基于PLC的鉆床液壓動力滑臺控制系統設計
2019-8-23 來源： 武昌首義學院 作者：孫 琴
摘 要：可編程邏輯控制器（PLC）是現代工業控制的標準設備。基于此，利用PLC和液壓實驗臺，設計該液壓設備的控制系統，并在液壓實驗臺上搭接其回路，模擬動力滑臺的動作要求，最終實現PLC與液壓系統的通信聯系和動態控制。
關鍵詞：PLC；液壓回路；液壓實驗臺
可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）具有工作可靠、抗干擾能力強、環境適應性好、應用靈活等特點，是現代工業控制的標準設備。某鉆床的動力滑臺由液壓系統實現，其工作環境、工作特點適合PLC作為控制器。
1 、系統總體方案設計
1.1 液壓回路
某鉆床的動力滑臺利用液壓回路控制，要求動力滑臺實現“快進-工進-快退-停止”的工作循環，而且快進與快退速度相等，滑臺總行程 150mm，快進行程 70mm。動力滑臺的工作由液壓系統提供動力，鉆床動力滑臺液壓回路的工作原理如圖1所示。
注：1.葉片泵；2.溢流閥；3.三位四通電磁換向閥；4.調速閥；5.單向閥；6.二位三通
電磁換向閥；7.單桿式活塞油缸（行程150mm）；L1、L2、L3為傳感器（接近開關）。
圖1 鉆床動力滑臺液壓回路的工作原理
液壓回路的工作原理是依靠傳感器控制執行元件的順序動作。油泵 1 供油，調定溢流閥 2
壓力為 2.0MPa，當三位四通電磁閥 3 的 1YA 得電，油缸 7 活塞桿右行，有桿腔的油經過二位三通電磁換向閥6的左位（3YA 失電）又進入油缸7的無桿腔形成差動連接形式，此時實現快進；快進行程結束觸動傳感器L2，L2使電磁閥6的3YA得電有桿腔內液壓油經過調速閥 4、換向閥 3 的 A-T 回油箱，實現工進；工進完成觸動傳感器L3，L3使電磁閥3的1YA失電，2YA 得電，液壓油經過電磁閥 3 的 P-A、單向閥 5、電磁閥6的P-A進入油缸7的有桿腔，無桿腔內的油經過電磁閥 3 的 B-T 回油箱實現快退工作，快退至原位觸動L1后停止。
1.2 控制系統設計流程
PLC 控制系統應用設計，一般應按以下步驟進行：
①全面詳細地了解被控制對象的特點和生產工藝過程，歸納出工作循環圖或狀態流程圖，與繼電器控制系統和工業控制計算機進行比較后加以選擇；
②確定控制對象，還要明確控制任務和設計要求；
③制定控制方案，進行 PLC 選型，硬件和軟件設計，模擬調試，模擬調試好的程序傳送到現場使用的 PLC 存儲器中，接人 PLC 的實際輸入接線和負載。
2、 PLC工作原理
PLC的基本工作模式有運行模式和停止模式。運行模式分為內部處理、通信操作、輸入處理、程序執行和輸出處理 5 個階段。停止模式是指當處于停止工作模式時，PLC只進行內部處理和通信服務等。在運行模式下，PLC按上述5個階段進行周而復始的循環工作，稱為循環
掃描工作方式。
3 、控制系統設計
3.1 PLC
（I/O）分配根據鉆床動力滑臺液壓回路的控制要求，以及實際I/O 點數情況，并考慮實踐操作中將遇到的問題，采取一定的備用措施。選定的 PLC 型號為 FX2N-48MR 型，I/O口的分配情況如下，系統的硬件接線圖如圖 2 所示。其中，輸入（I）為：X0，自動控制啟動按鈕SB1；x1，手動控制啟動按鈕SB2；X2，急停按鈕SB3；X3，手動計數按鈕SB4；X10，行程開關 SQ1-傳感器 L1；X11，行程開關 SQ2-傳感器L2；X12，行程開關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 控制系統流程圖設計
考慮到實際控制中的自動和手動的切換，采用經典法設計，按下 X0 選擇自動控制，按下 X1 選擇手動控制。當 X0 閉合時，活塞向右運動，如果活塞碰到 L1，則執行“快進”，否則不進行其他動作；當活塞碰到L2，則執行“工進”，否則不進行其他動作；當活塞碰到 L3，則執行“快退”，否則不進行其他動作。
3.3 程序設計
控制程序用自動和手動的切換模式，采用經典法設計，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。同時，考慮到動力滑臺會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，同時也使動力滑臺快退來控制液壓動力滑臺退回原位。自動程序設計時，按下X0啟動自動控制裝置，活塞向右運動；若碰到傳感器L1，X10閉合，要保持電磁鐵1YA持續得電，Y0得電自鎖，執行“快進”。若碰到傳感器L2，X11閉Y2 得電自鎖即保持電磁鐵 3YA 持續得電，1YA 和3YA同時得電，執行“工進”。若碰到傳感器L3，X12閉合，Y4得電自鎖即保持電磁鐵2YA持續得電，同時要使電磁鐵1YA失電，需在Y0串聯中加常閉開關X12，當X12閉合時，Y0失電，2YA和3YA同時對得電，執行“快退”。采用動控制系統完成“快進-工進-快退-停止”的工作循環。同時，結合試驗臺上的開關輸入點數，采用對一個按鈕的脈沖個數來控制系統各個行程工作的進行。
4 、調試中出現的問題及解決方法
問題 1 為液壓實驗臺上的執行元件是按鈕，如何通過按鈕保持某一線圈持續得電；以及如何使某兩個線圈同時得電，使得活塞執行相應的動作。解決辦法是采輔助繼電器自鎖，以及行程開關的互鎖，來實現電磁鐵控制的邏輯關系。
問題2為在進行快進-工進-快退-停止的過程中，前兩步運行正常，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，使得實驗操作過程更順利。
問題 3 為手動程序和自動程序分開執行能正常運行，但是通過跳轉切換活塞不動作，沒正確解決雙線圈的問題。解決辦法為仔細理清跳轉程序的條件，經調試最后采用的是2個按鈕分別切換自動和手動控制。
5 、結論
該系統經仿真和調試，運行平穩，工作可靠，能夠實現鉆床動力滑臺的基本動作要求。該系統的設計有以下特點：
①系統采用PLC作為控制器，抗干擾性強，穩定性高，接線簡單，維修方便；
②在程序設計的過程中，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平臺，大大縮短了設計周期，提高工作效率；
③在液壓實驗臺上模擬搭接鉆床動力滑臺液壓系統，利用該硬件平臺，可節省設計、調試成本，縮短了調試時間。
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