動力滑臺液壓PLC控制系統設計

劉鳳景

摘 要： 在分析液壓動力滑臺運動特性的基礎上，對動力滑臺液壓PLC控制系統進行了研究，完成了液壓滑臺自動控制系統的設計。對工控機與下位機的PLC 通過使用Spcomm控件在Delphi語言中實現串行通信編程。重點介紹了動力滑臺液壓PLC控制系統功能的實現過程，該系統提高了對液壓滑臺的常規運動的控制和監測效率，使液壓滑臺控制的靈活度和自動化程度得到進一步提高。研究成果為動力滑臺液壓PLC控制系統的設計提供參考。

關鍵詞： 液壓動力滑臺; PLC; 控制系統; 實現路徑

中圖分類號： TP273

文獻標志碼： A

文章編號：1007-757X（2019）06-0111-02

Abstract： Based on the analysis of the motion characteristics of the hydraulic power slide， this paper mainly studies the hydraulic PLC control system of the power slide， completes the design of the automatic control system of the hydraulic slide， and realizes the serial communication programming in Delphi language by using Spcomm control for the PLC of the industrial control computer and the lower computer. This paper introduces the realization process of the function of the hydraulic PLC control system of the power slide. The system improves the control and monitoring efficiency of the conventional motion of the hydraulic slide， further improves the flexibility and automation of the control of the hydraulic slide. It may provide a reference for the design of the hydraulic PLC control system of the power slide.

Key words： Hydraulic power sliding table; PLC; Control system; Realization path

0?引言

液壓技術在機械設備中發展較快，作為傳動方式的一種，液壓傳動以液壓技術為主要支撐，實現信息的傳遞及控制過程，隨著計算機、微電子等技術的發展和完善，為液壓傳動提供了強大的技術支撐，使液壓傳動技術在工業范疇內得以普及應用，動力滑臺（由液壓缸驅動）是液壓傳動的通用構件，在組合機床中應用較多可實現進給運動，多種循環均能夠在進給工作過程中實現，通過動力頭和主軸箱的安裝能夠滿足各類零件的加工技術需求（包括加工孔，加工端面等）。

1?液壓滑臺PLC控制系統設計

滑臺液壓控制系統需滿足快進快退速率相當的控制要求，為確保運動速度一致，可通過液壓缸差動連接實現快進過程的工作方式;在快進或工進時，換接回路通過采用行程閥控制，有效解決速度相差較大導致速度換接時易產生液壓沖擊的問題。

本文在設計液壓滑臺PLC控制系統時，采用兩邊分別為平導軌和對稱菱形導軌的臥式液壓滑臺作為研究對象，由主缸和輔助缸組成，分別由兩個液壓系統對其進行控制，由液壓閥控制各運動步，由三位五通閥及調速閥控制方向及速度，兩個行程開關則負責對位置定向進行控制，由PLC的輸出口對液壓閥的電磁鐵帶/失電過程進行控制，即以行程開關Ⅰ處為轉換點，主缸碰到Ⅰ前快進，碰到Ⅰ后切換為共進，此時輔助缸會為主缸提供方向相反的作用力;主缸在完成共進位移時快退（此時輔助缸轉換為快進），為做好下次循環的準備在行程開關Ⅰ處完成準確定位，這一過程中為使主缸快退速度大于輔助缸快進速度（需根據實際情況），對輔助缸液壓系統的調速閥進行事先調節，以避免輔助缸同主缸發生碰撞影響運動準確性;主缸接觸到開關Ⅱ時執行下一次的循環[1]。

1.1?PLC的選擇

作為工業控制專業計算機，PLC具有準確的定時、計數功能，操作簡便，能夠實現邏輯控制及在線監控等功能，在滿足控制要求的基礎上，以動力滑臺控制要求、實際I/O所需點數為依據，本文在設計液壓滑臺控制系統時選擇了型號為FX2N-32MR的PLC，其I/O的地址分配具體如表1所示。

1.2?PLC外部接線圖

輸入信號外接較少，輸入信號的電源采用PLC自帶的220V電源，輸出信號電源的確定通過選用電磁閥的型號完成，本文選用的電磁閥（24 V）能夠在輸出回路中實現直接接入，可通過將二極管吸收回路接在線圈兩端上，以避免電磁閥的輸出功率較大時對電流輸出回路所造成的沖擊，PLC外部接線情況如圖1所示[2]。

2?動力滑臺液壓PLC控制系統的實現方法

本文在設計動力滑臺液壓PLC控制系統時采用了主從機通訊模式，在確保功能的基礎上簡化了系統操作過程，有效避免了后續追加投資情況的發生，工控機同PLC在液壓滑臺上完成相互間的高效率通訊，使其更具有靈活性，結合使用Delphi 語言，將監控和管理過程通過面向對象的編程方式結合在一起進行，PLC 控制程序通過在Delphi開發環境下進行編寫，實現了友好的人機交互，通過強大且靈活的數據庫功能，顯著提高了控制系統的通用性和實用性。

2.1?系統整體設計

在Delphi 環境下，通過串行通訊口的應用完成PLC同上位機間數據通信的構建，具體通過通過Delphi完成數據指令從上位機向下位機PLC傳送過程，對液壓滑臺運動的控制則通過控制PLC的輸出口實現，滑臺上的壓力、運動狀態和位移數據由PLC 采集后，發送給上位機進行顯示，系統整體結構的簡圖如圖2所示[3]。

2.2?通信過程的實現

上位機與PLC間的串行通信簡圖如圖3所示。

在Delphi語言環境下需先通過通信控件Spcomm的引進后編程實現，進行通信時采用RS-485串行通信總線標準，在此過程中上位機會向PLC按照規定的時間發出命令（讀取數據），PLC據此作出相應的響應，將數據（存放于數據區）傳送至接收緩沖器，在此基礎上為臨時變量賦予數據信息處理后用于顯示，對PLC的自動監控通過編程實現，具體通過RS485/ RS232 接口轉換器的使用完成信息的轉換過程[3]。

標準Delphi編程環境中不含串行口通訊控件，本文所使用的SPCDMM是從專用網站上下載的專用串行通訊控件，根據實際需要配置適當屬性，設計時的屬性配置的實現：串行口號的指定通過CommName完成;串行通訊波特率的確定通過BaudRate實現，字節位數的確定通過ByteSize完成，停止位位數的確定通過StopBite完成，校驗方式的確定通過Parity完成，其它屬性采用默認值;串行口的讀寫操作通過對相應程序進行編寫完成，進而實現PLC同主機間的串行通訊過程[4]。

2.3?主機同PLC間通訊協議的確定

通過分別用于端口0和端口1的SMB30和 SMB31對PLC的通訊參數進行設置，為了簡化通訊協議，通信數據只有結束字符，不包含起始字符，ASCⅡ碼為39，本文以`9'表示結束字符，例如上位機發送的數據信息為`19'（字符數為2），其中的`1' 和`9' 分別表示數據信息和結束字符，在以`9'作為結束字符時， 所有有用的數據信息中皆不使用字符`9';若向將數據信息`2'經過下位機發送，則以`229'作為緩沖區值進行發送，其首字節`2'代表字符數，`9' 依舊表示結束字符，使用特殊存儲器位對高速計數器參數進行控制[4]。

2.4?PLC 程序的執行過程

在首次掃描時PLC需先對端口及高速計數器執行初始化子程序（initialize），在完成初始化的基礎上，端口通過RCV指令的啟動實現到接受狀態的轉換，接收緩沖區VB110完成對RCV指令數據的保存，一旦接收到結束字符即進行接收完成中斷，接下來通過中斷服務程序（Rcvcomplete）完成對接收完成中斷事件的處理，延時10ms后再完成數據譯碼，系統據此完成相應子程序的分別調用，在此基礎上相應操作的執行過程，同時返回數據信息。PLC在接收到指令后會發送對應的反饋信，成功發送后即產生發送完成中斷，對發送完成中斷事件的處理則通過使用XMTcomplet中斷服務程序完成，包括允許RCV ，對指令結束字符（存放于接收緩沖區中）進行字節清零處理，據此完成 PLC 程序執行過程[5]。

3?PLC控制系統優化

3.1?自動程序的實現

本文所涉及到的自動程序主要需完成循環運動（即由快進→工進→快退），具體通過使用PLC 的順序控制法完成，將一個運動循環劃分為快進步（由M 2.1表示）、工進步、快退步（由M2.3表示），輔以一個初始步（由M2.0表示），通過M2.0、M 2.1分別對 Q1.1、Q1.3 以及Q1.5完成快進控制，碰到行程開關（由I1.5表示）后轉換為工進步（由M2.2表示），對Q1.1及Q1.5進行控制，高速計數器同步開始計數，HSC3計數滿時M0.7進入M2.3，對 Q1.2進行控制，進入另一個循環的標志為快退碰到行程開關I1.7后，具體的順序控制功能在此過程中為將當前狀態信息顯示在上位機上[5]，如圖4 所示。

3.2?PLC抑制電路

為使PLC控制系統的可靠性及安全性得到進一步提升，需提高PLC接口的輸入、輸出的可靠性，具體可通過將續流二極管或阻容電路并聯在PLC 輸出端口，從而實現對電路斷開所導致的電弧產生的抑制，有效降低對PLC的影響，電阻取值范圍可在51 Ω～120 Ω間，電容取值范圍在0.1 pF～0.47 pF間，抑制電路如圖 5 所示[5]。

試驗效果表明本文設計的系統在確保功能的基礎上實現了操作過程的簡化，工控機同PLC在液壓滑臺上完成了相互間的高效率通訊，具有較高的靈活性和準確性，結合使用Delphi 語言，將監控和管理過程通過面向對象的編程方式結合在一起進行，PLC 控制程序通過在Delphi開發環境下進行編寫，實現了友好的人機交互，通過強大且靈活的數據庫功能，顯著提高了控制系統的通用性和實用性。

4?總結

在對液壓動力滑臺運動特性進行分析的基礎上，本文主要對動力滑臺液壓PLC控制系統進行了研究，完成了液壓滑臺自動控制系統的設計， 針對工控機與下位機的PLC 通過使用Spcomm控件在Delphi語言中實現串行通信編程（Windows 環境下），重點介紹了動力滑臺液壓PLC控制系統功能的實現過程，提高了對液壓滑臺的常規運動的控制和監測效率，使液壓滑臺控制的靈活度和自動化程度得到進一步提高，為動力滑臺液壓PLC控制系統的設計提供參考。

參考文獻

[1] 劉暑平.采用PLC為核心的液壓自動攻牙機的設計[J].電子世界，2018（5）：136-137.

[2]?孫琴.基于PLC的鉆床液壓動力滑臺控制系統設計[J].河南科技，2017（1）：67-68.

[3]?浦金標.基于PLC的液壓動力滑臺控制系統的改進[J].產業與科技論壇，2016（18）：64-65.

[4]?石金艷.組合機床YT4543型液壓滑臺液壓系統液壓泵的故障分析[J].科技廣場， 2017（4）：96-99.

[5]?郝屏.張慧俐.基于PLC的動力滑臺液壓系統設計[J].廣東化工，2017（22）：129-130.

（收稿日期： 2018.05.21）