基于PLC的钻床液压动力滑台控制系统设计
2019-8-23 来源： 武昌首义学院 作者：孙 琴
摘 要：可编程逻辑控制器（PLC）是现代工业控制的标准设备。基于此，利用PLC和液压实验台，设计该液压设备的控制系统，并在液压实验台上搭接其回路，模拟动力滑台的动作要求，最终实现PLC与液压系统的通信联系和动态控制。
关键词：PLC；液压回路；液压实验台
可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）具有工作可靠、抗干扰能力强、环境适应性好、应用灵活等特点，是现代工业控制的标准设备。某钻床的动力滑台由液压系统实现，其工作环境、工作特点适合PLC作为控制器。
1 、系统总体方案设计
1.1 液压回路
某钻床的动力滑台利用液压回路控制，要求动力滑台实现“快进-工进-快退-停止”的工作循环，而且快进与快退速度相等，滑台总行程 150mm，快进行程 70mm。动力滑台的工作由液压系统提供动力，钻床动力滑台液压回路的工作原理如图1所示。
注：1.叶片泵；2.溢流阀；3.三位四通电磁换向阀；4.调速阀；5.单向阀；6.二位三通
电磁换向阀；7.单杆式活塞油缸（行程150mm）；L1、L2、L3为传感器（接近开关）。
图1 钻床动力滑台液压回路的工作原理
液压回路的工作原理是依靠传感器控制执行元件的顺序动作。油泵 1 供油，调定溢流阀 2
压力为 2.0MPa，当三位四通电磁阀 3 的 1YA 得电，油缸 7 活塞杆右行，有杆腔的油经过二位三通电磁换向阀6的左位（3YA 失电）又进入油缸7的无杆腔形成差动连接形式，此时实现快进；快进行程结束触动传感器L2，L2使电磁阀6的3YA得电有杆腔内液压油经过调速阀 4、换向阀 3 的 A-T 回油箱，实现工进；工进完成触动传感器L3，L3使电磁阀3的1YA失电，2YA 得电，液压油经过电磁阀 3 的 P-A、单向阀 5、电磁阀6的P-A进入油缸7的有杆腔，无杆腔内的油经过电磁阀 3 的 B-T 回油箱实现快退工作，快退至原位触动L1后停止。
1.2 控制系统设计流程
PLC 控制系统应用设计，一般应按以下步骤进行：
①全面详细地了解被控制对象的特点和生产工艺过程，归纳出工作循环图或状态流程图，与继电器控制系统和工业控制计算机进行比较后加以选择；
②确定控制对象，还要明确控制任务和设计要求；
③制定控制方案，进行 PLC 选型，硬件和软件设计，模拟调试，模拟调试好的程序传送到现场使用的 PLC 存储器中，接人 PLC 的实际输入接线和负载。
2、 PLC工作原理
PLC的基本工作模式有运行模式和停止模式。运行模式分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行和输出处理 5 个阶段。停止模式是指当处于停止工作模式时，PLC只进行内部处理和通信服务等。在运行模式下，PLC按上述5个阶段进行周而复始的循环工作，称为循环
扫描工作方式。
3 、控制系统设计
3.1 PLC
（I/O）分配根据钻床动力滑台液压回路的控制要求，以及实际I/O 点数情况，并考虑实践操作中将遇到的问题，采取一定的备用措施。选定的 PLC 型号为 FX2N-48MR 型，I/O口的分配情况如下，系统的硬件接线图如图 2 所示。其中，输入（I）为：X0，自动控制启动按钮SB1；x1，手动控制启动按钮SB2；X2，急停按钮SB3；X3，手动计数按钮SB4；X10，行程开关 SQ1-传感器 L1；X11，行程开关 SQ2-传感器L2；X12，行程开关SQ3-传感器L3。输出（O）为：Y0，电磁铁1YA；Y2，电磁铁3YA；Y4，电磁铁2YA。
图2 硬件接线图
3.2 控制系统流程图设计
考虑到实际控制中的自动和手动的切换，采用经典法设计，按下 X0 选择自动控制，按下 X1 选择手动控制。当 X0 闭合时，活塞向右运动，如果活塞碰到 L1，则执行“快进”，否则不进行其他动作；当活塞碰到L2，则执行“工进”，否则不进行其他动作；当活塞碰到 L3，则执行“快退”，否则不进行其他动作。
3.3 程序设计
控制程序用自动和手动的切换模式，采用经典法设计，利用 X0 和 X1 的互锁来控制辅助继电器 M0 和 M1 切换 2 种工作状态。同时，考虑到动力滑台会存在没有停在原位的情况，采用控制按钮 X3 使 M0 和 M1 均失电，同时也使动力滑台快退来控制液压动力滑台退回原位。自动程序设计时，按下X0启动自动控制装置，活塞向右运动；若碰到传感器L1，X10闭合，要保持电磁铁1YA持续得电，Y0得电自锁，执行“快进”。若碰到传感器L2，X11闭Y2 得电自锁即保持电磁铁 3YA 持续得电，1YA 和3YA同时得电，执行“工进”。若碰到传感器L3，X12闭合，Y4得电自锁即保持电磁铁2YA持续得电，同时要使电磁铁1YA失电，需在Y0串联中加常闭开关X12，当X12闭合时，Y0失电，2YA和3YA同时对得电，执行“快退”。采用动控制系统完成“快进-工进-快退-停止”的工作循环。同时，结合试验台上的开关输入点数，采用对一个按钮的脉冲个数来控制系统各个行程工作的进行。
4 、调试中出现的问题及解决方法
问题 1 为液压实验台上的执行元件是按钮，如何通过按钮保持某一线圈持续得电；以及如何使某两个线圈同时得电，使得活塞执行相应的动作。解决办法是采辅助继电器自锁，以及行程开关的互锁，来实现电磁铁控制的逻辑关系。
问题2为在进行快进-工进-快退-停止的过程中，前两步运行正常，但是活塞不能正常退回去。其依然是程序问题，解决办法为采用控制急停的控制方式，使得实验操作过程更顺利。
问题 3 为手动程序和自动程序分开执行能正常运行，但是通过跳转切换活塞不动作，没正确解决双线圈的问题。解决办法为仔细理清跳转程序的条件，经调试最后采用的是2个按钮分别切换自动和手动控制。
5 、结论
该系统经仿真和调试，运行平稳，工作可靠，能够实现钻床动力滑台的基本动作要求。该系统的设计有以下特点：
①系统采用PLC作为控制器，抗干扰性强，稳定性高，接线简单，维修方便；
②在程序设计的过程中，采用GX Devel⁃oper PLC编程软件以及GX Simulator PLC 仿真软件作为软件开发平台，大大缩短了设计周期，提高工作效率；
③在液压实验台上模拟搭接钻床动力滑台液压系统，利用该硬件平台，可节省设计、调试成本，缩短了调试时间。
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