張君艷

(江蘇聯合職業(yè)技術學院 蘇州工業(yè)園區(qū)分院，江蘇 蘇州 215123)

基于PLC的四柱式液壓機控制系統設計

張君艷

(江蘇聯合職業(yè)技術學院 蘇州工業(yè)園區(qū)分院，江蘇 蘇州 215123)

針對液壓機的液壓回路控制部分進行了PLC控制系統改造，給出了PLC的輸入輸出地址表、PLC接線圖以及軟件程序，調試運行后，不僅提高了其保壓控制性能，而且大大提高了系統的可靠性、穩(wěn)定性和生產效率。

液壓機；PLC；控制系統；設計

四柱式液壓機不僅應用在冶金、鍛壓、機器制造、交通運輸、航空航天等方面，還廣泛應用在國民經濟的許多門類，如板材成形，粉末冶金，管、線型材擠壓，膠合板壓制，打包，人造金剛石，耐火磚壓制，電纜包覆，碳級壓制成形，零件壓裝、校直等[1]。此液壓機的液壓控制系統不僅要具有壓力和速度可在較大范圍內無級調節(jié)、動作靈活、各執(zhí)行機構動作可方便達到所希望的配合關系等要求，而且要滿足工作強度和生產效率要求，以及可實現系統能根據用戶所需壓力進行自動調節(jié)。傳統的液壓機的控制系統大多數為繼電器-接觸器控制系統，不容易實現自動調節(jié)功能，同時液壓電氣控制回路比較繁瑣，生產過程中故障現象頻發(fā)，維修和排除故障十分艱難；另外，隨著大批量生產，運作時間長，元件老化現象嚴重，造成系統穩(wěn)定性、可靠性嚴重下降。由于PLC可靠性高，靈活性好，編程簡單，使用方便，排故簡便，便于開發(fā)，易于實現壓力和時間的自動調節(jié)[2]，故提出基于PLC的液壓電氣控制系統，旨在減少維修工作量，提高系統的可靠性和穩(wěn)定性，提高系統的生產效率。

1 四柱式液壓機結構與功能

四柱式液壓機主要有四個導柱、橫梁、工作臺、上滑塊和下滑塊、頂出機構等部件組成，結構原理圖如圖1所示。液壓機的主要運動是上滑塊機構和下滑塊頂出機構的運動，上滑塊機構由主液壓缸(上缸)驅動，頂出機構由輔助液壓缸(下缸)驅動。液壓機的上滑塊機構通過四個導柱導向、主缸驅動，實現上滑塊機構“快速下行→慢速加壓→保壓延時→快速回程→原位停止”的動作循環(huán)。下缸布置在工作臺中間孔內，驅動下滑快頂出機構實現“向上頂出→向下退回”或“浮動壓邊下行→停止→頂出”兩種動作循環(huán)。四柱式液壓機上、下缸動作順序如圖2所示。

圖1 四柱式液壓機結構原理圖

2 液壓系統工作原理

四柱式液壓機液壓系統采用兩個變量泵為系統提供壓力油，主泵1是一個高壓、大流量恒功率(壓力補償)變量泵，最高工作壓力由溢流閥4的遠程調壓閥5調壓。輔助泵2是一個低壓小流量定量泵，用于供應液動閥的控制油[3]，其壓力由溢流閥3調整。圖3為該系統的液壓系統圖。整個液壓系統圖中電磁閥線圈的動作順序如表1所示。

圖2 液壓機上、下缸動作順序圖

表1 電磁鐵線圈動作順序表

液壓控制系統在工作過程中，通過電液換向閥6、21的中位機能使主泵1空載起動，在主、輔液壓缸原位停止時主泵1卸荷。

2.1 主缸運動

(1)快速下行：1Y線圈通電，液壓泵的壓力油通過換向閥6(右位)，13單向閥 ，進入主液壓缸16的上腔，同時系統利用上滑塊組件的自重實現主液壓缸(上缸)快速下行，并用充液閥14補油；使上缸快速下行，回油路為上缸下腔經過液控單向閥9(5Y通電打開液控單向閥)，電液換向閥6的右位以及21的中位回到油箱[4]。

(2)慢速工進：慢速加壓在滑塊接觸到工件后，阻力增加，這時主缸16上腔壓力迅速升高，關閉液控單向閥14，這時只有液壓泵繼續(xù)向主缸上腔提供高壓油，推動活塞慢速下行，對工件加壓。加壓速度僅由液壓泵的流量來決定，油液流動情況與快速下行相同。

(3)油路保壓：當上缸帶動上模與下模合模后，壓力油繼續(xù)輸入上油缸的上腔，油缸上腔的壓力繼續(xù)升高，由于油壓的升高，補油箱處的液控單向閥被關閉，切斷了補油箱的供油，使上缸16下行速度開始放慢，油缸上腔壓力繼續(xù)升高，當壓力超過了壓力繼電，7的調定值時，壓力繼電器發(fā)出信號，控制電液換向閥6轉換到中位，切斷油缸16上腔的供油，上缸停止運動，系統開始保壓。

(4)泄壓、快速返回：等保壓完成后，電液換向閥6的2Y得電(1Y斷電)左位被接通，泵1打出的壓力油通過電液換向閥6的左位，再經過背壓閥10，進入上油缸16的下腔，推動油缸向上運動，同時上缸16上腔的回油通過液控單向閥14，流回到補油箱15，使得上缸能快速退回原位。

2.2 頂出缸運動

(1)頂出缸17的動作是在主缸停止運動后進行的[5]。電液換向閥21的3Y得電(4Y斷電)，因為進入頂出缸的壓力油必須先經過主缸換向閥6的中位(即主缸停止運動的位置)，然后再進入控制頂出缸運動的換向閥21，從而實現主缸和頂出缸運動的互鎖；壓力油經過21的左位進入下缸17的下腔，上腔的壓力油經過21的左位流回油箱。

(2)頂出缸退回動作在工件取出后，電液換向閥21的4Y得電(3Y斷電)，右位開始工作，壓力油進入下缸17的上腔，下缸下腔的回油經過閥的右位流入回油箱，下缸向下運動，恢復原位。

圖3 液壓系統回路圖

(3)頂出缸停止電磁鐵3YA、4YA都斷電，下缸電液換向閥21處于中位，頂出缸停止運動。

備注說明：液控單向閥14在保壓時可防止上油缸16上腔的油液倒流，行程開關用于控制上、下缸的極限位置，壓力表分別顯示上、下油缸和整個系統的壓力。

3 PLC控制系統設計

由于PLC能完成邏輯、順序、定時、計數和算術運算等功能，編程語言也比較強大，又可實現循環(huán)掃描和即時刷新等一系列優(yōu)點，故采用三菱PLC控制系統取代原來的繼電接觸器控制系統，電磁閥動作順序表和控制要求都保持不變，根據四柱液壓機液壓系統控制要求，該系統所需的輸入信號9個(X0-X10)，輸出信號6點(Y0-Y5)。同時考慮系統后期的開發(fā)，輸入輸出信號預留多個備用點，故選擇FX2N-32MR；繼電器輸出形式，采用梯形圖編程方式，工藝流程是分步進行[6]，所以按照流程圖來編寫程序非常方便。在PLC控制系統設計過程中，按照設計步驟給出了輸入輸出地址表，如表2所示，PLC硬件接線圖、工藝流程圖、PLC程序設計示意圖分別如圖4、圖5、圖6所示。

其中，四柱液壓機液壓系統的工藝流程體現了整個系統的工作過程，工藝流程圖清晰地表達系統的運行狀況，PLC采用順序編程法非常方便，易于調試程序和排除故障[7]。

4 結束語

該系統利用PLC取代繼電接觸器控制系統后，經過安裝調試、改進和完善，液壓控制系統不僅滿足了工作強度和生產效率的要求，而且操作非常方便，可實現點動、半自動、全自動循環(huán)動作，系統的工作壓力、壓制速度在行程范圍內均可根據需要進行隨時調整，并能完成定壓及定程等多種工藝方式，改造后的PLC控制系統可非常靈活地根據系統需要設定和調整保壓延時時間和保壓壓力，同時PLC液壓控制系統也避免了整個機床振動噪聲大、油液泄漏等一系列不足；投入生產后整個系統運行平穩(wěn)可靠、故障率大大降低；系統效率大大提高，不僅經濟性能好，而且維護非常簡單便捷。另外，PLC控制系統具有很好的柔性，為以后系統的升級增添了靈活性，尤其是在客戶根據生產產品要求需要改變產品工藝，改變工作過程時，就不需要再重新設計控制系統回路以及復雜的安裝接線，只要改變其用戶程序就可以實現相應的控制要求，大大減少了繁瑣的線路連接和工作量，縮短了系統更新的周期。

表2 輸入輸出地址表

圖4 PLC硬件接線圖

圖5 工藝流程圖

圖6 梯形圖部分程序

[1] 林義忠.液壓集成塊典型轉彎孔道流場仿真分析[J].機床與液壓，2012，(3)：133-135.

[2] 張文凡.基于自適應的液壓夾具壓力控制的研究[J].機床與液壓，2012，(5)：63-64.

[3] 席光輝.機床液壓智能CAD系統的研究 [J].機床與液壓，2001，(3)：52-54.

[4] 陳艷紅.PLC在搖臂鉆床控制系統中的應用 [J].機床與液壓，2002，(6)：260-261.

[5] 廖常初.PLC應用技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[6] 徐建俊.電機與電氣控制[M].北京：清華大學出版社，2010.

[7] 殷建國.工廠電氣控制技術[M].北京：經濟管理出版社，2006.

[8] 王章俊，等.35MPa高壓軸向柱塞泵配流副油膜性能數值分析[J].液壓氣動與密封，2016，(1).

Design of control system for four-column hydraulic press on the basis of PLC

ZHANG Junyan
(Suzhou Industrial Park Branch,JiangsuUnion Technical Institute,Suzhou 215123,Jiangsu China)

The transformation of PLC control system has been conducted to the hydraulic circuit control for hydraulic press.The PLC input and output address table,PLC wiring diagram and software program have been put forward.After commissioning,the pressure maintaining control performance has been improved,as well as the reliability,stability and production efficiency of the system.

Hydraulic system;PLC;Control system

TG315.4

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.05.007

1672-0121(2017)05-0025-04

2017-05-04；

2017-06-23

張君艷(1978-)，碩士，高工，副教授，從事電氣自動化、機械結構設計與電氣控制、工業(yè)機器人技術研究。E-mail：zhangjy2012@sina.com