唐 勝，段 虎，曹建國，黃光宇，鐘 文

（中車株洲電機有限公司，湖南 株洲 412000）

YD25-200型四柱式油壓機電氣控制線路的PLC改造

唐 勝，段 虎，曹建國，黃光宇，鐘 文

（中車株洲電機有限公司，湖南 株洲 412000）

因YD25-200型四柱式油壓機在生產(chǎn)中電氣控制系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生故障，通過對故障原因進行分析，利用三菱PLC作為控制核心，對其繼電控制電路進行改造。文章展示了傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)向PLC控制系統(tǒng)的改造過程，利用PLC電路替代繼電電路，簡化了原油壓機的控制電路，提高電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，易于查故、便于維修，節(jié)省大量的繼電器元件，使油壓機的工作效率更高。

四柱式油壓機；PLC；繼電控制；電氣改造

油壓機機型雖然品種齊全，但技術含量較低,缺乏技術含量高的機電液一體化高檔機型。為了滿足日益提高的生產(chǎn)需要，用可編程控制器（PLC）對舊設備進行改造，可有效提高設備綜合效能。PLC控制方式是在繼電器控制和計算機控制的基礎上開發(fā)出來的，它是以微處理器為可編程邏輯控制，采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。文章以公司所使用的YD25-200型四柱油壓機（后續(xù)簡稱四柱油壓機）為例，來分析該油壓機繼電線路的現(xiàn)狀、存在的問題及提出相應的改進措施。

1 四柱油壓機概述及工作原理

四柱式油壓機是一種通過專用液壓油作為工作介質，將油壓能轉化為機械能的機械設備。因其由四個柱構成主要框架，故叫四柱式油壓機。主要由油壓泵，油壓缸，油壓控制閥和油壓輔助元件組成。由液壓泵作為動力源，靠泵的作用力使液壓油通過液壓管路進入油缸內的活塞，油缸中活塞內幾組互相配合的密封件產(chǎn)生機械能，從而產(chǎn)生巨大的壓力。它采用繼電接觸器電路實現(xiàn)電氣控制，其操作是通過控制臺操作電氣與機械部件，從而使機電緊密配合完成預定的操作，是機械與電氣結構聯(lián)合動作的典型控制，是具有一定自動化程度的組合機床。

2 四柱油壓機繼電控制電路現(xiàn)狀

表1 原機常見故障現(xiàn)象及原因分析處理

該油壓機已運行超過17年，其電氣原理圖遺失，各部分電氣元件老化嚴重，電氣線路改動較多，走線繁亂無章，維修頻率高，造成器件更換次數(shù)頻繁，嚴重影響生產(chǎn)進度，同時也存在著較大的安全隱患。據(jù)統(tǒng)計，該設備1年共發(fā)生故障130次，平均故障間隔時間為7.4天，故障平均處理時間60min，全年故障停機130h。

原機具有調整、手動、半自動三種操縱方式可供選擇。依靠滑塊和頂出活塞的配合動作，完成各種制件的工藝要求。調整操作通過按壓相應按鈕，實現(xiàn)要求的前進動作；手動操作通過按壓相應按鈕，實現(xiàn)要求的連續(xù)動作；半自動操作為按壓相應按鈕，使滑塊自動完成一個工藝循環(huán)動作。然而由于設備老舊，電氣故障及液壓系統(tǒng)的設計缺陷，半自動操作功能已廢除，只保存了調整操作方式作為生產(chǎn)工藝使用。生產(chǎn)工人在加工產(chǎn)品時，往往使用手動操作，加大了勞動強度，降低了工作效率，也浪費了時間與能源。原機常見故障現(xiàn)象及原因分析處理如表1所示。

3 四柱油壓機的PLC電氣控制改造

（1）改造方案確定。為滿足生產(chǎn)要求，通過改造達到降低維修難度、降低非正常停機時間、提高設備工作效率、提高設備操控的安全性，設定如下方案要求：①重新設計電氣控制系統(tǒng)，采用當前盛行的PLC電氣控制系統(tǒng)。②重新設計半自動操縱方案，要求能滿足自動加壓、自動保壓的功能，操作者可根據(jù)產(chǎn)品的工藝要求自行設置保壓壓力值。③要求不論何種操作方式都必須有可靠的限位保護裝置。④要求嚴格控制改造成本。繼電器接觸器控制系統(tǒng)是電氣控制的基礎，雖然能完成復雜的控制任務，但使用該種控制方式接線復雜，可靠性低。目前，隨著PLC控制技術應用的普及和價格的大幅下降，使其逐漸成為完成高要求、復雜控制任務的普及產(chǎn)品和設計首選。PLC可編程控制器控制系統(tǒng)相對繼電器接觸器控制系統(tǒng)而言，線路簡潔、直觀，同時PLC運行穩(wěn)定，故障率低?；谏鲜鰞?yōu)點，選用可編程控制器PLC對該設備進行改造。經(jīng)過反復論證分析，最終確定采用三菱FX2N-48MR可編程控制器進行電氣控制系統(tǒng)改造。

（2）PLC電氣控制改造。①主電路如圖1所示。②I/O信號及地址編號如圖2所示，I/O接線圖如圖3所示。

圖1 主電路圖

圖2 I/O信號及地址編號表

圖3 I/O接線圖

（3）PLC控制程序。根據(jù)工作過程的控制要求，分析輸入輸出之間的關系，設計PLC控制程序。圖4為改造后的軟件梯形圖程序。

圖4 梯形圖

（4）PLC程序的調試過程。設備改造利用PLC控制技術，按鈕集中控制，可實現(xiàn)點動和半自動兩種操作方式。點動操作通過按壓相應按鈕得到要求的點動動作；半自動操作通過雙手按鈕使滑塊自動完成保壓工藝過程。

（5）油泵電機的控制。①啟動：點按SB12通過PLC的X13輸入，Y10輸出，至接觸器KM1得電，油泵電機M1旋轉，油泵指示燈HL2點亮。停轉：點按SB13通過PLC的X14輸入，接觸器KM1失電，油泵電機M1停轉，油泵指示燈HL2熄滅。PLC內部通過軟繼電器過載保護互鎖，接觸器外部通過熱繼電器輔助觸頭互鎖保護。②上橫梁升降電機的控制。上升：按SB6通過PLC的X5輸入，Y4輸出，至接觸器KM4得電，橫梁升降電機M2正轉上升。下降：按下SB7通過PLC的X6輸入，Y5輸出，接觸器KM5得電，橫梁升降電機M2反轉下降。PLC內部通過軟繼電器互鎖，接觸器外部通過輔助觸頭互鎖，以確保橫梁電機正反轉時不會同時得電。③移動小車的控制。前進：點按SB9通過PLC的X10輸入，Y6輸出，至接觸器KM7得電，移動小車電機M3正轉前進；后退：按下SB10通過PLC的X11輸入，Y7輸出，至接觸器KM6得電，移動小車電機M3反轉后退。前進到位和后退到位分設兩個限位開關，以確保小車移動到位后能強制停止運行。小車的正反轉電路設計同橫梁電機電路。④加壓回程控制。加壓：點按SB3通過PLC的X2輸入，Y2輸出，至中間繼電器KA2得電，加壓電磁鐵YV1動作?；爻蹋狐c按SB5通過PLC的X4輸入，Y3輸出，至中間繼電器KA3得電，回程電磁鐵YV2動作。電磁鐵YV1、YV2的互鎖由中間繼電器KA2、KA3的一組觸點控制，以防電磁鐵同時動作。⑤半自動操作。按壓按鈕SB3，下工作臺快速上升直至接近上工作臺，同時按壓按鈕SB2、SB3，即可得到下工作臺的連續(xù)（啟動1S停止8S的間歇動作）自動加壓，當壓力值超過電接點壓力表設定的上限壓力值后，油泵電機M1停止運行，加壓電磁鐵KA2失電停止加壓；經(jīng)過一段時間的壓力微泄漏，當壓力值跌回電接點壓力表設定的下限壓力值后，油泵電機M1重新啟動，并延時3S后，加壓電磁鐵KA2得電，又繼續(xù)下工作臺的連續(xù)（啟動1S停止8S的間歇動作）自動加壓，以此類推，直至保壓時間到達工藝要求，按加壓回程停止按鈕SB14后，可停止自動加壓。因產(chǎn)品種類繁多，且各類產(chǎn)品的保壓工藝時間都不相同，在半自動操作的功能上，并未設定保壓時間，而由操作人員根據(jù)工藝圖紙自行掌控。

（6）電氣保護和安全裝置。設計如下電氣保護和安全裝置：①電機和控制電路采用熔斷器進行短路保護；②電機的過載保護采用熱繼電器；③緊急停止按鈕選用蘑菇頭按鈕；④電氣控制箱設有專用的接地裝置。

4 PLC控制與繼電控制的優(yōu)缺點及改進

（1）改造效果定性分析。①可靠性方面。由于繼電控制系統(tǒng)采用的是“觸點控制”形式，可靠性較低，使用壽命較短，長時間使用容易損壞觸點或產(chǎn)生觸點接觸不良等故障，直接影響系統(tǒng)工作的可靠性。PLC開關動作由無觸點半導體電路來完成的，具有壽命長、可靠性高的優(yōu)點。②維修、維護成本方面。電氣控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)等組合成控制邏輯，其連線多且復雜、體積大、功耗大，系統(tǒng)構成后，想再改變或增加功能較為困難。另外，繼電氣的觸點數(shù)量有限，所以電氣控制系統(tǒng)的靈活性和可擴展性受到很大限制。而PLC采用了計算機技術，其控制邏輯是以程序的方式存放在存儲器中，要改變控制邏輯只需改變程序，因而很容易改變或增加系統(tǒng)功能。③通用性、靈活性方面。繼電控制系統(tǒng)構成后，需要更改控制要求時，必須更改電器接線或控制器件的數(shù)量。PLC控制系統(tǒng)只需改變程序就能實現(xiàn)，操作方便。④體積、能耗方面。以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。

（2）改造效果定量分析。本次改造項目歷時50天（其中方案的確定、系統(tǒng)的設計、材料的采購用了45天，安裝施工用了2天，不同產(chǎn)品的調試用了3天），未影響公司正常生產(chǎn)，圓滿完成任務。該油壓機改善后設備有了明顯的提升。

5 結語

文章針對該型四柱式油壓機故障頻發(fā)問題，提出了基于PLC對繼電電路的解決思路及方案。通過改造前后對比發(fā)現(xiàn)改造后的設備通過實際使用驗證，故障率顯著下降，并能很好的保證其運行精度和定位精度，經(jīng)生產(chǎn)運行表明，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，完全滿足生產(chǎn)工藝的要求，對同類設備的技術改造有較大的參考價值。

［1］華滿香，劉小春.電氣控制與PLC應用［M］.北京：人民郵電出版社，2012.

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［3］向曉漢.三菱FX系列PLC完全精通教程［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2012.

［4］岳慶來.可編程程序控制器及觸摸屏綜合應用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

Modification of YD25-200 Four-column Hydraulic Press with Electric Control Line

TANG Sheng，DUAN Hu，CAO Jian-guo，HUANG Guang-Yu，ZHONG Wen
（Zhuzhou Electric Co.，Ltd.，Zhuzhou，Zhuzhou，Hunan 412000，China）

The YD25-200 type four-column hydraulic press often fails in the production of electrical control system.Through the analysis of the cause of the fault，the Mitsubishi PLC is used as the control core to transform the relay control circuit.The paper shows the transformation process of the traditional relay control system to the PLC control system，uses the PLC circuit instead of the relay circuit，simplifies the control circuit of the crude oil press，improves the stability and reliability of the electrical system，is easy to check，easy to repair and save a large number of relay components，so that the hydraulic press is more efficient.

four-column hydraulic press；PLC；relay control；electrical transformation

TH137；TM57

A

2095-980X（2017）02-0062-03

2017-02-15

唐勝（1974-），男，湖南株洲人，主要研究方向：設備電氣維護與改造。