基于PLC的液压机控制系统设计

摘 要：文章主要介绍了液压机系统的工作原理、特点以及研究现状。从设计角度出发，分析液压系统的工艺流程；根据液压系统的工艺特点设计电气控制系统，分析在电气控制与液压系统的自动、手动控制方式，编写PLC程序，最终由PLC程序控制液压系统形成一个统一的控制系统整体，达到利用自动化手控制液压系统完成特定的工作行程。系统通过程序指令控制电路，执行速度快，克服了电磁继电器动作时间长触点抖动的缺点。并达到所需精度，改善了控制效果，提高了设备的可靠性。

关键词：液压传动；PLC控制；液压机

1 概述

液压传动与控制是以液体作为介质来实现各种机械量的输出（力、位移或速度等）的。它与单纯的机械传动、电气传动和气压传动相比，其单位重量的输出功率和单位尺寸输出功率大；液压传动装置体积小、结构紧凑、布局灵活，易实现无级调速，调速范围宽，便于与电气控制相配合实现自动化[1，2]；易实现过载保护与保压，安全可靠；元件易于实现系列化、标准化、通用化；液压易与微机控制等新技术相结合，构成“机-电-液-光”一体化便于实现数字化[3，4]。因此，其广泛应用于各种机械设备及精密的自动控制系统，发展速度迅速[5]。

液压机就是该控制理论一个典型应用。液压机工艺用途广泛，适用于弯曲、翻边、拉伸、成型和冷挤压等冲压工艺，也可适用于校正和压装等工艺。PLC以其高可靠性、强抗干扰性、良好的通用性等优点在工业控制的各个领域得到日益广泛的应用[6，7]。特别是在液压机的液压控制系统中，PLC已得到普遍应用和发展，而且这一趋势仍将继续。

2 工艺流程

铝型材液压机是一种把铝或铝合金棒料挤压成各种规格型材的机器液压机工作时，铝棒坯料由加热炉加热到所需挤压温度，然后送至供锭器中，供锭器自动把坯料和挤压垫送至模筒口，由工作缸活塞推模筒直至模口，并在快速推料过程中，供锭器自动复位，同时，挤压筒及模具进行预热，最后，由工作缸进行挤压加工。在挤压过程中，棒料靠装在挤压筒内的电热元件保持一定的温度挤压结束后，由剪切装置将制品与压余分离，剩料和压垫掉人残料溜槽，压机各部件全部复原，一次挤压加工结束。液压机加工时的工艺流程如下，整个挤压过程分模具闭合、送锭到位、挤压快进、送锭复位、挤压工进、顶出残料、挤压轴退、模具开启、剪切残料、剪切复位、换模进、换模退等工序。这些动作是由液压系统中的电动机带动大小油泵产生油压来执行的，而控制这些动作的装置是各种电器，有按钮开关sB、行程开荧sA，转换开关及电磁铁YA。

3 电气控制原理图

液压机加工过程为顺序控制，其工作循环从模具闭合开始一步一步依次进行，每一工序都执行部分命令，使相应的电磁铁运作，并由行程或工艺过程时问来判断该工序是否完成，同时，只有上一步工序完成后才能进入下一步工序。

各工序对应的辅助继电器控制支路一般包括下列触点：手动起动按钮、手动停止按钮、该工序原位行程开关、该工序终端行程开关、上一工序辅助继电器常闭触点、相应工序的互锁触点。

如图2所示，为电气控制线路原理图。图中，KM为接触器，控制线路中相对应的常开常闭触点，电动触头SB1为停机，常开触头SB2为开机，FR1、FR2、FR3为热继电器，当系统过热时三个常闭触点会断开，按下点动SB2，继电器KA1得电，KA1常开触点闭合、常闭触点断开线路自锁，此时SD1指示灯亮起，表示该线路就绪。按下SB4点动，接触器KM2得电，同时KM2常开触点闭合，线路自锁，此时与KM2线路并联的KM1及时间继电器KT1同时得电，在主电路中电机M1启动；根据预先设定的时间值KT1常开触点延时闭合，常闭触点延时断开，（此过程中有KM1与KM3的互锁，防止二者同时带电）；之后KM1继电器断电同时KM3继电器得电，完成M1电机的星角启动。

KT线路中的KM3常开触点闭合后，KT时间继电器线圈得电，KT常开触点延时闭合，KM5接触器线圈得电，KM5常开触点闭合形成KM5接触器线路的自锁，同时接通KM4接触器其常开触点闭合，同理与KM6形成互锁线路，此线路与M1电机启动方式相同，为星角启动，目的是为了防止启动电流过大烧毁线路。

4 程序设计

液压机的控制是顺序控制，它的工作循环从闭模开始一步一步有条不紊地进行，每个工序步执行一些指令使电磁铁动作，用行程开关或工艺过程时间来判断每一步是否已完成。控制中只有前一步骤完成后，才能进入下一步工序，即下一步接通的条件取决于上一步的逻辑结果以及附加在这一步上的条件。而PLC内部有多组辅助继电器，这些继电器可记系统工作状态；可编程控制器内部定时器可以完成定时控制。图3是根据液压机工艺流程对控制系统的要求，相应的并对照VO端子分配表。

在线路中利用接触器控制相应触点的闭合，接触器的特点是能够在大功率、大电流的电路中使用，由于这个特点再加上电路中的其他保护元件，能够使主电路正常工作。

功能实现方式：利用行程开关、辅助继电器顺序完成各道工序。在“原点”工步时，行程开关闭合，按启动按钮SB1时，相应辅助继电器打开，使输出继电器得电，电磁铁YA2、YA3、YA15通电，进人“模具闭合”工步。当行程开关SA5闭合时，相应的继电器得电，电磁铁YA2、YA15断电，YA3、YA9通电，“模具闭合”工步结束，进入送锭到位 工步 这样依次完成其它工步。

根据液压机工艺流程图和PLC的I/O地址分配情况进行设计，所得梯形图如图4所示。

电气设计时，为了保证系统的安全运行设计了互锁保护。自动、半自动程序设计因本循环控制是按顺序依次发生的，因此采用步进的控制方式，即选择代表前一个运动的常开触点，串联在后一个运动的启动线路中，作为后一个运动发生的必要条件。同时选择代表后一个运动的常闭触点串入前一个运动的关断线路里。这样只有前一个运动发生了，才允许后一个运动出现，并且一旦后一个运动发生了，就立即迫使前一个运动停止，因此可以实现各运动严格地依预定的顺序逐步地发生和转换。

5 结束语

本文给予PLC控制设计了液压控制系统，实现了通过程序指令控制电路，执行速度快，克服了电磁继电器动作时间长触点抖动的缺点，并达到所需精度，改善了控制效果，提高了设备的可靠性。经过实际使用表明：该系统性能稳定、操作方便、控制精确，具有广阔的发展和应用前景。

参考文献

[1]王庆丰，魏建华，吴根茂等.工程机械液压控制技术的研究进展与展望[J].机械工程学报，2004，12：51-56.

[2]黄人豪，濮凤根.液压控制技术回顾与展望[J].液压气动与密封，2002，06：1-9.

[3]朱兴龙，陈健，周骥平.国内液压控制技术现状及发展策略[J].机械科学与技术，1997，03：10-12.

[4]刘国华，花蓉.现代液压控制技术应用及发展[J].淮南职业技术学院学报，2006，1：40-43.

[5]冯开林，陈康宁，邹广德等.先进液压控制技术在工程机械的应用研究[J].工程机械，2002，5：48-50.

[6]黄人豪，濮凤根.液压控制元件产品结构创新和发展趋势[J].流体传动与控制，2005，01：12-15.

[7]徐海枝.浅谈现代液压控制技术的特点及应用[J].装备制造技术，2012，07：127-129.