孫洪強 杜載華 盧宇峰

（湖北三江航天萬山特種車輛有限公司 湖北孝感）

一、問題

某Y32-315型四柱液壓機（漢陽縣第一機械廠制造）已服役30年。設備整體構造見圖1，油泵啟動后，液壓系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)壓運行，電磁換向閥控制改變液壓油流方向，實現(xiàn)滑塊快降、慢降、泄壓和回程等各種轉(zhuǎn)換。工作臺下油缸（頂出缸）連接4根頂料桿，頂料桿通過平臺小通孔伸出平臺。工件校平完成后升起滑塊，頂料桿將工件頂起，使之方便工件取出。按下退回按鈕，頂料桿下降至平臺以下，設備進入下一工作循環(huán)準備狀態(tài)。設備液壓原理見圖2，泵1和泵2同步啟停，電氣控制對象主要是三位四通換向閥兩側電磁鐵 YA1、YA2（控制滑塊油缸）和 YA3、YA4（控制頂料桿油缸），兩位四通換向閥電磁鐵YA5。

某次彎板校形時，設備出現(xiàn)未操作而頂料桿突然頂出的現(xiàn)象，檢查確認是控制電路局部短路故障?？紤]到常規(guī)換件維修方法無法保證設備繼續(xù)可靠工作，為此保持設備原有機械和液壓部分構造基本不變，通過升級設備電氣控制系統(tǒng)，提高設備可靠性。

圖1 設備整體構造

圖2 設備液壓原理（簡化）

二、設備電氣控制系統(tǒng)改造

1.改造方案

（1）設備出廠設置調(diào)整（單次動作按鈕點動控制）、手動（按鈕操作一次完成滑塊下行，回程須再按動回程按鈕）和半自動（按鈕操作一次自動完成一個工藝動作循環(huán)）等3種操作模式。由于設備的減速行程開關、壓力繼電器和時間繼電器等器件已經(jīng)老化，電氣接線不完整且難恢復，手動和半自動模式已不能保證設備可靠工作；在實際生產(chǎn)過程中，該四柱液壓機只用于金屬板材校平。因此，設備改造后只保留調(diào)整模式，在滿足使用前提下，適當簡化設備構造，去掉不可靠的工作部分，以保證安全。

（2）YA1～YA5 分別由繼電器KA1～KA5控制驅(qū)動，執(zhí)行動作依次是滑塊下降、上升；頂料桿頂出、退回；滑塊下降加速。由于只保留調(diào)整模式，故采用MCS-51系列8位單片機，上述動作由按鈕S1～S5操作，實現(xiàn)板材校形的單次點動控制?？紤]到滑塊快速下降比慢速下降的操作危險性更大，故由S1單按鈕操作慢速下降，而快速下降則由雙按鈕S1+S5雙手操作控制。設備改造后的電氣控制系統(tǒng)見圖3。

圖3 設備改造后電氣控制

2.單片機控制電路硬件設計

選擇AT89S2051型單片機，控制電路原理見圖4，MCS-51單片機輸入輸出端口分配見表1。單片機P1口連接光電隔離器件，然后驅(qū)動繼電器、信號燈（XD）及蜂鳴器（FM）的各種動作（或顯示）。單片機工作采用DC 5V電源供電，經(jīng)過光電隔離后的繼電器等外圍電器采用DC 12 V電源供電。為確保設備工作可靠，控制所需DC 5 V和12 V由開關型穩(wěn)壓裝置供電，液壓油泵啟動由交流強電控制回路承擔。除XK1、XK2信號輸入單片機處理外，在強電回路另設與緊急停止開關相串聯(lián)的上下極限開關，形成強制斷電保護。

3.程序編制

圖4 單片機控制電路原理

表1 AT89S2051輸入輸出端口分配

使用C語言編程，包括初始化（口線說明和變量定義）、讀入P3端口數(shù)據(jù)、輸出P1端口數(shù)據(jù)和故障監(jiān)控報警等功能程序。在硬件設計中雖然已擬定輸入輸出口線，但程序中不直接采用 P1.0、P3.7等口線名稱而采用自定義的助記符號變量，因此在初始化中要進行變量定義。在輸入輸出數(shù)據(jù)運算中，根據(jù)給定條件的結果值進行判斷，用C語言中的開關分支結構實現(xiàn)數(shù)據(jù)選擇輸出。為避免系統(tǒng)或外圍電路發(fā)生故障而不能正常工作，在程序中設置報警函數(shù)，使系統(tǒng)具有故障監(jiān)控功能，發(fā)現(xiàn)故障即自動報警，控制流程見圖5，程序源代碼略。

設備改造后經(jīng)過1年多運行，設備故障率降低，可靠性提高。

圖5 控制程序流程