基于PLC的鉆床液壓動力滑臺控制系統設計

孫琴

（武昌首義學院，湖北武漢 430000）

基于PLC的鉆床液壓動力滑臺控制系統設計

孫琴

（武昌首義學院，湖北武漢 430000）

可編程邏輯控制器（PLC）是現代工業控制的標準設備。基于此，利用PLC和液壓實驗臺，設計該液壓設備的控制系統，并在液壓實驗臺上搭接其回路，模擬動力滑臺的動作要求，最終實現PLC與液壓系統的通信聯系和動態控制。

PLC；液壓回路；液壓實驗臺

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）具有工作可靠、抗干擾能力強、環境適應性好、應用靈活等特點，是現代工業控制的標準設備［1］。某鉆床的動力滑臺由液壓系統實現，其工作環境、工作特點適合PLC作為控制器。

1 系統總體方案設計

1.1 液壓回路

某鉆床的動力滑臺利用液壓回路控制，要求動力滑臺實現“快進-工進-快退-停止”的工作循環，而且快進與快退速度相等，滑臺總行程150mm，快進行程70mm。動力滑臺的工作由液壓系統提供動力，鉆床動力滑臺液壓回路的工作原理如圖1所示。

液壓回路的工作原理是依靠傳感器控制執行元件的順序動作。油泵1供油，調定溢流閥2壓力為2.0MPa，當三位四通電磁閥3的1YA得電，油缸7活塞桿右行，有桿腔的油經過二位三通電磁換向閥6的左位（3YA失電）又進入油缸7的無桿腔形成差動連接形式，此時實現快進；快進行程結束觸動傳感器L2，L2使電磁閥6的3YA得電，有桿腔內液壓油經過調速閥4、換向閥3的A-T回油箱，實現工進；工進完成觸動傳感器L3，L3使電磁閥3的1YA失電，2YA得電，液壓油經過電磁閥3的P-A、單向閥5、電磁閥6的P-A進入油缸7的有桿腔，無桿腔內的油經過電磁閥3的B-T回油箱實現快退工作，快退至原位觸動L1后停止。

圖1 鉆床動力滑臺液壓回路的工作原理

1.2 控制系統設計流程

PLC控制系統應用設計，一般應按以下步驟進行：①全面詳細地了解被控制對象的特點和生產工藝過程，歸納出工作循環圖或狀態流程圖，與繼電器控制系統和工業控制計算機進行比較后加以選擇；②確定控制對象，還要明確控制任務和設計要求；③制定控制方案，進行PLC選型，硬件和軟件設計，模擬調試，模擬調試好的程序傳送到現場使用的PLC存儲器中，接人PLC的實際輸入接線和負載。

2 PLC工作原理

PLC的基本工作模式有運行模式和停止模式。運行模式分為內部處理、通信操作、輸入處理、程序執行和輸出處理5個階段。停止模式是指當處于停止工作模式時，PLC只進行內部處理和通信服務等。在運行模式下，PLC按上述5個階段進行周而復始的循環工作，稱為循環掃描工作方式。

3 控制系統設計

3.1 PLC（I/O）分配

根據鉆床動力滑臺液壓回路的控制要求，以及實際I/O點數情況，并考慮實踐操作中將遇到的問題，采取一定的備用措施。選定的PLC型號為FX2N-48MR型，I/O口的分配情況如下，系統的硬件接線圖如圖2所示。其中，輸入（I）為：X0，自動控制啟動按鈕SB1；X1，手動控制啟動按鈕SB2；X2，急停按鈕SB3；X3，手動計數按鈕SB4；X10，行程開關SQ1-傳感器L1；X11，行程開關SQ2-傳感器L2；X12，行程開關SQ3-傳感器L3。輸出（O）為：Y0，電磁鐵1YA；Y2，電磁鐵3YA；Y4，電磁鐵2YA。

圖2 硬件接線圖

3.2 控制系統流程圖設計

考慮到實際控制中的自動和手動的切換，采用經典法設計，按下X0選擇自動控制，按下X1選擇手動控制。當X0閉合時，活塞向右運動，如果活塞碰到L1，則執行“快進”，否則不進行其他動作；當活塞碰到L2，則執行“工進”，否則不進行其他動作；當活塞碰到L3，則執行“快退”，否則不進行其他動作。

3.3 程序設計

控制程序用自動和手動的切換模式，采用經典法設計，利用X0和X1的互鎖來控制輔助繼電器M0和M1切換2種工作狀態。同時，考慮到動力滑臺會存在沒有停在原位的情況，采用控制按鈕X3使M0和M1均失電，同時也使動力滑臺快退來控制液壓動力滑臺退回原位。

自動程序設計時，按下X0啟動自動控制裝置，活塞向右運動；若碰到傳感器L1，X10閉合，要保持電磁鐵1YA持續得電，Y0得電自鎖，執行“快進”。若碰到傳感器L2，X11閉合，Y2得電自鎖即保持電磁鐵3YA持續得電，1YA和3YA同時得電，執行“工進”。若碰到傳感器L3，X12閉合，Y4得電自鎖即保持電磁鐵2YA持續得電，同時要使電磁鐵1YA失電，需在Y0串聯中加常閉開關X12，當X12閉合時，Y0失電，2YA和3YA同時對得電，執行“快退”。采用手動控制系統完成“快進-工進-快退-停止”的工作循環。同時，結合試驗臺上的開關輸入點數，采用對一個按鈕的脈沖個數來控制系統各個行程工作的進行。

4 調試中出現的問題及解決方法

問題1為液壓實驗臺上的執行元件是按鈕，如何通過按鈕保持某一線圈持續得電；以及如何使某兩個線圈同時得電，使得活塞執行相應的動作。解決辦法是采用輔助繼電器自鎖，以及行程開關的互鎖，來實現電磁鐵控制的邏輯關系。

問題2為在進行快進-工進-快退-停止的過程中，前兩步運行正常，但是活塞不能正常退回去。其依然是程序問題，解決辦法為采用控制急停的控制方式，使得實驗操作過程更順利。

問題3為手動程序和自動程序分開執行能正常運行，但是通過跳轉切換活塞不動作，沒有正確解決雙線圈的問題。解決辦法為仔細理清跳轉程序的條件，經調試最后采用的是2個按鈕分別切換自動和手動控制。

5 結論

該系統經仿真和調試，運行平穩，工作可靠，能夠實現鉆床動力滑臺的基本動作要求。該系統的設計有以下特點：①系統采用PLC作為控制器，抗干擾性強，穩定性高，接線簡單，維修方便；②在程序設計的過程中，采用GX Devel?oper PLC編程軟件以及GX Simulator PLC仿真軟件作為軟件開發平臺，大大縮短了設計周期，提高工作效率；③在液壓實驗臺上模擬搭接鉆床動力滑臺液壓系統，利用該硬件平臺，可節省設計、調試成本，縮短了調試時間。

［1］馬小軍.可編程控制器及其應用［M］.南京：東南大學出版社，2007.

Design of Hydraulic Control System for Drilling Machine Powerslider Based on PLC

Sun Qin
（Wuchang Shouyi University，Wuhan Hubei 430000）

Programmable logic controller(PLC)is the standard equipment for modern industrial control.Based on this,using PLC and hydraulic experimental platform,the control system of the hydraulic equipment was designed, and the lap circuit in the hydraulic experimental platform,action requirements of powerslider was simulated,to real?ize the communication and dynamic control between PLC and hydraulic system.

PLC；hydraulic circuit；hydraulic experimental platform

TP391.7

：A

：1003-5168（2017）01-0067-02

2016-12-06

孫琴（1988-），女，碩士，助理工程師，研究方向：機械電子工程。