胡美君，陸萍藍(lán)，余永平，李慧敏

（1.杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院友嘉機(jī)電學(xué)院，浙江杭州310018；2.中國計(jì)量大學(xué)工程訓(xùn)練中心，浙江杭州310018）

Y32-315四柱萬能液壓機(jī)PLC控制系統(tǒng)

胡美君1，陸萍藍(lán)2，余永平1，李慧敏1

（1.杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院友嘉機(jī)電學(xué)院，浙江杭州310018；2.中國計(jì)量大學(xué)工程訓(xùn)練中心，浙江杭州310018）

Y32-315液壓機(jī)工作原理，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)液壓機(jī)的PLC控制系統(tǒng)，包括硬件的實(shí)現(xiàn)和軟件的開發(fā)。新控制系統(tǒng)使用結(jié)果表明，液壓機(jī)的加工效率和可靠性提高。

液壓機(jī)；PLC控制系統(tǒng)；研發(fā)

0 引言

液壓機(jī)是一種以液體為介質(zhì)來傳遞能量而實(shí)現(xiàn)多種鍛壓工藝的機(jī)器，與其他壓力機(jī)相比，液壓機(jī)具有壓力和速度可在較大范圍內(nèi)無級調(diào)節(jié)、動作靈活、各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作可方便達(dá)到所希望的配合關(guān)系等優(yōu)點(diǎn)。常用于材料的壓制工藝，如沖裁、彎曲、翻邊以及薄板拉深等，也可用于校正、壓裝、砂輪成形，金屬零件冷擠壓成形，粉末制品壓制成形以及塑料制品壓制成形等工藝[1-2]。傳統(tǒng)液壓機(jī)采用繼電器接觸控制方式，其控制電路復(fù)雜，繼電器、接觸器數(shù)量多，故障率高，維修難以及時進(jìn)行，無法保證生產(chǎn)的連續(xù)性。采用三菱FX1N-40MR-001對Y32-315液壓機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。

1 Y32-315液壓機(jī)工作原理

Y32-315型液壓機(jī)液壓系統(tǒng)原理見圖1[1]，其動作過程為：工作活塞空行程向下運(yùn)動→工作行程→保壓→回程→頂出缸頂出工件，至此完成一次工作循環(huán)。

（1）啟動。液壓泵電機(jī)啟動時，全部換向閥的電磁鐵處于斷電狀態(tài)，泵輸出的油經(jīng)三位四通電液換向閥2（中位）及閥1（中位）流回油箱，泵空載啟動。

（2）活動橫梁空程快速下降電磁鐵1YA及5YA通電，電液換向閥2及閥1換至右位，控制油經(jīng)電磁換向閥（右位），打開液控單向閥，主缸下腔油經(jīng)液控單向閥、電液換向閥2（中位）及閥1（中位）排回油箱，動梁在重力作用下快速下降，此時主缸上腔形成負(fù)壓，上部油箱的低壓油經(jīng)充液閥向主缸上腔充液，同時泵輸出的油也經(jīng)電液換向閥2（右位）及單向閥進(jìn)入主缸上腔。

圖1 Y32-315型液壓機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖

（3）活動橫梁慢速下降及工作加壓?；顒訖M梁降至一定位置時，觸動行程開關(guān)2S，使5YA斷電，電磁換向閥復(fù)位，液控單向閥關(guān)閉，主缸下腔油需經(jīng)支撐閥排回油箱，活動橫梁不再靠重力作用下降，必須依靠泵輸出的壓力油對活塞加壓，才能使活動橫梁下降，活動橫梁速度減慢。此時活動橫梁速度決定于泵的供油量，改變泵的流量即可調(diào)節(jié)活動橫梁的運(yùn)動速度。同時由于主缸上腔油壓較高，液動滑閥在油壓作用下，恒處于上位動作狀態(tài)。

（4）保壓。電磁鐵1YA斷電，利用單向閥及充液閥的錐面，對主缸上腔油進(jìn)行密封，依靠油及機(jī)架的彈性進(jìn)行保壓。當(dāng)主缸上腔油壓降至一定值時，壓力繼電器發(fā)訊，使電磁鐵1YA通電，泵向主缸上腔供油使油壓升高，保證保壓壓力；當(dāng)油壓超過一定值時，壓力繼電器又發(fā)訊，使1YA斷電，液壓泵停止向主缸上腔供油，油壓不再升高。

（5）卸壓回程。電磁鐵2YA通電，電液換向閥2換至左位，壓力油經(jīng)電液換向閥2（左位）使充液閥開啟，主缸上腔油經(jīng)充液閥排回油箱，油壓開始下降。當(dāng)主缸上腔油壓大于液動滑閥的動作壓力時，液動滑閥始終處于上位。壓力油經(jīng)電液換向閥2（左位）及液動滑閥（上位）使順序閥開啟，壓力油可經(jīng)順序閥排回油箱。順序閥的調(diào)整壓力應(yīng)稍大于充液閥所需控制壓力，以保證充液閥開啟。但此時油壓并不很高，不足以推動主缸活塞回程。當(dāng)主缸上腔油壓降至一定值時，液動滑閥復(fù)至下位。順序閥的控制油路被換至油箱，順序閥關(guān)閉，壓力油經(jīng)液控單向閥進(jìn)入主缸下腔，推動活塞上行。同時主缸上腔油繼續(xù)通過充液閥排回上部油箱，活動橫梁開始回升。

（6）浮動壓邊。當(dāng)需要利用頂出缸進(jìn)行壓邊時，可先使電磁鐵3YA通電，電液換向閥1換至左位，壓力油經(jīng)電液換向閥2（中位）及閥1（左位）進(jìn)入頂出缸下腔。頂出缸上腔油經(jīng)電液換向閥1（左位）排回油箱，頂出缸活塞上行。當(dāng)接觸壓邊圈后，3YA斷電。坯料進(jìn)行反拉深時，頂出缸活塞在活動橫梁壓力的作用下，隨動梁一起下降。頂出缸下腔油經(jīng)節(jié)流閥及溢流閥1排回油箱，由于節(jié)流閥有一定的節(jié)流阻力，因而產(chǎn)生一定的油壓，相應(yīng)使頂出缸活塞產(chǎn)生一定的壓邊力。調(diào)節(jié)溢流閥1即可改變浮動壓邊力。

（7）頂出缸頂出及退回。電磁鐵3YA通電，電液換向閥1換至左位，頂出缸活塞上行，頂出工件。當(dāng)電磁鐵4YA通電，電液換向閥1換至右位，則頂出缸活塞下行，頂出缸退回。

（8）停止。全部電磁鐵處于斷電狀態(tài)，電液換向閥1和2處于中位，液壓泵輸出的油經(jīng)電液換向閥2（中位）及閥1（中位）排回油箱，泵卸荷。液控單向閥將主缸下腔封閉，活動橫梁懸空停止不動。

2 PLC控制系統(tǒng)

在Y32-315液壓機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理分析基礎(chǔ)上，采用PLC技術(shù)對控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。根據(jù)其主缸和頂出缸的工作過程，可知PLC的輸入部分包括啟動按鈕、停止按鈕、壓力繼電器、下行壓制按鈕、主缸退回按鈕、頂出按鈕、頂出缸退回按鈕以及位置控制元件（主液壓缸上限位開關(guān)、定程壓制限位開關(guān)、頂出缸上限位開關(guān)、頂出缸下限位開關(guān)）；輸出部分包括：電磁換向閥的電磁鐵1YA，2YA，3YA，4YA，5YA，電機(jī)控制線圈。PLC的外部接線圖見圖2，可以看出，PLC共需要12個輸入點(diǎn)，9個輸出點(diǎn)，為方便擴(kuò)展，可選用三菱FX1N-40MR-001型PLC。 FX1N-40MR-001是三菱FX1N系列中一種卡片大小的PLC，適合在小型環(huán)境中進(jìn)行控制，具有串行通信功能以及緊湊尺寸。該系統(tǒng)設(shè)置了自動和手動2種模式，可以通過輸入點(diǎn)X0切換。

2.1 手動模式

手動模式參照圖2和圖3梯形圖。

圖2 PLC外部接線圖

圖3 手動模式梯形圖

系統(tǒng)上電后，切換為手動模式，按下主缸下行按鈕X003，控制泵電機(jī)啟動帶動液壓泵給液壓系統(tǒng)提供控制油；異步電機(jī)通電Y—△啟動，從而帶動主泵給液壓系統(tǒng)供油。線圈Y004和Y010通電，電磁鐵1YA和5YA通電，液壓機(jī)主缸滑塊快速下行，下行過程中碰到行程開關(guān)2S，使線圈Y010斷電，電磁鐵5YA斷電，此時主缸上腔只由液壓泵單獨(dú)供油，從而實(shí)現(xiàn)慢速加壓，完成壓制過程；壓制完成后主缸碰擊行程開關(guān)3S，線圈Y004斷電，實(shí)現(xiàn)保壓過程；按下主缸上行按鈕X004，線圈Y005通電，使電磁鐵2YA通電，主缸回程，當(dāng)主缸回程過程碰及行程開關(guān)1S，使線圈Y005斷電，主缸原位停止；按下頂出缸上行按鈕X010，線圈Y006通電，線圈Y007斷電，使電磁鐵3YA通電則頂出缸頂出制件；按下頂出缸下行按鈕X011，線圈Y007通電，線圈Y006斷電，頂出缸回到原位，一個手動工作循環(huán)完成。

2.2 自動模式

自動模式參照圖2和圖4梯形圖，系統(tǒng)上電后，切換為自動模式，按下自動開始按鈕時，控制泵電機(jī)啟動帶動液壓泵給液壓系統(tǒng)提供控制油，時間繼電器T10開始計(jì)時，到達(dá)時間后，異步電機(jī)通電Y—△啟動，帶動主泵給液壓系統(tǒng)供油；時間繼電器T11開始計(jì)時，時間到達(dá)后，線圈Y004和Y010通電，電磁鐵1YA和5YA通電，液壓機(jī)主缸滑塊快速下行，下行過程中碰到行程開關(guān)2S，使線圈Y010斷電，電磁鐵5YA斷電，此時主缸上腔只由液壓泵單獨(dú)供油，從而實(shí)現(xiàn)慢速加壓，完成壓制過程；壓制完成后主缸碰及行程開關(guān)3S，線圈Y004斷電，液壓泵油回油箱，實(shí)現(xiàn)保壓過程；時間繼電器T12開始計(jì)時，時間到達(dá)后，線圈Y005通電，使電磁鐵2YA通電，主缸回程，當(dāng)主缸回程過程中碰及行程開關(guān)1S，使線圈Y005斷電，主缸原位停止；輔助繼電器M0動作，線圈Y006通電，使電磁鐵3YA通電則頂出缸頂出制件，至觸及頂出缸上限位開關(guān)3S時，電磁鐵3YA斷電，時間繼電器T13開始計(jì)時，時間到達(dá)后，線圈Y007通電，電磁鐵4YA通電，頂出缸退回；按下停止按鈕X002，線圈Y000到Y(jié)010復(fù)位，一個自動工作循環(huán)完成。

3 結(jié)論

Y32-315型液壓機(jī)液壓控制系統(tǒng)采用PLC技術(shù)開發(fā)，具有開發(fā)簡單、可靠性好、控制精度高以及維修檢測方便等優(yōu)點(diǎn)。對該系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，初步運(yùn)行，基本實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。為Y32-315型液壓機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供一定借鑒。

［1］孫鳳勤，閻亞林.沖壓與塑壓成型設(shè)備［M］.北京:高等教育出版社，2003.

［2］吳懷超，余云流.YB32-200四柱萬能液壓機(jī)PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)［J］.液壓與氣動，2011，（2）:56-58.

〔編輯 凌瑞〕

圖4 自動模式梯形圖

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.02.35

TH137

B