基于PLC的液壓機控制系統設計

摘 要：文章主要介紹了液壓機系統的工作原理、特點以及研究現狀。從設計角度出發，分析液壓系統的工藝流程；根據液壓系統的工藝特點設計電氣控制系統，分析在電氣控制與液壓系統的自動、手動控制方式，編寫PLC程序，最終由PLC程序控制液壓系統形成一個統一的控制系統整體，達到利用自動化手控制液壓系統完成特定的工作行程。系統通過程序指令控制電路，執行速度快，克服了電磁繼電器動作時間長觸點抖動的缺點。并達到所需精度，改善了控制效果，提高了設備的可靠性。

關鍵詞：液壓傳動；PLC控制；液壓機

1 概述

液壓傳動與控制是以液體作為介質來實現各種機械量的輸出（力、位移或速度等）的。它與單純的機械傳動、電氣傳動和氣壓傳動相比，其單位重量的輸出功率和單位尺寸輸出功率大；液壓傳動裝置體積小、結構緊湊、布局靈活，易實現無級調速，調速范圍寬，便于與電氣控制相配合實現自動化[1，2]；易實現過載保護與保壓，安全可靠；元件易于實現系列化、標準化、通用化；液壓易與微機控制等新技術相結合，構成“機-電-液-光”一體化便于實現數字化[3，4]。因此，其廣泛應用于各種機械設備及精密的自動控制系統，發展速度迅速[5]。

液壓機就是該控制理論一個典型應用。液壓機工藝用途廣泛，適用于彎曲、翻邊、拉伸、成型和冷擠壓等沖壓工藝，也可適用于校正和壓裝等工藝。PLC以其高可靠性、強抗干擾性、良好的通用性等優點在工業控制的各個領域得到日益廣泛的應用[6，7]。特別是在液壓機的液壓控制系統中，PLC已得到普遍應用和發展，而且這一趨勢仍將繼續。

2 工藝流程

鋁型材液壓機是一種把鋁或鋁合金棒料擠壓成各種規格型材的機器液壓機工作時，鋁棒坯料由加熱爐加熱到所需擠壓溫度，然后送至供錠器中，供錠器自動把坯料和擠壓墊送至模筒口，由工作缸活塞推模筒直至模口，并在快速推料過程中，供錠器自動復位，同時，擠壓筒及模具進行預熱，最后，由工作缸進行擠壓加工。在擠壓過程中，棒料靠裝在擠壓筒內的電熱元件保持一定的溫度擠壓結束后，由剪切裝置將制品與壓余分離，剩料和壓墊掉人殘料溜槽，壓機各部件全部復原，一次擠壓加工結束。液壓機加工時的工藝流程如下，整個擠壓過程分模具閉合、送錠到位、擠壓快進、送錠復位、擠壓工進、頂出殘料、擠壓軸退、模具開啟、剪切殘料、剪切復位、換模進、換模退等工序。這些動作是由液壓系統中的電動機帶動大小油泵產生油壓來執行的，而控制這些動作的裝置是各種電器，有按鈕開關sB、行程開熒sA，轉換開關及電磁鐵YA。

3 電氣控制原理圖

液壓機加工過程為順序控制，其工作循環從模具閉合開始一步一步依次進行，每一工序都執行部分命令，使相應的電磁鐵運作，并由行程或工藝過程時問來判斷該工序是否完成，同時，只有上一步工序完成后才能進入下一步工序。

各工序對應的輔助繼電器控制支路一般包括下列觸點：手動起動按鈕、手動停止按鈕、該工序原位行程開關、該工序終端行程開關、上一工序輔助繼電器常閉觸點、相應工序的互鎖觸點。

如圖2所示，為電氣控制線路原理圖。圖中，KM為接觸器，控制線路中相對應的常開常閉觸點，電動觸頭SB1為停機，常開觸頭SB2為開機，FR1、FR2、FR3為熱繼電器，當系統過熱時三個常閉觸點會斷開，按下點動SB2，繼電器KA1得電，KA1常開觸點閉合、常閉觸點斷開線路自鎖，此時SD1指示燈亮起，表示該線路就緒。按下SB4點動，接觸器KM2得電，同時KM2常開觸點閉合，線路自鎖，此時與KM2線路并聯的KM1及時間繼電器KT1同時得電，在主電路中電機M1啟動；根據預先設定的時間值KT1常開觸點延時閉合，常閉觸點延時斷開，（此過程中有KM1與KM3的互鎖，防止二者同時帶電）；之后KM1繼電器斷電同時KM3繼電器得電，完成M1電機的星角啟動。

KT線路中的KM3常開觸點閉合后，KT時間繼電器線圈得電，KT常開觸點延時閉合，KM5接觸器線圈得電，KM5常開觸點閉合形成KM5接觸器線路的自鎖，同時接通KM4接觸器其常開觸點閉合，同理與KM6形成互鎖線路，此線路與M1電機啟動方式相同，為星角啟動，目的是為了防止啟動電流過大燒毀線路。

4 程序設計

液壓機的控制是順序控制，它的工作循環從閉模開始一步一步有條不紊地進行，每個工序步執行一些指令使電磁鐵動作，用行程開關或工藝過程時間來判斷每一步是否已完成。控制中只有前一步驟完成后，才能進入下一步工序，即下一步接通的條件取決于上一步的邏輯結果以及附加在這一步上的條件。而PLC內部有多組輔助繼電器，這些繼電器可記系統工作狀態；可編程控制器內部定時器可以完成定時控制。圖3是根據液壓機工藝流程對控制系統的要求，相應的并對照VO端子分配表。

在線路中利用接觸器控制相應觸點的閉合，接觸器的特點是能夠在大功率、大電流的電路中使用，由于這個特點再加上電路中的其他保護元件，能夠使主電路正常工作。

功能實現方式：利用行程開關、輔助繼電器順序完成各道工序。在“原點”工步時，行程開關閉合，按啟動按鈕SB1時，相應輔助繼電器打開，使輸出繼電器得電，電磁鐵YA2、YA3、YA15通電，進人“模具閉合”工步。當行程開關SA5閉合時，相應的繼電器得電，電磁鐵YA2、YA15斷電，YA3、YA9通電，“模具閉合”工步結束，進入送錠到位 工步 這樣依次完成其它工步。

根據液壓機工藝流程圖和PLC的I/O地址分配情況進行設計，所得梯形圖如圖4所示。

電氣設計時，為了保證系統的安全運行設計了互鎖保護。自動、半自動程序設計因本循環控制是按順序依次發生的，因此采用步進的控制方式，即選擇代表前一個運動的常開觸點，串聯在后一個運動的啟動線路中，作為后一個運動發生的必要條件。同時選擇代表后一個運動的常閉觸點串入前一個運動的關斷線路里。這樣只有前一個運動發生了，才允許后一個運動出現，并且一旦后一個運動發生了，就立即迫使前一個運動停止，因此可以實現各運動嚴格地依預定的順序逐步地發生和轉換。

5 結束語

本文給予PLC控制設計了液壓控制系統，實現了通過程序指令控制電路，執行速度快，克服了電磁繼電器動作時間長觸點抖動的缺點，并達到所需精度，改善了控制效果，提高了設備的可靠性。經過實際使用表明：該系統性能穩定、操作方便、控制精確，具有廣闊的發展和應用前景。

參考文獻

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