某型號裝缸機的泵站控制系統設計

南春輝 張童 牛中棟

摘要：設計了基于PLC控制器的裝缸機泵站的控制系統。介紹了裝缸機的整體結構及其對泵站的控制系統的要求。給出了控制系統的工作原理以及元器件的選型和電路設計。詳細介紹了系統軟件對各元器件的控制流程。結果表明，系統能夠保證裝缸機泵站的正常工作，可投入使用。

Abstract： A control system based on PLC controller for cylinder mounted pumping station is designed. The structure of the cylinder mounted machine and requirements the pumping station are introduced. The working principle of system，the selection of the components and the circuit are introduced. The control flow of the system software is introduced. The result shows that the system can ensure the normal operation and can be put into use.

關鍵詞：裝缸機;泵站;控制系統

Key words： cylinder assembling machine;pumping station;control system

0 ?引言

隨著液壓技術及設備的發展，鎖緊油缸作為一種重要的液壓設備，在工程機械和航天航空等領域的應用越來越廣泛。鎖緊油缸的活塞和缸筒內壁是過盈配合，裝配難度大[1]，普通裝缸機無法滿足大批量生產的要求，需要專用的鎖緊油缸裝缸機。該裝缸機的動力由液壓泵站提供，由于鎖緊油缸結構的特殊性和裝配的復雜性，相應的液壓泵站也有別于普通的泵站，而是在普通油源的基礎上集成了液壓系統的控制系統。為了解決上述問題，本文研制了一種基于PLC控制器的裝缸機泵站的控制系統，實現了對泵站中的電機以及各種閥組的動作控制，從而為鎖緊油缸的裝配提供動力。

1 ?整體設計

鎖緊油缸的裝缸機主要實現以下幾大功能：①缸筒的固定與鎖緊腔開鎖;②導向套的鎖緊;③活塞桿的水平度調節與壓裝。其中，導向套的鎖緊由伺服電機配合扭矩傳感器實現鎖緊力的控制。活塞桿的水平度調節由伺服電機配合傾角傳感器實現，活塞桿的壓裝由伺服電機配合測力傳感器實現壓裝力的控制。本文設計的泵站控制系統主要用于缸筒的固定與鎖緊腔的開鎖，其中，缸筒的固定有三爪卡盤與中心架完成，三爪卡盤用于夾持缸筒，中心架用于支撐缸筒。相應地，泵站包含三個回路：三爪卡盤回路、中心架回路和開鎖回路。三爪卡盤回路和中心架回路所需壓力低，由低壓泵供油，開鎖回路所需油壓較高，由高壓泵供油。見圖1。

2 ?控制系統硬件設計

泵站的控制系統主要實現對液壓系統中的電機、電磁換向閥和電磁溢流閥等的控制。如圖2所示：

2.1 器件選型

電源模塊提供PLC控制器和電磁閥組所需的電壓。PLC控制器為控制系統核心，其供電電壓為直流24V，各個接觸器和電磁鐵的線圈的供電電壓為直流24V[2]。為了滿足各個器件所需的電壓，電源模塊采用直流開關電源，其輸入為交流220V，輸出為直流24V。PLC控制器選用歐姆龍CP1H系列PLC：CP1H-X40DT-D，該型號PLC具有100CH和101CH兩個通道的數字量輸出端口，每個端口具有8個輸出點[3]。系統中共使用了2個接觸器、3個電磁換向閥和3個電磁溢流閥，因此該PLC的輸出端口能夠滿足系統要求。電機組包括兩個電機，功率為3KW和7.5KW。3KW電機用于驅動低壓泵，7.5KW電機用于驅動高壓泵。3KW電機選用額定電流為9A的接觸器LC1D09M7C，7.5KW電機選用額定電流為25A的接觸器：LC1D25M7C。電磁換向閥組共有3個，分別用于三爪卡盤回路和中心架回路的選擇與切換，三爪卡盤的夾緊與松開，中心架的夾緊與松開。電磁溢流閥組共有3個，分別用于控制三爪卡盤回路、中心架回路和鎖緊腔開鎖回路的油壓壓力。

2.2 電路設計

PLC控制器的100CH和101CH兩個輸出端口用于連接控制電機的接觸器、電磁換向閥以及電磁溢流閥。接觸器占用100CH通道的100.01和100.02兩個輸出點，電磁換向閥和電磁溢流閥的電磁鐵分別占用輸出點100.03～100.07和101.00～101.03。其接點分配與線路功能如表1所示。

3 ?控制系統軟件設計

PLC控制器選用歐姆龍CP1H系列PLC，其編程環境采用CX-Programmer進行程序設計，編程語言采用梯形圖[4]。CX-Programmer可以完成程序的建立、編輯、檢查、調試以及監控，同時具有完善的維護功能，使得程序的開發及系統的維護簡單快捷。

PLC控制器中泵站控制程序的設計依據裝缸機的工作流程，主要完成以下任務：三爪卡盤的夾緊與松開、中心架的夾緊與松開、鎖緊腔的鎖緊與卸荷。具體流程如圖3所示：

PLC程序設計語言采用梯形圖，梯形圖語言具有形象、直觀、實用等特點，能夠方便地實現對輸入輸出端口的編程。其程序如圖4所示：

4 ?結語

本文設計并開發了一種基于PLC控制器的裝缸機的泵站的控制系統。該系統通過PLC控制器實現了對泵站電機、電磁換向閥和電磁溢流閥等的控制。系統的運行正常，能夠達到設計要求，較好地保證了鎖緊油缸裝缸機的正常運行，有助于完成了鎖緊油缸的裝配。

參考文獻：

[1]任麗梅.液壓支架立柱裝缸機的設計[J].煤礦機械，2011（11）.

[2]葉煒.基于歐姆龍CP1H型PLC的變頻調速控制系統的設計與調試[J].變頻器世界，2009（11）.

[3]呂玲，陳國平，阮德超.基于歐姆龍CP1H PLC和組態王的射流泵測試系統[J].電子設計工程，2012（24）.

[4]李應春，王庭有，楊安園.PLC梯形圖編程軟件實現[J].價值工程，2017（12）.

作者簡介：南春輝（1987-），男，山西長治人，研究生，工程師，研究方向為電氣自動化控制。