PLC技术在植物纤维液压机上的应用

张金达

（上海市公用事业学校，上海 200439）

可编程控制器（PLC）是计算机技术和传统的继电器控制技术相结合的产物，自问世以来，在工业控制中获得了广泛的应用，特别是在对传统的控制设备进行改造时，往往会优先考虑采用PLC控制，因其具有设计周期短、调试简便与可靠性高等优点。

笔者前几年受邀于某企业，进行设备的技术改造，为车间的10 kN植物纤维液压机的电气控制系统引入PLC控制，获得了成功。设备经改造后，体积减小，噪音降低，工作的可靠性大大提高。

1 植物纤维液压机的主要功能与控制要求

植物纤维液压机是将经加工处理的植物颗粒原料，在模具中加热，由温控仪进行控温，再进行反复压制，使植物原料成型的自动生产机械。安装不同的模具，可加工出各种形状的产品，因产品具有可降解的特点，符合环保理念。

液压机有一个液压控制箱，由液压泵电机供给压力油，各机械动作由液压系统来驱动控制，故电气系统主要是控制各电磁阀。

为适应不同的工艺要求，压制过程有调整和半自动两种方式：

调整方式为手动操作，按不同功能的按钮时，液压机执行相应动作；半自动方式为常用的工作方式，当上下模具的植物颗粒原料加热到设定温度时，按工作按钮，上模具依次执行快速下行-慢速下行-压制-泄压-排气-返回等工步，各工步的动作时间，由设在面板上的时间继电器根据加工效果进行控制和调整，完成一次压制工艺后自动计数。

模具上下行各设有限位开关，为提高工作效率，在半自动下行时，分快速和慢速两段，由行程开关发信号。

2 硬件设计

在液压机的电气系统中，原来的液压泵电机部分，上模具的电加热及温控部分，控制电磁阀部分，保护环节等维持不变。操作面板布置如图1所示。

图1 操作面板布置图

XMT1和XMT2是两个温控器，用来分别设定及控制上下两个模具内原料的加热温度；

KT1～KT5是时间继电器，可根据工艺需要，随时调整各工步的动作时间；

计数器是用来显示加工产品的数量；

LED1～LED6是各液压阀的动作显示；

SB1是急停按钮，另有一个急停按钮装在液压机的侧面；

SB3和SB4是液压机的起动和停止按钮；

SA1是模具的电加热开关；

SA2是工作方式的选择开关；

SB5和SB6是手动操作按钮。

PLC选型时，考虑选用市面上较为普遍使用的主流机型——三菱的FX2N系列，根据输入输出信号的点数，并适当考虑一定的裕量，定为FX2N—32 MR。

将各控制开关，行程开关，按钮，压力表接点，时间继电器接点都接入PLC的输入端，时间继电器线圈，各继电器线圈，计数器接入PLC的输出端。配置如图2所示。

图2 PLC配置图

3 软件设计

图2中，

SA2是工作方式选择开关，当SA2接通时，是半自动方式，断开时，是手动方式；

SB5是手动下行按钮；

SB6是手动上行按钮；

SB7、SB8是工作按钮，当两个按钮同时按下时，压制工作开始，且到低速时才可放开，以确保安全；

SQ1、SQ2、SQ3分别是上中下3个位置的限位开关；

SP1是电接点压力开关；

KT1～KT5是用来调整各工步工作时间的时间继电器，可在操作面板上按需要进行调节；

KA1～KA6是继电器，用来控制各电磁阀YA1～YA6，实现压制工艺的要求，C是计数器，每完成一次压制工件，自动计数一次。

根据液压系统的动作要求，确定各电磁阀在各工步的动作状态如表1所列。

表1 电磁阀各工步动作状态表

设计的梯形图如图3所示。

图3 梯形图

4 系统调试

4.1 液压泵电路

按按钮SB3，液压泵电机工作，压力表指示液压系统工作，按按钮SB4，液压泵电机停止。液压泵电路具有短路及过载保护。液压泵电机工作是整个液压机工作的前提。

4.2 电加热电路

合上SA1开关，两加热器对上下模具进行电加热，XMT1和XMT2两个温控器可以设定加热温度和指示当前温度，当加热温度达到设定值时，加热电路将自动切断，从而维持压制温度不变。

4.3 PLC程序模拟调试

将PLC的输入输出与现场设备相连，为确保安全，避免机械事故，将液压泵电机断开，从而不产生机械动作，只验证程序的正确性。

（1）手动工作。开关SA2置手动位置，按下行按钮SB5，M0动作，Y2和Y1先后动作，由继电器KA3、KA2分别控制电磁阀YA3、YA2，用以实现滑块下行。

碰下限位开关SQ3，M0、Y2、Y1均无输出，下行自动停止。

按上行按钮 SB6，M1 动作，Y3、Y5、Y0 输出，其中Y0稍经延时后切换到Y1，由继电器KA4、KA6、KA1（延时后切换为KA2）分别控制电磁阀YA4、YA6、YA1（延时后切换为YA2），用以实现滑块上行。

碰上限位开关 SQ1，M1、Y5、Y3、Y1 均无输出，上行自动停止。

（2）半自动工作。开关SA2置自动位置。

两手同时按下工作按钮 SB7、SB8，M2、Y2、Y4、Y1动作，由继电器KA3、KA5、KA2分别控制电磁阀YA3、YA5、YA2，用以实现滑块快速下行。

碰中间位置的限位开关SQ2，M3动作，M2复位，Y1、Y2保持输出，由继电器KA3、KA2分别控制电磁阀YA3、YA2，用以实现滑块慢速下行。此时可放开工作按钮SB7、SB8，

使电接点压力表触点SP1动作，Y6、Y7输出，时间继电器KT1、KT2得电，KT1是保压延时，KT2是压制延时。

KT1 延时时间到，Y1、Y2 释放，下压停止。Y0、Y3动作，开始泄压，时间继电器KT3、KT5得电，KT3是泄压延时，KT5是排气延时。

经KT3延时后，停止泄压，经KT5延时后，停止排气，Y1、Y2 动作，再次下压。

待压力升高，SP1动作，Y6再次输出，时间继电器KT1得电，经KT1再次保压延时。经KT3、KT5再次泄压延时和排气延时。

泄压排气后，如KT2整定延时时间到，则Y1、Y3、Y5动作，将实现滑块返回，Y13实现自动计数。如KT2整定延时时间未到，则重复保压泄压排气过程。

滑块返回过程中，碰上限位开关SQ1后停止，一个压制过程结束。

4.4 统调

在以上3项单独调试完成后，可进行联合调试，将PLC的输入输出与现场设备相连。

先按SB3起动液压泵，压力表指示液压系统正常。再合上SA1，接通加热器，温控器显示上下模具温度慢慢升高，植物颗粒原料被加热。

当温度上升到设定值时，两手同时按工作按钮SB7、SB8，滑块连同上模具快速下行，当下行到中间位置SQ2处时，滑块连同上模具转为慢速下行，此时可放开工作按钮SB7、SB8。

当上下模具合拢时，植物颗粒原料被挤压，磁触电接点压力表SP显示压力增大，当达到设定的压力值时，压力表触点SP1动作，时间继电器KT1、KT2得电，在KT2的延时时间内，KT1使机构开始保压延时，再转为泄压排气，再加压，保压，泄压排气……。

当KT2整定时间到，则在最后一次泄压排气后，上模具开始进行回程，直到碰上限位开关SQ1止。一次压制结束，计数器自动计数，可手工取下成品。

在压制过程中，各时间继电器的延时时间，可在面板上随时手动调整，以适应加工工艺的要求。

5 保护环节

本液压机系统有各种保护环节，液压机电路有短路和过载保护；液压机压制过程中有上下限位SQ1、SQ3保护；还有电路的联锁保护，液压泵和电加热启动，到达设定温度后才能进行压制工艺，以免产生废品；两手同时按下工作按钮SB7、SB8，模具才能下行压制，以防事故；两个紧急停止按钮SB1、SB2设置在液压机的不同位置，以备紧急情况时能及时断然处置。

6 结束语

这次设备的PLC技术改造，前后历时半个多月，是笔者二十年教师生涯中一次重要的企业实践活动，在企业的大力支持下,检验了自己的专业技术水平和实践能力。设备经改造后运行稳定，性能良好，取得了较好的经济效益和社会效益。当然，限于本人水平，加上时间仓促，在细节上一定有一些尚待完善和规范的地方，恳请广大读者批评指正。

[1]王兆义.可编程控制器使用技术[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2]许 翏，许 欣.工厂电气控制设备(第二版)[M].北京：机械工业出版社，2009.