PLC控制系统具有抗干扰、精度高、安全可靠等特点,在液压设备中应用较为普遍。本文对PLC及液压系统的特点进行总结,并结合PLC在车床液压系统改造中的应用,就PLC的实际应用进行重点分析。
  关键词PLC;液压系统;程序设计;控制原理
  前言
  工业自动化以机电液一体化为前,高了控制精度和生产效率,是21世纪技术发展的一大趋势,PLC控制系统使用简单、可靠性好、性价比高,在各领域都有较为广泛的应用。液压系统可以实现无级调速,控制方便,便于实现自动化、标准化和系列化。因此液压系统与PLC控制系统相结合在自动化实现方面具有明显的优势。
  1.PLC的功能及特点分析
  1.1 1PLC的功能
  PLC是上世纪六十年代发展起来的一种自动化控制装置,大至经历了集成电路+磁芯存储、微处理器+半导体存储、8-16位微处理器、16位以上处理器4个发展阶段,目前以二、三阶段的产品应用最多,也较为广泛。早期只具备逻辑计算、计数及顺序控制等简单功能。随着技术的发展,PLC又拓展了步进控制、数据处理、回路控制、通讯联网等功能。现阶段的PLC已经具有监控、停电记忆、故障诊断等功能1。
  虽然PLC的计算速度较单片机慢(一般PLC的计算速度为1ms级),且价格较高,但是PLC灵活方便、安全可靠、环境适应性好,而且使用方便、维护简单,总体的性价比较高,因此,在各领域的应用也更为广泛。目前,PLC控制器的发展主分化为小型、简单、廉价和大型、快速、多功能等2个方向。
  1.2 PLC的结构特点
  现阶段应用较多的PLC结构主由中央处理单元、输入输出部分、电源部分及编程器组成,如图1所示。输入信号一般由按钮、行程开关、继电器触点、传感器等开关装置产生2,并将各种信号转化为数字信号。微处理器读入数字信号,并按照预定程序处理数据,然后向被控对象输出控制信号,如电磁线圈、指示灯、电磁阀等。存储器分为用户程序存储器和系统程序存储器,分别用于存储用户写入的程序和系统固有的程序,系统程序一般不允许更改。电源模块主是将交流电转换为直流电,用以向处理器、存储器等模块供能源。编程器用于实现用户与设备的对话,有简易编程和图形编程两种方式,图形编程较为常见,即可用于梯形图编程,用可用于指令编程。
  图1 PLC基本结构
  2.液压系统与PLC控制的对接
  2.1液压控制元件
  液压控制阀是液压系统的控制元件,通过控制系统中油液的压力、流量及方向实现需求的动作。一般常见的液压阀用电磁溢流阀、电磁换向阀、电磁比例阀等,这些商法论文元件通过接收控制信号,实现相关动作。近年来,液压届又出了数字液压的概念,常规的电磁比例阀及电磁伺服阀主是通过D/A接口进行信号转化,间接地实现数字液压传动。脉冲宽度控制是目前比较时兴的一种控制方式,通过将D/A转化器与液压控制阀做成一体,直接实现数字液压控制,其原理详见图2。
  图2 电液比例PWM原理
  电液比例阀控制系统由控制器、比例电磁铁、电液比例阀以及执行机构等部分组成,比例电磁铁和比例阀作为连接执行机构的元件。加到比例阀线圈的电压波形为周期一定、脉冲宽度可控的矩形波,由于脉冲周期远小于阀芯的响应周期,所以阀芯的运动只响应PWM信号的平均值,阀芯工作时处于微振动状态,这大大地减小了比例滞环3。
  2.2液压元件与PLC的信号对接
  PLC编程常用的形式主有梯形图、语句表、功能图及逻辑表达式等。但是,无论何种编程方式,都是由逻辑设计演变而来。像比如前文介绍的数字控制等,PLC可以结合模糊控制及PID控制等较为先进的算法,实现变频调节,限于篇幅,这里仅对逻辑运算进行分析。
  逻辑运算主有与、或、非三种,结合液压系统,逻辑与运算代表两个元件同时动作,逻辑或运算表示两个元件选择性动作,逻辑非运算表示没有元件动作。按照如此原理分类,液压元件也可以分为与门、或门、非门及禁门等几种元件。与门元件比如换向阀与梭阀的结合,或门元件比如两位四通换向阀的组合,非门元件比如单向阀,液压锁等元件。因此,通过各种液压元件的组合就能实现逻辑信号的控制。但多数情况下,一般是PLC通过逻辑信号,控制液压元件实现需求动作。
  3.道车削自动化改造
  钢塑复合管道将塑料的防腐性能及钢丝的抗压性能结合在一起,具有优异的性能。但是在管道实际生产过程中,由于切口处有钢丝外漏,若不进行处理,会影响管道的寿命及实际使用。由于材料的收缩,管材有可能会产生椭圆现象,因此,在管道定长切割后,一般先进行端部车削,再进行封口。原有的管材车削,在普通车床上由人工进行车削,劳动强度大且生产效率低。
  3.1功能分析
  经过调研后,计划将封口改为端部车削和封口两道工序,其中车削工序计划将原有设备改造为自动化生产设备,选定PLC型号为F1-4MR,改造原理如图3所示。该工序的具体操作流程为送管架将管材送到工作台,夹紧机构夹紧管材,车床开始旋转,夹紧机构开始送进管材,按程序车削完成后,送进油缸退回,夹紧机构松开,卸管机构将管材夹紧后送到下一工序,然后开始下一循环。
  通过工序分析后,确定了如图4所示的状态流程图,其中SB1、BP、SQ1~SQ6为输入开关,YA1~YA6为输出开关。其中还有KM1~KM2分别控制车床工作台的前进与后退。
  由状态流程图可以看出工位1YA1控制送管机构将管材送到位,碰触SQ1接通,同时送管机构退回,到位后碰触SQ2并接通。工位2YA3得电夹紧管件,压力继电器BP动作,车床开始旋转,由KM1控制伺服电机带动工作台进给,车削完成后,SQ3接通,KM2控制伺服电机带动工作台退回,碰到SQ4后,YA4得电,控制夹紧油缸松开管件,同时BP断开。工位3接通YA5后,卸管装置将管件转移到下一工序,到位后,YA6控制其退回,同时SQ6接通,然后设备进入下一循环。
  图3 系统改造液压原理图 图4 状态流程图
  3.2 程序设计
  图5 顺序功能图图 6 梯形图
  根据上文的状态流程设计,确定了如图5所示的顺序功能。其中S代表工步,后面的数字代表执行优先级。根据状态流程图及顺序功能如可以根据步进指令写出对应的梯形图,如图6所示。
  4结论
  PLC与液压系统的结合是设备制造领域常用的技术,不但高了设备的智能化程度,保证了可靠性,同时还简化了操作,降低了维护成本。已有设备的自动化改造也是PLC应用较多的场合,本文通过将普通的卧式车床,加以简单的液压系统,通过PLC进行控制,实现了管材的自动化车削,即降低了劳动强度,又高了生产效率和产品质量。
  参考文献
  1 王也仿. 可编程控制器应用技术M.北京机械工业出版社,26.
  2 李粤.液压系统PLC控制M.北京化学工业出版社,29.
  3 李松晶,阮健,弓永军.先进液压传动技术概论M.哈尔滨哈尔滨工业大学出版社,28.

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