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| 基于PLC 控制的液壓控制系統(tǒng) [ 摘要] 采用可編程控制器(PLC)代替繼電器控制器，對機械手的液壓驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行控制，通過輸入輸出接口 建立與機械手液壓系統(tǒng)開關(guān)量和模擬量的聯(lián)系，實現(xiàn)機械手搬運工件的順序動作和自動控制，達(dá)到準(zhǔn)確度高、控 制方便、可靠性好的目標(biāo)，大大提高了生產(chǎn)率和自動化程度，減少了系統(tǒng)故障，具有很強的實用性。 [ 關(guān)鍵詞] PLC；液壓控制；機械手 1、 前言( Introduction) 目前PLC 在工業(yè)生產(chǎn)過程控制自動化和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造等方面得到了廣泛應(yīng)用, 與傳統(tǒng)的繼電器控制相比, PLC 具有控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、可靠性高、通用性強、抗干擾能力強、易于編程、體積小、可在線修改、設(shè)計與調(diào)試周期短、便于安裝和維修等突出優(yōu)點, 而且一般不需要采取什么特殊措施, 就能直接在工業(yè)環(huán)境中使用, 更加適合工業(yè)現(xiàn)場的要求, 使用PLC 控制液壓控制系統(tǒng)能提高系統(tǒng)的整體性能,具有較明顯的優(yōu)越性。本文介紹基于PLC 控制的某液壓機械手的典型液壓控制回路及其PLC 控制方法。 2、 控制要求分析(Analys is of control demands ) 在生產(chǎn)現(xiàn)場工作開始后, 機械手在一個工作循環(huán)中需要依次完成以下順序動作: 下降、夾緊、上升、左移、下降、松開、上升、右移( 共8個順序動作) , 這是一個典型的順序控制問題。采用PLC 實現(xiàn)機械手的自動循環(huán)控制, 需要在某些動作位置設(shè)置位移傳感器或行程開關(guān)來檢測動作是否到位, 并確定從一個動作轉(zhuǎn)入到下一個動作的條件。根據(jù)機械手的動作要求, 選用3 個液壓缸來完成該8 個順序動作: 升降缸1 在工件兩個位置( 原位與目標(biāo)位置) 上方的下降和上升運動, 移動缸2 的左移和右移運動, 夾緊缸3 的夾緊和松開動作。缸1 下降或上升到位時應(yīng)停止運動, 缸2 左移或右移到位時也應(yīng)停止運動, 故需分別設(shè)置一行程開關(guān)S1、S2、S3、S4。根據(jù)機械手的動作過程和要求, 繪制出系統(tǒng)的控制功能流程圖, 如圖1 所示。  圖 1 3、 液壓系統(tǒng)圖(Hydraulic scheme) 根據(jù)機械手的動作要求和工作循環(huán)設(shè)計出液壓系統(tǒng)圖, 如圖2所示:  圖 2 按下啟動按鈕, 電磁鐵1DT 得電, 閥4 左位接入, 液壓泵9 輸出的壓力油經(jīng)閥4 左位接入升降缸1 的上腔, 其活塞向下運動, 推動機械手下降( 動作①右位下降) ; 當(dāng)缸1 下降到下限位置, 壓下行程開關(guān)S1, 使得電磁鐵1DT 斷電, 閥4 切換至中位(O 型中位機能) , 缸1 停止在下限位, 而電磁鐵5DT 得電, 閥8 左位接入, 泵輸出的壓力油經(jīng)過單向閥6、減壓閥7 進(jìn)入夾緊缸3 的上腔, 推動其活塞下移夾緊工件( 動作②夾緊) ; 夾緊工件后, 當(dāng)缸3 上腔壓力達(dá)到減壓閥7 的調(diào)定壓力時, 壓力繼電器11 動作發(fā)出信號, 控制電磁鐵2DT 得電, 閥4 的右位接入系統(tǒng), 推動缸1 向上運動( 動作③右位上升) ; 缸1 上升到上限位置時, 壓下行程開關(guān)S2, 電磁鐵2DT 斷電, 閥4 切換到中位, 缸1 停止在上限位, 而電磁鐵3DT 得電( 此時工件仍被夾緊, 壓力繼電器11 仍在動作) , 閥5 左位接入, 缸2 向左運動( 動作④左移) ; 缸2 左移到左限位置, 壓下行程開關(guān)S3, 電磁鐵3DT 斷電, 閥5 切圖2 換至中位,缸2 停止在左限位, 而電磁鐵1DT 得電, 閥4 左位接入系統(tǒng), 缸1 向下運動( 動作⑤左位下降) ; 缸1 下降到下限位置, 壓下行程開關(guān)S1( 此時缸2 處于左限位置) , 電磁鐵5DT 斷電, 閥8 回復(fù)右位, 缸3 活塞上移放下工件于目標(biāo)位置( 動作⑥松開) ; 松開工件后, 缸3 油腔壓力降低, 壓力繼電器11 復(fù)位, 發(fā)出信號控制電磁鐵2DT 得電, 缸1 向上運動( 動作⑦左位上升) ; 上升到上限位置, 壓下行程開關(guān)S1, 電磁鐵2DT斷電, 缸1 停止在上限位置, 同時電磁鐵4DT 得電, 閥5 右位接入, 缸2 向右移動( 動作⑧右移) ; 右移到右限位置, 壓下行程開關(guān)S4, 閥5 切換至中位, 缸2 停止在右限位置( 復(fù)位) 。至此完成了機械手的8 個自動控制動作, 進(jìn)入到下個動作循環(huán)。電磁鐵動作順序表如表1(“+”表示得電,“- ”表示斷電) 所示。 表1 電磁鐵動作順序表  該液壓系統(tǒng)中, 利用電液比例換向閥4 和5 控制升降缸1 和移動缸2 的運動速度, 用比例溢流閥12 控制夾緊缸的夾緊速度; 減壓閥的作用是限定并保持夾緊壓力, 單向閥的作用是對夾緊液壓缸3 進(jìn)行保壓, 比例溢流閥12 還起到平衡作用。在PLC 對各輸入輸出量的控制下, 完成順序動作。 4、 PLC 選型與I/O 分配(PLC lectotype and input--output allocation) 目前市場上的PLC 品種規(guī)格眾多, 控制功能也各有特點。綜合分析機械手的動作要求, PLC 在機械手中需要完成的控制功能較多, 控制精度較高, 運算速度較快且具有數(shù)據(jù)處理能力, 并考慮整個系統(tǒng)的經(jīng)濟和技術(shù)指標(biāo), 由于PLC 的輸出電流較小, 需要用功率模塊來控制比例液壓閥, 選用西門子公司的S7- 200 系CPU226 型PLC, 其I/O 功能和指令系統(tǒng)都能滿足對該機械手的控制要求�？刂瓢粹o、各處的行程開關(guān)及壓力繼電器等開關(guān)量信號直接與PLC 的輸入端子相連, PLC的開關(guān)量輸出端子直接與各個電磁閥相連, 用PLC 上所帶的24V 電源或外接24V 電源驅(qū)動, 采用編程軟件( STEP 7-Micro/WIN V4.4 版)進(jìn)行編程和運行監(jiān)控。圖3 為PLC 的I/O 地址分配和外部接線圖, 限于篇幅沒有具體給出硬件布置原理圖和控制系統(tǒng)梯形圖及其程序語句。  圖 3 系統(tǒng)設(shè)有5 種工作方式: 手動、連續(xù)、單周期、單步和回原點, 可以滿足不同的工作要求。 5、 結(jié)論(Conclus ions ) 采用PLC 控制的搬運工件機械手的液壓控制系統(tǒng), 使系統(tǒng)模塊化, 減小了液壓系統(tǒng)和設(shè)備的體積, 其工作性能穩(wěn)定且各I/O 指示簡單、明了, 大大縮短了維修、改制、安裝和調(diào)試液壓系統(tǒng)和設(shè)備的時間。克服了采用繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝、改動所需要花費大量時間及人力和物力的缺點, 也克服繼電器控制系統(tǒng)的可靠性差、控制不方便、響應(yīng)速度慢等不足。用PLC 控制的機械手的液壓控制系統(tǒng), 可使其工作平穩(wěn)、準(zhǔn)確, 更有利于改善工人的勞動環(huán)境, 降噪增效,節(jié)約能源, 而且提高了液壓系統(tǒng)的性能, 延長液壓設(shè)備的使用壽命, 大大提高了生產(chǎn)率和自動化程度, 特別是改變機械手的某些動作時時僅需進(jìn)行程序的調(diào)整。 總之, 基于PLC 控制的液壓控制系統(tǒng), 可大大簡化控制設(shè)備的結(jié)構(gòu), 節(jié)能降耗, 易于實現(xiàn)機、電、液一體化的控制裝置, 使生產(chǎn)平穩(wěn)可靠、效率和自動化程度提高。 參考文獻(xiàn): [1] 章宏甲,黃誼,王積偉.液壓與氣壓傳動[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000.5. [2] 何存興,張鐵華. 液壓與氣壓傳動(第二版) [M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2000.8. [3] 姜繼海,宋錦春,高常識. 液壓與氣壓傳動[M].北京:高等教育出版社,2002.8. [4] 陳在平,趙相賓.可編程控制器技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002.6. [5] 高欽和.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計實例[M].北京:人民郵電出版社,2004.7. [6] 廖常初.PLC 編程及應(yīng)用(第2 版) [M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.5. |
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