。

2 鋰擠壓機控制系統的設計與實現

2.1 PLC控制流程圖設計

按照鋰帶擠壓機的工藝要求，結合生產過程中必備的安全保護措施理念，在鋰擠壓機擠壓過程程序控制設計中，為了使程序單個化、簡單化，將程序分為手動、自動相結合運行，有利于操作者操作過程簡單、方便和安全。設計的鋰擠壓機擠壓過程PLC程序控制流程圖見圖2。

2.2 PLC控制電路

為實現鋰帶擠壓機的工藝控制要求，本系統選用FX2N-48MR可編程序控制器作為主控單元，其輸入、輸出點數均為24點。PLC工作時的輸入I/輸出O地址分配和功能如圖3所示。

圖2 鋰帶擠壓機擠壓過程PLC程序控制流程圖

圖3中，自動循環停止按鈕是聯鎖開關，輸入信號來自按鈕和輔助觸點等開關量元件，輸出信號往電磁閥、接觸器線圈、指示燈及流量比例控制器等執行器件。PLC具體I/O地址分配見表1所示。

3 鋰帶擠壓機工作過程

鋰帶擠壓機的PLC的梯形圖如圖4所示。

鋰帶擠壓機工作過程及操作步驟為：

（1）PLC接通電源后，油面正常X005接通，室溫正常X015接通，按低壓液壓泵啟動按鈕SB1，Y000接通,低壓液壓泵M1啟動并自保。

（2）雙手同時按住兩個手動閉合按鈕SB5和SB6（安全保護理念要求），X010、X011接通，定時器T50定時0.05s，定時器時間到T50動作，中間繼電器M100接通并自保。同時，中間繼電器M103接通，使得Y004接通、Y015接通和Y014接通，流量比例閥開度最小。Y004接通后，電磁閥G得電，液壓泵M1將油輸送到B缸，推動擠壓頭前行。若手動速度開關K2置“快”，開關K2閉合，X002接通，Y003接通,電磁閥F得電，將液壓泵M1輸送油進入油箱的管路關閉，全部輸送到B缸，擠壓頭快速前行。手動速度調至“慢”，開關K2斷開，X002斷開；Y003斷開,電磁閥F不得電，液壓泵M1將抽出的油一部分輸送到B缸內，另一部分送入油箱，擠壓頭慢速前行。

表1 PLC I/O地址分配及功能說明

圖4 鋰帶擠壓機控制梯形圖

（3）擠壓頭前行進入擠壓桶后，松開手動閉合按鈕SB5和SB6，X010、X011斷開，使得中間繼電器M100斷開，M103、Y003和Y004斷開，電磁閥F、G不得電，液壓泵M1將抽出的油全部送回油箱，擠壓頭停止前行。

（4）按真空泵啟動按鈕SB3，X016接通，使得Y002接通，接觸器KM3線圈帶電，真空泵M2啟動并自保。當擠壓桶內的真空度達到要求，真空開關K3動作接通，X004接通，Y001接通，真空指示燈亮，表明擠壓桶內真空達到要求，可以進行擠壓操作。

（5）按自動擠壓啟動按鈕SB4，X014接通，中間繼電器M104接通并自保，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。使得Y010接通，接觸器KM3線圈帶電，高壓液壓泵M3起動。中間繼電器M103接通，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開,Y004接通后，電磁閥G得電。定時器T52定時0.1s時間到，定時器T52動作，Y015、Y014接通0.1s后斷開，流量比例閥開度進入可調節程序。X014接通，選中計數器C60并計數，Y011和Y013接通。調整擠壓斜率電位器可控制擠壓梯度，調整擠壓速度1電位器選擇擠壓速度。再按一次自動擠壓啟動按鈕SB4，X014再次接通，選中計數器C60，計數器C60復位清零，Y012和Y013接通，擠壓機可調整擠壓速度2和擠壓斜率來選擇擠壓速度。

（6）擠壓完畢后，按下自動循環停止按鈕SB7（或SB8），使得X6（或 X12） 閉合接通，X7 （或 X13）斷開。中間繼電器M104斷開，使得定時器T51定時0.2s時間到，定時器T51動作，M105接通，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開，中間繼電器M103斷開。Y015接通，流量比例閥開度最小。Y010斷開，接觸器KM3線圈斷電，高壓液壓泵M3停止。Y002斷開，接觸器KM3線圈失電，真空泵M2停止運行。M105接通，Y005接通，電磁閥H和電磁閥V得電，低壓液壓泵抽出的液壓油進入A缸，B缸中的油返回油箱；同時擠壓桶內恢復常壓。若手動速度調至快，X002接通，Y003接通,電磁閥F得電，擠壓頭快速回縮。手動速度調至慢，X002斷開，Y003斷開,電磁閥F失電，擠壓頭慢速回縮。擠壓工作結束后，按低壓液壓泵停止按鈕SB2，低壓液壓泵停止工作。

4 結束語

實踐證明，鋰擠壓機PLC控制系統具有操作靈活、抗干擾能力強、安全可靠達到了理想狀態。多年來，鋰擠壓機PLC運行穩定，無故障發生，為鋰制品擠壓生產取得了良好的經濟效益。

［1］FX2N系列可編程控制器編程手冊[M].四川儀表十五廠,1995.

［2］顧戰松,等.可編程控制器原理與應用[M].北京:國防工業出版社,1996.

［3］皮壯行,等.可編程控制器的系統設計與應用實例[M].北京:機械工業出版社,2000.