倪洪啟， 牛 野， 王樹強(qiáng)

(沈陽(yáng)化工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110142)

液壓機(jī)是制品成型生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的設(shè)備之一，YB32-300型四柱液壓機(jī)適用于可塑性材料的壓制，如沖壓、翻邊和薄板拉伸等工藝.傳統(tǒng)液壓機(jī)的電氣控制采用繼電接觸器的硬件控制方式，這種控制系統(tǒng)繼電器的數(shù)量較多，造成設(shè)備的故障率高、維修困難.本文采用 PLC對(duì)YB32-300型液壓機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了液壓機(jī)生產(chǎn)的自動(dòng)化.PLC控制系統(tǒng)具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)和維修方便等優(yōu)點(diǎn)［1］.

1 液壓機(jī)主要工作過(guò)程［2］

1.1 液壓機(jī)主要結(jié)構(gòu)

YB32-300型四柱萬(wàn)能液壓機(jī)主要由主機(jī)和控制機(jī)構(gòu)兩大部分組成.液壓機(jī)主機(jī)部分包括機(jī)身、主缸、頂出缸及補(bǔ)液裝置，其主機(jī)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力部分由油箱、變量泵、電動(dòng)機(jī)和各種安全閥以及換向閥組成.動(dòng)力機(jī)構(gòu)在控制機(jī)構(gòu)的控制下，通過(guò)泵和液壓缸及各種液壓閥實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)和輸送，完成各種工藝動(dòng)作的循環(huán).

1.2 液壓機(jī)的主要工作過(guò)程

圖1為YB32-300型四柱萬(wàn)能液壓機(jī)的工作循環(huán)圖，其主缸要能夠完成橫梁快速下行、慢速壓制、保壓、回程和懸空停止等動(dòng)作，頂出缸要完成頂出、回程和在任意位置上靜止等動(dòng)作.

圖1 YB32-300型液壓機(jī)工作循環(huán)圖Fig.1 Working cycle diagram of YB32-300 type hydraulic press

1.3 液壓機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)工作原理

圖2為YB32-300型液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)工作原理.該系統(tǒng)由變量泵1供油，用電液換向閥6控制主缸12的升以及主缸的油液壓力，行程開關(guān)19、20分別用來(lái)控制頂出缸的頂出位置和回程位置.順序閥5用來(lái)調(diào)整壓力，保證控制油路有足夠的壓力.系統(tǒng)工作壓力由遠(yuǎn)程調(diào)壓閥3調(diào)節(jié)，安全閥2防止系統(tǒng)超載.

圖2 YB32-300型液壓機(jī)液壓系統(tǒng)原理Fig.2 Hydraulic system diagram of YB32-300 type hydraulic press

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的工作方式設(shè)計(jì)

基于YB32-300型四柱萬(wàn)能液壓機(jī)的工作要求，PLC控制系統(tǒng)的控制方式包括自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行、單步運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行3種工作模式.進(jìn)行調(diào)試或調(diào)整設(shè)備時(shí)可采用手動(dòng)運(yùn)行模式或單步運(yùn)行模式，正常生產(chǎn)時(shí)選用自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行模式.

2.2 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 PLC所需的I/O點(diǎn)數(shù)

輸入信號(hào)端:3個(gè)控制主缸和頂出缸行程位置的行程開關(guān)，1個(gè)控制主缸油液壓力的壓力繼電器，9個(gè)手動(dòng)控制按鈕，分別控制機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)/停止，主缸的上升/下降，頂出缸的頂出/返程還有控制機(jī)構(gòu)運(yùn)行方式的自動(dòng)/手動(dòng)/單步的切換模式按鈕開關(guān).即共13個(gè)輸入信號(hào)，除停止按鈕為常閉開關(guān)，其余均為常開按鈕.

輸出信號(hào)端:6個(gè)狀態(tài)顯示指示燈，分別用來(lái)來(lái)顯示液壓機(jī)的開始/停止，壓型保壓時(shí)間指示燈和自動(dòng)/手動(dòng)/單步的工作狀態(tài)顯示燈，4個(gè)用來(lái)驅(qū)動(dòng)換向閥換向的輸出信號(hào)，即共10個(gè)輸出信號(hào).

該P(yáng)LC系統(tǒng)共有13個(gè)輸入信號(hào)和10個(gè)輸出信號(hào)，考慮今后的調(diào)整和擴(kuò)充需要以及個(gè)別點(diǎn)有故障時(shí)可以有代替點(diǎn)，一般加上10%～20%的備用量［3］.

2.2.2 程序存儲(chǔ)器容量的估算

由于該P(yáng)LC系統(tǒng)不需要模擬量，只需要13個(gè)開關(guān)量輸入量，10個(gè)開關(guān)量輸出量，因此可按以下公式［4－5］進(jìn)行估算:

輸入點(diǎn)數(shù)×10+輸出點(diǎn)數(shù)×8+定時(shí)器個(gè)數(shù)×4=13×10+10×8+3×4=222字，并根據(jù)總字?jǐn)?shù)再加上25%的備用量作為緩存.

因此，需選擇輸入點(diǎn)個(gè)數(shù)＞13、輸出點(diǎn)個(gè)數(shù)＞10，存貯器字?jǐn)?shù)＞222的PLC，對(duì)PLC的掃描速度及其他方面無(wú)特殊要求.考慮工廠的環(huán)境條件、將來(lái)的自動(dòng)化改造、設(shè)備的裝配和維修方便等原因，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度看選用西門子 S7-300PLC.S7-300具有很高的電磁兼容性和抗振動(dòng)、抗沖擊能力，可以應(yīng)用在惡劣的環(huán)境條件下［6］.設(shè)計(jì)中選用的S7-300PLC的CPU型號(hào)為CPU315，輸入模塊和輸出模塊分別選用DI16× DC24V、DO16×DC24V/0.5A.

2.3 PLC外部接線圖

根據(jù)設(shè)計(jì)要求給出PLC控制系統(tǒng)的外部接線圖，如圖3所示.

圖3 PLC外部接線圖Fig.3 PLC external hookup

2.4 PLC系統(tǒng)地址分配表

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，I/O地址分配如表1所示.

表1 I/O地址分配表Table 1 Assig nment of I/O point

2.5 PLC程序編制

2.5.1 程序的主體結(jié)構(gòu)

程序由主程序OB1、初始化程序OB100和3個(gè)子程序，即公共程序FC1，手動(dòng)程序FC2和自動(dòng)程序FC3構(gòu)成.在主程序中(見(jiàn)圖4)，用調(diào)用功能的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各種工作方式的切換，當(dāng)切換到各個(gè)工作方式時(shí)，各工作方式指示燈點(diǎn)亮.公用程序FC1是無(wú)條件調(diào)用的，供各個(gè)工作方式公用.由圖3可知，工作方式選擇開關(guān)同時(shí)只能選擇一種工作方式.選擇手動(dòng)時(shí)調(diào)用手動(dòng)程序FC2，選擇自動(dòng)和單步工作方式時(shí)，調(diào)用FC3.

圖4 主程序OB1Fig.4 Main program OB1

2.5.2 公用程序

圖5為公用程序FC1的控制程序，主要用于各種工作方式之間相互切換的處理.

圖5 公用程序FC1Fig.5 Public program FC1

當(dāng)系統(tǒng)從自動(dòng)工作方式切換到手動(dòng)工作方式，然后又返回到自動(dòng)工作方式時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)同時(shí)有2個(gè)活動(dòng)步的異常情況，引起錯(cuò)誤的動(dòng)作.因此在手動(dòng)工作方式中用MOVE指令將順序功能圖中各步對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器復(fù)位.

2.5.3 手動(dòng)程序

由圖3可知，手動(dòng)操作時(shí)I0.2～I(xiàn)0.5對(duì)應(yīng)2個(gè)液壓缸的頂出和返回，為確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行，手動(dòng)程序中需設(shè)置一些必要連鎖.

2.5.4 自動(dòng)程序

圖6給出了FC3的順序功能圖.

圖6 順序功能圖FC3Fig.6 Sequential function diagram FC3

自動(dòng)工作方式和單步工作方式都是按該液壓機(jī)工藝要求進(jìn)行工作，均與順序功能圖有關(guān)，因此將這2種工作方式的控制程序合并在自動(dòng)程序 FC3中.其中 M0.0，M0.5，M0.6，M1.0，M1.1，M1.2，M1.3，M1.4，M1.5，M1.6為位存儲(chǔ)器，T1，T2，T3為定時(shí)器.M0.6控制下一個(gè)動(dòng)作的啟動(dòng).

3 結(jié)論

采用PLC對(duì)YB32-300型液壓機(jī)的整個(gè)工作過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制，并對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的部分功能進(jìn)行模擬調(diào)試、運(yùn)行，基本實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)功能，既可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行也可手動(dòng)運(yùn)行，為該型液壓機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供借鑒.

［1］ 胡建.西門子S7-300/400PLC工程應(yīng)用［M］.北京:北京航天航空大學(xué)出版社，2008:1.

［2］ 朱新才.液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2009:166－168.

［3］ 胡大為.可編程序控制器(PLC)的選型和估算［J］.化工進(jìn)展，2004，23(z1):66－68.

［4］ 張桂香，張志軍.PLC的選型與系統(tǒng)配置［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2005，21(7):81－82.

［5］ 白新莊.PLC的選型探討［J］.石油化工自動(dòng)化，2005(5):22－24.

［6］ 廖常初.S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008:13.