基于PLC的数控钢轨精磨机液压控制系统设计

程 香

（泰州机电高等职业技术学校，江苏 泰州 225300）

引言

随着人们生活节奏的加快，为了满足人们日益增长的出行需求，越来越多的高速铁路投入建设和运行，带动了钢轨精磨技术的快速发展。国外的钢轨精磨设备历经约半个世纪的发展，已经发展得比较成熟和完善，生产出高精度和高效率的钢轨精磨机。相比之下，我国的钢轨精磨技术发展较慢。为了提高我国的钢轨打磨技术，降低高速铁路建设事业对国外先进设备的依赖性，有必要大力发展数控钢轨精磨设备。

1.液压控制回路设计

在本文设计的数控精磨机中，需要实现的动作主要有：打磨砂轮的转动、夹具的松紧动作、钢轨的对中以及横梁的位置调整等。为了实现这些动作，本文设计了以下液压控制原理图。

1.1 钢轨的对中夹紧回路

本文设计的数控精磨机钢轨的对中夹紧回路依靠两个液压缸来实现，如图2所示。当三位四通换向阀处于左位时，油液从液压泵P口经换向阀、液压锁和单向阀进入液压缸右腔，推动液压缸向左移动，回油路油液从液压缸左腔经调速阀和液压锁回到油箱，此时钢轨松开；当三位四通换向阀处于右位时，油液由液压泵的P口经液压锁和单向阀进入液压缸的左腔，推动液压缸向右移动，回油路液压油从液压缸的右腔、调速阀和液压锁回到油箱，实现钢轨的夹紧动作。当三位四通换向阀处于中位时，液压缸锁止，液压泵不卸荷。

图1 对中夹紧回路

1.2 垂直伺服回路

垂直伺服回路的主要功能是控制磨削横梁在垂直方向上的位移。横梁的位置精度直接影响到机床的打磨精度。细微的位置误差，或者是工作过程中的振动，都会影响到钢轨的磨削质量，因此，横梁的位移控制必须要有相当高的精度。本文采用液压伺服系统来实现横梁垂直位置的精确控制。垂直伺服系统的主要液压元件是电液伺服液压缸，可以根据接收到的脉冲信号做出精确的位置移动，利用该液压缸设计出的垂直伺服回路如下：

图2 垂直伺服回路

整个伺服系统由伺服电机驱动，主要对横梁的垂直下移、停止和垂直上移三个动作进行精确控制。伺服电机的转速由伺服驱动器控制。指令装置将方向信号和脉冲信号发送至伺服驱动器，方向信号决定伺服电机的旋转方向，而脉冲信号的频率则决定了伺服电机的转速。以频率1Hz的脉冲信号和正转方向信号为例。当伺服驱动器接收到这两个信号时，伺服电机正向旋转一预定的角度，联轴器将此转动传递到铰接轴上，带动丝杆旋转。由于丝杆与螺母啮合，而螺母相对缸体固定，故丝杆的转动会推动活塞杆在液压缸腔内移动，移动的距离由电机旋转的角度精确确定。在垂直伺服回路中，二位二通电磁阀同时通电，形成差动连接，使液压缸两腔的压力相等，从而保证了液压缸垂直移动的平稳性。

将上述回路与魔石旋转回路、夹具动作控制回路整合在一起，既为本文设计的钢轨精磨机液压控制系统的液压原理图，如图3。

图3 钢轨精磨机液压控制原理图

2.液压回路的PLC控制

本文设计的精磨机床液压系统的电控系统采用PLC控制。PLC即可编程控制器，在工业领域应用广泛。PLC编程简便，体积小，扩展性好，采用PLC控制器对本文的液压系统进行控制可以有效提高系统的控制性能。PLC的主要组成结构包括微处理器、存储器、电源、输入单元、输出单元以及编程设备等。PLC的输入/输出模块可以接收和输出数字量和模拟量。

本文设计的数控液压系统主要涉及的PLC指令有比较指令CMP、比较复位指令HSCR、脉冲密度指令SPD和脉冲输出指令PLSY等。根据液压系统的输入信号和输出信号数量，以及系统的控制要求，选用三菱FX2N-48MT-001型PLC。PLC控制系统的I/O分配见表1和表2。

表1 PLC的输入地址分配表

系统的垂直轴升降PLC控制梯形图如下：

表2 PLC的输出地址分配表

图4 垂直轴控制程序梯形图

按下按钮SB，高速计数器置位。按下垂直下移开关时，伺服电动机正向旋转，系统将发出的脉冲数（存储于D1）与设定的脉冲数（存储于D0）进行比较，若D1D0，垂直轴上移，相等则垂直轴不动，D1D0，垂直轴下移。通过这种方式对垂直轴的垂直位移进行精确控制。按下上移开关的程序运行与上述类似。紧停开关SA3-4用于垂直轴的紧急停止。

结语

高速铁路载客量大，输送能力强，具有广阔的发展空间。为了促进我国高速铁路的快速发展，研发专用于打磨高速铁路钢轨的工程设备具有重要实际意义。

[1]路士涛.钢轨数控精磨机整体设计与测控系统设计[D].西南交通大学，2011.

[2]黎宏飞.基于VERICUT的数控钢轨精磨机加工仿真[D].西南交通大学，2009.

[3]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京航空航天大学出版社，2008.