基于PLC的四柱式液压机控制系统设计

张君艳

(江苏联合职业技术学院 苏州工业园区分院，江苏 苏州 215123)

基于PLC的四柱式液压机控制系统设计

张君艳

(江苏联合职业技术学院 苏州工业园区分院，江苏 苏州 215123)

针对液压机的液压回路控制部分进行了PLC控制系统改造，给出了PLC的输入输出地址表、PLC接线图以及软件程序，调试运行后，不仅提高了其保压控制性能，而且大大提高了系统的可靠性、稳定性和生产效率。

液压机；PLC；控制系统；设计

四柱式液压机不仅应用在冶金、锻压、机器制造、交通运输、航空航天等方面，还广泛应用在国民经济的许多门类，如板材成形，粉末冶金，管、线型材挤压，胶合板压制，打包，人造金刚石，耐火砖压制，电缆包覆，碳级压制成形，零件压装、校直等[1]。此液压机的液压控制系统不仅要具有压力和速度可在较大范围内无级调节、动作灵活、各执行机构动作可方便达到所希望的配合关系等要求，而且要满足工作强度和生产效率要求，以及可实现系统能根据用户所需压力进行自动调节。传统的液压机的控制系统大多数为继电器-接触器控制系统，不容易实现自动调节功能，同时液压电气控制回路比较繁琐，生产过程中故障现象频发，维修和排除故障十分艰难；另外，随着大批量生产，运作时间长，元件老化现象严重，造成系统稳定性、可靠性严重下降。由于PLC可靠性高，灵活性好，编程简单，使用方便，排故简便，便于开发，易于实现压力和时间的自动调节[2]，故提出基于PLC的液压电气控制系统，旨在减少维修工作量，提高系统的可靠性和稳定性，提高系统的生产效率。

1 四柱式液压机结构与功能

四柱式液压机主要有四个导柱、横梁、工作台、上滑块和下滑块、顶出机构等部件组成，结构原理图如图1所示。液压机的主要运动是上滑块机构和下滑块顶出机构的运动，上滑块机构由主液压缸(上缸)驱动，顶出机构由辅助液压缸(下缸)驱动。液压机的上滑块机构通过四个导柱导向、主缸驱动，实现上滑块机构“快速下行→慢速加压→保压延时→快速回程→原位停止”的动作循环。下缸布置在工作台中间孔内，驱动下滑快顶出机构实现“向上顶出→向下退回”或“浮动压边下行→停止→顶出”两种动作循环。四柱式液压机上、下缸动作顺序如图2所示。

图1 四柱式液压机结构原理图

2 液压系统工作原理

四柱式液压机液压系统采用两个变量泵为系统提供压力油，主泵1是一个高压、大流量恒功率(压力补偿)变量泵，最高工作压力由溢流阀4的远程调压阀5调压。辅助泵2是一个低压小流量定量泵，用于供应液动阀的控制油[3]，其压力由溢流阀3调整。图3为该系统的液压系统图。整个液压系统图中电磁阀线圈的动作顺序如表1所示。

图2 液压机上、下缸动作顺序图

表1 电磁铁线圈动作顺序表

液压控制系统在工作过程中，通过电液换向阀6、21的中位机能使主泵1空载起动，在主、辅液压缸原位停止时主泵1卸荷。

2.1 主缸运动

(1)快速下行：1Y线圈通电，液压泵的压力油通过换向阀6(右位)，13单向阀 ，进入主液压缸16的上腔，同时系统利用上滑块组件的自重实现主液压缸(上缸)快速下行，并用充液阀14补油；使上缸快速下行，回油路为上缸下腔经过液控单向阀9(5Y通电打开液控单向阀)，电液换向阀6的右位以及21的中位回到油箱[4]。

(2)慢速工进：慢速加压在滑块接触到工件后，阻力增加，这时主缸16上腔压力迅速升高，关闭液控单向阀14，这时只有液压泵继续向主缸上腔提供高压油，推动活塞慢速下行，对工件加压。加压速度仅由液压泵的流量来决定，油液流动情况与快速下行相同。

(3)油路保压：当上缸带动上模与下模合模后，压力油继续输入上油缸的上腔，油缸上腔的压力继续升高，由于油压的升高，补油箱处的液控单向阀被关闭，切断了补油箱的供油，使上缸16下行速度开始放慢，油缸上腔压力继续升高，当压力超过了压力继电，7的调定值时，压力继电器发出信号，控制电液换向阀6转换到中位，切断油缸16上腔的供油，上缸停止运动，系统开始保压。

(4)泄压、快速返回：等保压完成后，电液换向阀6的2Y得电(1Y断电)左位被接通，泵1打出的压力油通过电液换向阀6的左位，再经过背压阀10，进入上油缸16的下腔，推动油缸向上运动，同时上缸16上腔的回油通过液控单向阀14，流回到补油箱15，使得上缸能快速退回原位。

2.2 顶出缸运动

(1)顶出缸17的动作是在主缸停止运动后进行的[5]。电液换向阀21的3Y得电(4Y断电)，因为进入顶出缸的压力油必须先经过主缸换向阀6的中位(即主缸停止运动的位置)，然后再进入控制顶出缸运动的换向阀21，从而实现主缸和顶出缸运动的互锁；压力油经过21的左位进入下缸17的下腔，上腔的压力油经过21的左位流回油箱。

(2)顶出缸退回动作在工件取出后，电液换向阀21的4Y得电(3Y断电)，右位开始工作，压力油进入下缸17的上腔，下缸下腔的回油经过阀的右位流入回油箱，下缸向下运动，恢复原位。

图3 液压系统回路图

(3)顶出缸停止电磁铁3YA、4YA都断电，下缸电液换向阀21处于中位，顶出缸停止运动。

备注说明：液控单向阀14在保压时可防止上油缸16上腔的油液倒流，行程开关用于控制上、下缸的极限位置，压力表分别显示上、下油缸和整个系统的压力。

3 PLC控制系统设计

由于PLC能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算等功能，编程语言也比较强大，又可实现循环扫描和即时刷新等一系列优点，故采用三菱PLC控制系统取代原来的继电接触器控制系统，电磁阀动作顺序表和控制要求都保持不变，根据四柱液压机液压系统控制要求，该系统所需的输入信号9个(X0-X10)，输出信号6点(Y0-Y5)。同时考虑系统后期的开发，输入输出信号预留多个备用点，故选择FX2N-32MR；继电器输出形式，采用梯形图编程方式，工艺流程是分步进行[6]，所以按照流程图来编写程序非常方便。在PLC控制系统设计过程中，按照设计步骤给出了输入输出地址表，如表2所示，PLC硬件接线图、工艺流程图、PLC程序设计示意图分别如图4、图5、图6所示。

其中，四柱液压机液压系统的工艺流程体现了整个系统的工作过程，工艺流程图清晰地表达系统的运行状况，PLC采用顺序编程法非常方便，易于调试程序和排除故障[7]。

4 结束语

该系统利用PLC取代继电接触器控制系统后，经过安装调试、改进和完善，液压控制系统不仅满足了工作强度和生产效率的要求，而且操作非常方便，可实现点动、半自动、全自动循环动作，系统的工作压力、压制速度在行程范围内均可根据需要进行随时调整，并能完成定压及定程等多种工艺方式，改造后的PLC控制系统可非常灵活地根据系统需要设定和调整保压延时时间和保压压力，同时PLC液压控制系统也避免了整个机床振动噪声大、油液泄漏等一系列不足；投入生产后整个系统运行平稳可靠、故障率大大降低；系统效率大大提高，不仅经济性能好，而且维护非常简单便捷。另外，PLC控制系统具有很好的柔性，为以后系统的升级增添了灵活性，尤其是在客户根据生产产品要求需要改变产品工艺，改变工作过程时，就不需要再重新设计控制系统回路以及复杂的安装接线，只要改变其用户程序就可以实现相应的控制要求，大大减少了繁琐的线路连接和工作量，缩短了系统更新的周期。

表2 输入输出地址表

图4 PLC硬件接线图

图5 工艺流程图

图6 梯形图部分程序

[1] 林义忠.液压集成块典型转弯孔道流场仿真分析[J].机床与液压，2012，(3)：133-135.

[2] 张文凡.基于自适应的液压夹具压力控制的研究[J].机床与液压，2012，(5)：63-64.

[3] 席光辉.机床液压智能CAD系统的研究 [J].机床与液压，2001，(3)：52-54.

[4] 陈艳红.PLC在摇臂钻床控制系统中的应用 [J].机床与液压，2002，(6)：260-261.

[5] 廖常初.PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

[6] 徐建俊.电机与电气控制[M].北京：清华大学出版社，2010.

[7] 殷建国.工厂电气控制技术[M].北京：经济管理出版社，2006.

[8] 王章俊，等.35MPa高压轴向柱塞泵配流副油膜性能数值分析[J].液压气动与密封，2016，(1).

Design of control system for four-column hydraulic press on the basis of PLC

ZHANG Junyan
(Suzhou Industrial Park Branch,JiangsuUnion Technical Institute,Suzhou 215123,Jiangsu China)

The transformation of PLC control system has been conducted to the hydraulic circuit control for hydraulic press.The PLC input and output address table,PLC wiring diagram and software program have been put forward.After commissioning,the pressure maintaining control performance has been improved,as well as the reliability,stability and production efficiency of the system.

Hydraulic system;PLC;Control system

TG315.4

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.05.007

1672-0121(2017)05-0025-04

2017-05-04；

2017-06-23

张君艳(1978-)，硕士，高工，副教授，从事电气自动化、机械结构设计与电气控制、工业机器人技术研究。E-mail：zhangjy2012@sina.com