基于PLC的钻床液压动力滑台控制系统设计

孙琴

（武昌首义学院，湖北武汉 430000）

基于PLC的钻床液压动力滑台控制系统设计

孙琴

（武昌首义学院，湖北武汉 430000）

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。

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［1］。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。

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。

图1 钻床动力滑台液压回路的工作原理

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闭合，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”。采用手动控制系统完成“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。解决办法是采用辅助继电器自锁，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，没有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。

［1］马小军.可编程控制器及其应用［M］.南京：东南大学出版社，2007.

Design of Hydraulic Control System for Drilling Machine Powerslider Based on PLC

Sun Qin
（Wuchang Shouyi University，Wuhan Hubei 430000）

Programmable logic controller(PLC)is the standard equipment for modern industrial control.Based on this,using PLC and hydraulic experimental platform,the control system of the hydraulic equipment was designed, and the lap circuit in the hydraulic experimental platform,action requirements of powerslider was simulated,to real⁃ize the communication and dynamic control between PLC and hydraulic system.

PLC；hydraulic circuit；hydraulic experimental platform

TP391.7

：A

：1003-5168（2017）01-0067-02

2016-12-06

孙琴（1988-），女，硕士，助理工程师，研究方向：机械电子工程。