Y32-315型四柱液压机电气控制系统改造

孙洪强 杜载华 卢宇峰

（湖北三江航天万山特种车辆有限公司 湖北孝感）

一、问题

某Y32-315型四柱液压机（汉阳县第一机械厂制造）已服役30年。设备整体构造见图1，油泵启动后，液压系统动态稳压运行，电磁换向阀控制改变液压油流方向，实现滑块快降、慢降、泄压和回程等各种转换。工作台下油缸（顶出缸）连接4根顶料杆，顶料杆通过平台小通孔伸出平台。工件校平完成后升起滑块，顶料杆将工件顶起，使之方便工件取出。按下退回按钮，顶料杆下降至平台以下，设备进入下一工作循环准备状态。设备液压原理见图2，泵1和泵2同步启停，电气控制对象主要是三位四通换向阀两侧电磁铁 YA1、YA2（控制滑块油缸）和 YA3、YA4（控制顶料杆油缸），两位四通换向阀电磁铁YA5。

某次弯板校形时，设备出现未操作而顶料杆突然顶出的现象，检查确认是控制电路局部短路故障。考虑到常规换件维修方法无法保证设备继续可靠工作，为此保持设备原有机械和液压部分构造基本不变，通过升级设备电气控制系统，提高设备可靠性。

图1 设备整体构造

图2 设备液压原理（简化）

二、设备电气控制系统改造

1.改造方案

（1）设备出厂设置调整（单次动作按钮点动控制）、手动（按钮操作一次完成滑块下行，回程须再按动回程按钮）和半自动（按钮操作一次自动完成一个工艺动作循环）等3种操作模式。由于设备的减速行程开关、压力继电器和时间继电器等器件已经老化，电气接线不完整且难恢复，手动和半自动模式已不能保证设备可靠工作；在实际生产过程中，该四柱液压机只用于金属板材校平。因此，设备改造后只保留调整模式，在满足使用前提下，适当简化设备构造，去掉不可靠的工作部分，以保证安全。

（2）YA1～YA5 分别由继电器KA1～KA5控制驱动，执行动作依次是滑块下降、上升；顶料杆顶出、退回；滑块下降加速。由于只保留调整模式，故采用MCS-51系列8位单片机，上述动作由按钮S1～S5操作，实现板材校形的单次点动控制。考虑到滑块快速下降比慢速下降的操作危险性更大，故由S1单按钮操作慢速下降，而快速下降则由双按钮S1+S5双手操作控制。设备改造后的电气控制系统见图3。

图3 设备改造后电气控制

2.单片机控制电路硬件设计

选择AT89S2051型单片机，控制电路原理见图4，MCS-51单片机输入输出端口分配见表1。单片机P1口连接光电隔离器件，然后驱动继电器、信号灯（XD）及蜂鸣器（FM）的各种动作（或显示）。单片机工作采用DC 5V电源供电，经过光电隔离后的继电器等外围电器采用DC 12 V电源供电。为确保设备工作可靠，控制所需DC 5 V和12 V由开关型稳压装置供电，液压油泵启动由交流强电控制回路承担。除XK1、XK2信号输入单片机处理外，在强电回路另设与紧急停止开关相串联的上下极限开关，形成强制断电保护。

3.程序编制

图4 单片机控制电路原理

表1 AT89S2051输入输出端口分配

使用C语言编程，包括初始化（口线说明和变量定义）、读入P3端口数据、输出P1端口数据和故障监控报警等功能程序。在硬件设计中虽然已拟定输入输出口线，但程序中不直接采用 P1.0、P3.7等口线名称而采用自定义的助记符号变量，因此在初始化中要进行变量定义。在输入输出数据运算中，根据给定条件的结果值进行判断，用C语言中的开关分支结构实现数据选择输出。为避免系统或外围电路发生故障而不能正常工作，在程序中设置报警函数，使系统具有故障监控功能，发现故障即自动报警，控制流程见图5，程序源代码略。

设备改造后经过1年多运行，设备故障率降低，可靠性提高。

图5 控制程序流程