基于PLC的鉆床液壓動(dòng)力滑臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫琴

（武昌首義學(xué)院，湖北武漢 430000）

基于PLC的鉆床液壓動(dòng)力滑臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫琴

（武昌首義學(xué)院，湖北武漢 430000）

可編程邏輯控制器（PLC）是現(xiàn)代工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。基于此，利用PLC和液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)，設(shè)計(jì)該液壓設(shè)備的控制系統(tǒng)，并在液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)上搭接其回路，模擬動(dòng)力滑臺(tái)的動(dòng)作要求，最終實(shí)現(xiàn)PLC與液壓系統(tǒng)的通信聯(lián)系和動(dòng)態(tài)控制。

PLC；液壓回路；液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）具有工作可靠、抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性好、應(yīng)用靈活等特點(diǎn)，是現(xiàn)代工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備［1］。某鉆床的動(dòng)力滑臺(tái)由液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，其工作環(huán)境、工作特點(diǎn)適合PLC作為控制器。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

1.1 液壓回路

某鉆床的動(dòng)力滑臺(tái)利用液壓回路控制，要求動(dòng)力滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)“快進(jìn)-工進(jìn)-快退-停止”的工作循環(huán)，而且快進(jìn)與快退速度相等，滑臺(tái)總行程150mm，快進(jìn)行程70mm。動(dòng)力滑臺(tái)的工作由液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，鉆床動(dòng)力滑臺(tái)液壓回路的工作原理如圖1所示。

液壓回路的工作原理是依靠傳感器控制執(zhí)行元件的順序動(dòng)作。油泵1供油，調(diào)定溢流閥2壓力為2.0MPa，當(dāng)三位四通電磁閥3的1YA得電，油缸7活塞桿右行，有桿腔的油經(jīng)過二位三通電磁換向閥6的左位（3YA失電）又進(jìn)入油缸7的無桿腔形成差動(dòng)連接形式，此時(shí)實(shí)現(xiàn)快進(jìn)；快進(jìn)行程結(jié)束觸動(dòng)傳感器L2，L2使電磁閥6的3YA得電，有桿腔內(nèi)液壓油經(jīng)過調(diào)速閥4、換向閥3的A-T回油箱，實(shí)現(xiàn)工進(jìn)；工進(jìn)完成觸動(dòng)傳感器L3，L3使電磁閥3的1YA失電，2YA得電，液壓油經(jīng)過電磁閥3的P-A、單向閥5、電磁閥6的P-A進(jìn)入油缸7的有桿腔，無桿腔內(nèi)的油經(jīng)過電磁閥3的B-T回油箱實(shí)現(xiàn)快退工作，快退至原位觸動(dòng)L1后停止。

圖1 鉆床動(dòng)力滑臺(tái)液壓回路的工作原理

1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)，一般應(yīng)按以下步驟進(jìn)行：①全面詳細(xì)地了解被控制對(duì)象的特點(diǎn)和生產(chǎn)工藝過程，歸納出工作循環(huán)圖或狀態(tài)流程圖，與繼電器控制系統(tǒng)和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行比較后加以選擇；②確定控制對(duì)象，還要明確控制任務(wù)和設(shè)計(jì)要求；③制定控制方案，進(jìn)行PLC選型，硬件和軟件設(shè)計(jì)，模擬調(diào)試，模擬調(diào)試好的程序傳送到現(xiàn)場(chǎng)使用的PLC存儲(chǔ)器中，接人PLC的實(shí)際輸入接線和負(fù)載。

2 PLC工作原理

PLC的基本工作模式有運(yùn)行模式和停止模式。運(yùn)行模式分為內(nèi)部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行和輸出處理5個(gè)階段。停止模式是指當(dāng)處于停止工作模式時(shí)，PLC只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信服務(wù)等。在運(yùn)行模式下，PLC按上述5個(gè)階段進(jìn)行周而復(fù)始的循環(huán)工作，稱為循環(huán)掃描工作方式。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 PLC（I/O）分配

根據(jù)鉆床動(dòng)力滑臺(tái)液壓回路的控制要求，以及實(shí)際I/O點(diǎn)數(shù)情況，并考慮實(shí)踐操作中將遇到的問題，采取一定的備用措施。選定的PLC型號(hào)為FX2N-48MR型，I/O口的分配情況如下，系統(tǒng)的硬件接線圖如圖2所示。其中，輸入（I）為：X0，自動(dòng)控制啟動(dòng)按鈕SB1；X1，手動(dòng)控制啟動(dòng)按鈕SB2；X2，急停按鈕SB3；X3，手動(dòng)計(jì)數(shù)按鈕SB4；X10，行程開關(guān)SQ1-傳感器L1；X11，行程開關(guān)SQ2-傳感器L2；X12，行程開關(guān)SQ3-傳感器L3。輸出（O）為：Y0，電磁鐵1YA；Y2，電磁鐵3YA；Y4，電磁鐵2YA。

圖2 硬件接線圖

3.2 控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)

考慮到實(shí)際控制中的自動(dòng)和手動(dòng)的切換，采用經(jīng)典法設(shè)計(jì)，按下X0選擇自動(dòng)控制，按下X1選擇手動(dòng)控制。當(dāng)X0閉合時(shí)，活塞向右運(yùn)動(dòng)，如果活塞碰到L1，則執(zhí)行“快進(jìn)”，否則不進(jìn)行其他動(dòng)作；當(dāng)活塞碰到L2，則執(zhí)行“工進(jìn)”，否則不進(jìn)行其他動(dòng)作；當(dāng)活塞碰到L3，則執(zhí)行“快退”，否則不進(jìn)行其他動(dòng)作。

3.3 程序設(shè)計(jì)

控制程序用自動(dòng)和手動(dòng)的切換模式，采用經(jīng)典法設(shè)計(jì)，利用X0和X1的互鎖來控制輔助繼電器M0和M1切換2種工作狀態(tài)。同時(shí)，考慮到動(dòng)力滑臺(tái)會(huì)存在沒有停在原位的情況，采用控制按鈕X3使M0和M1均失電，同時(shí)也使動(dòng)力滑臺(tái)快退來控制液壓動(dòng)力滑臺(tái)退回原位。

自動(dòng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，按下X0啟動(dòng)自動(dòng)控制裝置，活塞向右運(yùn)動(dòng)；若碰到傳感器L1，X10閉合，要保持電磁鐵1YA持續(xù)得電，Y0得電自鎖，執(zhí)行“快進(jìn)”。若碰到傳感器L2，X11閉合，Y2得電自鎖即保持電磁鐵3YA持續(xù)得電，1YA和3YA同時(shí)得電，執(zhí)行“工進(jìn)”。若碰到傳感器L3，X12閉合，Y4得電自鎖即保持電磁鐵2YA持續(xù)得電，同時(shí)要使電磁鐵1YA失電，需在Y0串聯(lián)中加常閉開關(guān)X12，當(dāng)X12閉合時(shí)，Y0失電，2YA和3YA同時(shí)對(duì)得電，執(zhí)行“快退”。采用手動(dòng)控制系統(tǒng)完成“快進(jìn)-工進(jìn)-快退-停止”的工作循環(huán)。同時(shí)，結(jié)合試驗(yàn)臺(tái)上的開關(guān)輸入點(diǎn)數(shù)，采用對(duì)一個(gè)按鈕的脈沖個(gè)數(shù)來控制系統(tǒng)各個(gè)行程工作的進(jìn)行。

4 調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法

問題1為液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的執(zhí)行元件是按鈕，如何通過按鈕保持某一線圈持續(xù)得電；以及如何使某兩個(gè)線圈同時(shí)得電，使得活塞執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。解決辦法是采用輔助繼電器自鎖，以及行程開關(guān)的互鎖，來實(shí)現(xiàn)電磁鐵控制的邏輯關(guān)系。

問題2為在進(jìn)行快進(jìn)-工進(jìn)-快退-停止的過程中，前兩步運(yùn)行正常，但是活塞不能正常退回去。其依然是程序問題，解決辦法為采用控制急停的控制方式，使得實(shí)驗(yàn)操作過程更順利。

問題3為手動(dòng)程序和自動(dòng)程序分開執(zhí)行能正常運(yùn)行，但是通過跳轉(zhuǎn)切換活塞不動(dòng)作，沒有正確解決雙線圈的問題。解決辦法為仔細(xì)理清跳轉(zhuǎn)程序的條件，經(jīng)調(diào)試最后采用的是2個(gè)按鈕分別切換自動(dòng)和手動(dòng)控制。

5 結(jié)論

該系統(tǒng)經(jīng)仿真和調(diào)試，運(yùn)行平穩(wěn)，工作可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)鉆床動(dòng)力滑臺(tái)的基本動(dòng)作要求。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有以下特點(diǎn)：①系統(tǒng)采用PLC作為控制器，抗干擾性強(qiáng)，穩(wěn)定性高，接線簡(jiǎn)單，維修方便；②在程序設(shè)計(jì)的過程中，采用GX Devel?oper PLC編程軟件以及GX Simulator PLC仿真軟件作為軟件開發(fā)平臺(tái)，大大縮短了設(shè)計(jì)周期，提高工作效率；③在液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)上模擬搭接鉆床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)，利用該硬件平臺(tái)，可節(jié)省設(shè)計(jì)、調(diào)試成本，縮短了調(diào)試時(shí)間。

［1］馬小軍.可編程控制器及其應(yīng)用［M］.南京：東南大學(xué)出版社，2007.

Design of Hydraulic Control System for Drilling Machine Powerslider Based on PLC

Sun Qin
（Wuchang Shouyi University，Wuhan Hubei 430000）

Programmable logic controller(PLC)is the standard equipment for modern industrial control.Based on this,using PLC and hydraulic experimental platform,the control system of the hydraulic equipment was designed, and the lap circuit in the hydraulic experimental platform,action requirements of powerslider was simulated,to real?ize the communication and dynamic control between PLC and hydraulic system.

PLC；hydraulic circuit；hydraulic experimental platform

TP391.7

：A

：1003-5168（2017）01-0067-02

2016-12-06

孫琴（1988-），女，碩士，助理工程師，研究方向：機(jī)械電子工程。