張金達(dá)

（上海市公用事業(yè)學(xué)校，上海 200439）

可編程控制器（PLC）是計算機技術(shù)和傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，自問世以來，在工業(yè)控制中獲得了廣泛的應(yīng)用，特別是在對傳統(tǒng)的控制設(shè)備進行改造時，往往會優(yōu)先考慮采用PLC控制，因其具有設(shè)計周期短、調(diào)試簡便與可靠性高等優(yōu)點。

筆者前幾年受邀于某企業(yè)，進行設(shè)備的技術(shù)改造，為車間的10 kN植物纖維液壓機的電氣控制系統(tǒng)引入PLC控制，獲得了成功。設(shè)備經(jīng)改造后，體積減小，噪音降低，工作的可靠性大大提高。

1 植物纖維液壓機的主要功能與控制要求

植物纖維液壓機是將經(jīng)加工處理的植物顆粒原料，在模具中加熱，由溫控儀進行控溫，再進行反復(fù)壓制，使植物原料成型的自動生產(chǎn)機械。安裝不同的模具，可加工出各種形狀的產(chǎn)品，因產(chǎn)品具有可降解的特點，符合環(huán)保理念。

液壓機有一個液壓控制箱，由液壓泵電機供給壓力油，各機械動作由液壓系統(tǒng)來驅(qū)動控制，故電氣系統(tǒng)主要是控制各電磁閥。

為適應(yīng)不同的工藝要求，壓制過程有調(diào)整和半自動兩種方式：

調(diào)整方式為手動操作，按不同功能的按鈕時，液壓機執(zhí)行相應(yīng)動作；半自動方式為常用的工作方式，當(dāng)上下模具的植物顆粒原料加熱到設(shè)定溫度時，按工作按鈕，上模具依次執(zhí)行快速下行-慢速下行-壓制-泄壓-排氣-返回等工步，各工步的動作時間，由設(shè)在面板上的時間繼電器根據(jù)加工效果進行控制和調(diào)整，完成一次壓制工藝后自動計數(shù)。

模具上下行各設(shè)有限位開關(guān)，為提高工作效率，在半自動下行時，分快速和慢速兩段，由行程開關(guān)發(fā)信號。

2 硬件設(shè)計

在液壓機的電氣系統(tǒng)中，原來的液壓泵電機部分，上模具的電加熱及溫控部分，控制電磁閥部分，保護環(huán)節(jié)等維持不變。操作面板布置如圖1所示。

圖1 操作面板布置圖

XMT1和XMT2是兩個溫控器，用來分別設(shè)定及控制上下兩個模具內(nèi)原料的加熱溫度；

KT1～KT5是時間繼電器，可根據(jù)工藝需要，隨時調(diào)整各工步的動作時間；

計數(shù)器是用來顯示加工產(chǎn)品的數(shù)量；

LED1～LED6是各液壓閥的動作顯示；

SB1是急停按鈕，另有一個急停按鈕裝在液壓機的側(cè)面；

SB3和SB4是液壓機的起動和停止按鈕；

SA1是模具的電加熱開關(guān)；

SA2是工作方式的選擇開關(guān)；

SB5和SB6是手動操作按鈕。

PLC選型時，考慮選用市面上較為普遍使用的主流機型——三菱的FX2N系列，根據(jù)輸入輸出信號的點數(shù)，并適當(dāng)考慮一定的裕量，定為FX2N—32 MR。

將各控制開關(guān)，行程開關(guān)，按鈕，壓力表接點，時間繼電器接點都接入PLC的輸入端，時間繼電器線圈，各繼電器線圈，計數(shù)器接入PLC的輸出端。配置如圖2所示。

圖2 PLC配置圖

3 軟件設(shè)計

圖2中，

SA2是工作方式選擇開關(guān)，當(dāng)SA2接通時，是半自動方式，斷開時，是手動方式；

SB5是手動下行按鈕；

SB6是手動上行按鈕；

SB7、SB8是工作按鈕，當(dāng)兩個按鈕同時按下時，壓制工作開始，且到低速時才可放開，以確保安全；

SQ1、SQ2、SQ3分別是上中下3個位置的限位開關(guān)；

SP1是電接點壓力開關(guān)；

KT1～KT5是用來調(diào)整各工步工作時間的時間繼電器，可在操作面板上按需要進行調(diào)節(jié)；

KA1～KA6是繼電器，用來控制各電磁閥YA1～YA6，實現(xiàn)壓制工藝的要求，C是計數(shù)器，每完成一次壓制工件，自動計數(shù)一次。

根據(jù)液壓系統(tǒng)的動作要求，確定各電磁閥在各工步的動作狀態(tài)如表1所列。

表1 電磁閥各工步動作狀態(tài)表

設(shè)計的梯形圖如圖3所示。

圖3 梯形圖

4 系統(tǒng)調(diào)試

4.1 液壓泵電路

按按鈕SB3，液壓泵電機工作，壓力表指示液壓系統(tǒng)工作，按按鈕SB4，液壓泵電機停止。液壓泵電路具有短路及過載保護。液壓泵電機工作是整個液壓機工作的前提。

4.2 電加熱電路

合上SA1開關(guān)，兩加熱器對上下模具進行電加熱，XMT1和XMT2兩個溫控器可以設(shè)定加熱溫度和指示當(dāng)前溫度，當(dāng)加熱溫度達(dá)到設(shè)定值時，加熱電路將自動切斷，從而維持壓制溫度不變。

4.3 PLC程序模擬調(diào)試

將PLC的輸入輸出與現(xiàn)場設(shè)備相連，為確保安全，避免機械事故，將液壓泵電機斷開，從而不產(chǎn)生機械動作，只驗證程序的正確性。

（1）手動工作。開關(guān)SA2置手動位置，按下行按鈕SB5，M0動作，Y2和Y1先后動作，由繼電器KA3、KA2分別控制電磁閥YA3、YA2，用以實現(xiàn)滑塊下行。

碰下限位開關(guān)SQ3，M0、Y2、Y1均無輸出，下行自動停止。

按上行按鈕 SB6，M1 動作，Y3、Y5、Y0 輸出，其中Y0稍經(jīng)延時后切換到Y(jié)1，由繼電器KA4、KA6、KA1（延時后切換為KA2）分別控制電磁閥YA4、YA6、YA1（延時后切換為YA2），用以實現(xiàn)滑塊上行。

碰上限位開關(guān) SQ1，M1、Y5、Y3、Y1 均無輸出，上行自動停止。

（2）半自動工作。開關(guān)SA2置自動位置。

兩手同時按下工作按鈕 SB7、SB8，M2、Y2、Y4、Y1動作，由繼電器KA3、KA5、KA2分別控制電磁閥YA3、YA5、YA2，用以實現(xiàn)滑塊快速下行。

碰中間位置的限位開關(guān)SQ2，M3動作，M2復(fù)位，Y1、Y2保持輸出，由繼電器KA3、KA2分別控制電磁閥YA3、YA2，用以實現(xiàn)滑塊慢速下行。此時可放開工作按鈕SB7、SB8，

使電接點壓力表觸點SP1動作，Y6、Y7輸出，時間繼電器KT1、KT2得電，KT1是保壓延時，KT2是壓制延時。

KT1 延時時間到，Y1、Y2 釋放，下壓停止。Y0、Y3動作，開始泄壓，時間繼電器KT3、KT5得電，KT3是泄壓延時，KT5是排氣延時。

經(jīng)KT3延時后，停止泄壓，經(jīng)KT5延時后，停止排氣，Y1、Y2 動作，再次下壓。

待壓力升高，SP1動作，Y6再次輸出，時間繼電器KT1得電，經(jīng)KT1再次保壓延時。經(jīng)KT3、KT5再次泄壓延時和排氣延時。

泄壓排氣后，如KT2整定延時時間到，則Y1、Y3、Y5動作，將實現(xiàn)滑塊返回，Y13實現(xiàn)自動計數(shù)。如KT2整定延時時間未到，則重復(fù)保壓泄壓排氣過程。

滑塊返回過程中，碰上限位開關(guān)SQ1后停止，一個壓制過程結(jié)束。

4.4 統(tǒng)調(diào)

在以上3項單獨調(diào)試完成后，可進行聯(lián)合調(diào)試，將PLC的輸入輸出與現(xiàn)場設(shè)備相連。

先按SB3起動液壓泵，壓力表指示液壓系統(tǒng)正常。再合上SA1，接通加熱器，溫控器顯示上下模具溫度慢慢升高，植物顆粒原料被加熱。

當(dāng)溫度上升到設(shè)定值時，兩手同時按工作按鈕SB7、SB8，滑塊連同上模具快速下行，當(dāng)下行到中間位置SQ2處時，滑塊連同上模具轉(zhuǎn)為慢速下行，此時可放開工作按鈕SB7、SB8。

當(dāng)上下模具合攏時，植物顆粒原料被擠壓，磁觸電接點壓力表SP顯示壓力增大，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的壓力值時，壓力表觸點SP1動作，時間繼電器KT1、KT2得電，在KT2的延時時間內(nèi)，KT1使機構(gòu)開始保壓延時，再轉(zhuǎn)為泄壓排氣，再加壓，保壓，泄壓排氣……。

當(dāng)KT2整定時間到，則在最后一次泄壓排氣后，上模具開始進行回程，直到碰上限位開關(guān)SQ1止。一次壓制結(jié)束，計數(shù)器自動計數(shù)，可手工取下成品。

在壓制過程中，各時間繼電器的延時時間，可在面板上隨時手動調(diào)整，以適應(yīng)加工工藝的要求。

5 保護環(huán)節(jié)

本液壓機系統(tǒng)有各種保護環(huán)節(jié)，液壓機電路有短路和過載保護；液壓機壓制過程中有上下限位SQ1、SQ3保護；還有電路的聯(lián)鎖保護，液壓泵和電加熱啟動，到達(dá)設(shè)定溫度后才能進行壓制工藝，以免產(chǎn)生廢品；兩手同時按下工作按鈕SB7、SB8，模具才能下行壓制，以防事故；兩個緊急停止按鈕SB1、SB2設(shè)置在液壓機的不同位置，以備緊急情況時能及時斷然處置。

6 結(jié)束語

這次設(shè)備的PLC技術(shù)改造，前后歷時半個多月，是筆者二十年教師生涯中一次重要的企業(yè)實踐活動，在企業(yè)的大力支持下,檢驗了自己的專業(yè)技術(shù)水平和實踐能力。設(shè)備經(jīng)改造后運行穩(wěn)定，性能良好，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。當(dāng)然，限于本人水平，加上時間倉促，在細(xì)節(jié)上一定有一些尚待完善和規(guī)范的地方，懇請廣大讀者批評指正。

[1]王兆義.可編程控制器使用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[2]許 翏，許 欣.工廠電氣控制設(shè)備(第二版)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.