秦志旗

（中電投集團東方能源公司 河北石家莊 050041）

PLC在六面頂金剛石壓機中的應(yīng)用

秦志旗

（中電投集團東方能源公司 河北石家莊 050041）

介紹六面頂金剛石壓機的工作原理及利用可編程控制器（PLC）完成整個設(shè)備機械、液壓系統(tǒng)工作控制的設(shè)計方法，著重討論應(yīng)用PLC的經(jīng)驗及體會。

金剛石壓機 PLC 機電一體化

隨著國內(nèi)外基建行業(yè)技術(shù)水平的迅猛發(fā)展，市場對金粉鋸片、砂輪、磨料等人造金剛石制品的需求量越來越大。隨之而來的是生產(chǎn)人造金剛石的設(shè)備走俏市場，其中，六面頂金剛石壓機以其操作簡便、生產(chǎn)成本相對較低等優(yōu)點占據(jù)了市場較大份額。

人造金剛石是利用石墨可在高溫、高壓的環(huán)境中，在觸媒的催化作用下，其原子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而合成人造金剛石。六面頂金剛石壓機是利用機械、液壓裝置從六個方向給主機中心加壓，在主機中心硬質(zhì)合金頂錘的作用下使生產(chǎn)原料形成一個密封的正方體超高壓容腔，同時通過特殊的電加熱裝置對腔體加熱，腔體就可以產(chǎn)生合成人造金剛石所需的高溫、高壓條件。整個設(shè)備的工作過程需要電控系統(tǒng)與機械、液壓系統(tǒng)相配合完成一系列工作。電控系統(tǒng)主要通過對由大、小柱塞泵和二十余個電磁閥組成的液壓系統(tǒng)以及電加熱裝置等的控制來完成自動、分段、調(diào)整等不同模式下的工作。

1 壓機電控系統(tǒng)的硬件設(shè)計

傳統(tǒng)的金剛石壓機電控系統(tǒng)由近三十個中間繼電器、時間繼電器、接觸器等不同型號規(guī)格的低壓電器組成邏輯控制線路，不僅故障率高且維修不便。當生產(chǎn)工藝進行調(diào)整，需要改變控制邏輯時必須改變硬件接線，變動起來十分麻煩。目前，整個壓機的機械、液壓系統(tǒng)從原材料到零部件都已經(jīng)有了很大的改進，相比之下落后的電控系統(tǒng)已成為阻礙生產(chǎn)發(fā)展的“瓶頸”問題。使用PLC代替原來的繼電器控制系統(tǒng)是一種必然的選擇。

綜合各項指標，我們選用了日立公司E系列的E-64HR型PLC作為主控單元設(shè)計了壓機新的電控模式。E-64HR共有64個I/O口，其中40個開關(guān)量輸入口，24個輸出口，內(nèi)置式電擦除EEPROM可以保證用戶方便的完成程序和參數(shù)的修改和儲存。PLC根據(jù)各輸入口所接按鈕、行程開關(guān)、電接點壓力表、接觸器等電器的信號的狀態(tài)以及用戶編制的軟件程序自動控制各泵、電磁閥以及加熱裝置的動作完成整個生產(chǎn)過程。詳見（表1 E64HR I/O分配表）

表1 E64HR I/O分配表

2 PLC的軟件設(shè)計

整個程序需按照液壓動作圖和工藝要求完成以下動作：啟動工作按鈕后，三個活塞缸在油壓驅(qū)動下前進，至預(yù)定位置后由限位開關(guān)給出信號，三個缸依次停止；暫停一定時間后六缸同時加壓，形成葉臘石密封倉；稍后，由增壓器加壓，到達一定壓力時開始對密封倉通電加熱并開始加熱計時，同時繼續(xù)升壓至保壓壓力，開始保壓并保壓計時；其間如有壓力泄露由小泵自動補壓。加熱和保壓時間到后，系統(tǒng)泄壓，六缸回位完成一個工作循環(huán)。詳見（圖1控制流程圖及圖2部分梯形圖）

3 PLC設(shè)計及應(yīng)用經(jīng)驗

3.1 硬件設(shè)計及應(yīng)用經(jīng)驗

E-64HR型PLC的各輸入口采用光電耦合方式，有效的防止了外部干擾的竄入。輸入電壓DC21.6～26.4V、輸入電流10 mA。在七年來數(shù)百臺壓機的跟蹤服務(wù)統(tǒng)計中，沒有發(fā)現(xiàn)由于輸入單元自身故障出現(xiàn)誤報，其線路工作可靠。

E-64HR型PLC的各輸出口是繼電器輸出方式，繼電器線圈電壓DC21V～27V、耗電10 mA、觸點容量2A、平均壽命20萬次以上，可直接驅(qū)動接觸器線圈、電磁閥線圈及指示燈等低功耗元件。在對用戶送回來的故障PLC檢修中，發(fā)現(xiàn)70 %以上的故障仍出現(xiàn)在輸出單元，一類是機內(nèi)壓敏電阻燒穿，另一類是輸出繼電器觸點燒毀。經(jīng)現(xiàn)場考察及分析發(fā)現(xiàn)，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)電源質(zhì)量較差。原設(shè)計中輸出口所需AC220V直接采用電網(wǎng)任意一相供電，電源波動大，直接導(dǎo)致了上述硬件故障。后改為采用加熱裝置中的交流穩(wěn)壓電源兼向輸出口驅(qū)動電源供電，有效的減少了該類故障的發(fā)生。

在PLC的供電電源問題上，PLC采用AC220V直接供電，其內(nèi)部電源部分的穩(wěn)壓、整流、濾波電路設(shè)置是比較完善的。但設(shè)計中仍需采用隔離變壓器對其供電電源進行隔離，以保證工況惡劣的場合下干擾不由電源竄入，提高系統(tǒng)可靠性，一般可采用BKC-220/220V（60-100VA）的隔離變壓器。

在PLC控制系統(tǒng)的接地問題上，所有廠家的PLC均有一個專用接地端子（GND），該端子是整機的屏蔽接地點，用戶最好為其單獨設(shè)立接地極（接地電阻＜100Ω，接地線長度＜20m），并注意合理選擇接地極的位置。有些用戶將其接在電器設(shè)備的外殼上甚至接在零線上，這是十分錯誤的，不僅起不到屏蔽作用反而成為事故引入點。河北新河某廠錯誤的將該接地端子接于避雷系統(tǒng)接地極上，雷雨時造成高壓引入，造成整個車間數(shù)臺PLC完全被燒毀。以上問題，盡管用戶手冊已強調(diào)，但仍有許多用戶未引起注意，造成不必要的損失。

目前流行的六面頂壓機均有大（11KW）、小（1.5KW）兩個柱塞泵。小泵主要是為了完成“保壓”階段的壓力維持，避免大泵沖擊過大，造成壓力波動過大，影響金剛石的生長質(zhì)量。我們曾嘗試，將大泵由變頻器實現(xiàn)變頻調(diào)速，取消小泵，從系統(tǒng)的“保壓”效果、金剛石的生長情況以及整個設(shè)備的電能消耗等幾個方面來看，結(jié)果都是令人滿意的。雖由市場原因，該方案沒能得以推廣，但是將PLC、變頻器、壓力傳感器、溫度傳感器以及超低頻電源技術(shù)結(jié)合起來，對電控系統(tǒng)進行較大的改進是下一步技術(shù)發(fā)展的必然。

3.2 軟件設(shè)計及應(yīng)用經(jīng)驗

軟件設(shè)計中，重點是對控制工藝流程要分析透徹。編程中使用“FUN03”指令按照程序步的思想實現(xiàn)控制要求。既把控制工藝流程分為相互獨立的若干程序步，在啟動下一個程序步時，將上一個程序步復(fù)位。這樣設(shè)計不僅防止了在不同階段輸出繼電器的誤動作、相互干擾以及出現(xiàn)PLC軟件編制中常犯的“雙線圈”錯誤。并且，在由于需要修改工藝而必須調(diào)整動作順序時，只需調(diào)整相應(yīng)“FUN03”的控制方式即可，給修改工藝帶來了極大的方便。盡管有些型號的PLC不具有類似的“FUN03”功能，也可以的依據(jù)上述思路進行開發(fā)。依據(jù)多年來在不同工況下對不同廠家、型號的PLC使用經(jīng)驗看，這一思路是比較成功的。

圖1 控制流程圖

圖2 部分梯形圖

4 結(jié)語

PLC替代原有繼電器控制模式后顯示出了巨大的優(yōu)勢，被生產(chǎn)廠家和用戶所接受。93～96年間該壓機成為石家莊煤礦機械廠的主導(dǎo)產(chǎn)品之一，為該廠創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。由壓機用戶進行的統(tǒng)計表明：使用繼電器進行控制的壓機，由于電氣故障造成的停產(chǎn)周平均4小時，由此造成每臺壓機年均經(jīng)濟損失八千元左右。采用PLC控制的壓機，其工作性能穩(wěn)定且各I/O指示簡單、明了，大大縮短了維修時間，電氣故障造成的停產(chǎn)降至周平均20分鐘，特別是修改工藝時僅需進行程序的調(diào)整，省時、方便為用戶創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。許多老式壓機的用戶要求幫助他們用PLC改造老壓機，體現(xiàn)了PLC在金剛石壓機上的成功應(yīng)用。

［1］王碩禾，張福生.六面頂金剛石壓機控制系統(tǒng)初探［C］.北方六省機電一體化年會論文集，1995：25～33

［2］日立公司.日立E系列使用說明書，1993

［3］石家莊煤礦機械廠.JY-6800P六面頂金剛石壓機使用說明書，1993

Application of PLC in the Six Top Diamond Press Machine

QIN Zhi-qi
（Shijiazhuang Oriental Resources Co.， Ltd of China Power Investment Corporation Shijiazhuang Hebei 050041 China）

The working principle of the six top diamond press machine and the design method of using PLC to control the machine and hydraulic system are introduced and the application experience of PLC is also discussed.

diamond press machine PLC mechanical

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A

1673-1816（2015）02-0018-04

2015-03-18

秦志旗（1973-），男，河北柏鄉(xiāng)人，高級技師，研究方向電氣設(shè)備及電氣控制系統(tǒng)安裝、調(diào)試、運行、維護、檢修和處理各類電氣故障。