基于PLC的臥式鋰帶擠壓機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李建平

（中核建中核燃料元件有限公司，四川 宜賓 644000）

0 引言

隨著電子技術(shù)的不斷更新，可編程序控制器（簡(jiǎn)稱PLC）作為新一代工業(yè)控制器，在近20年來已成功應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的控制系統(tǒng)中，由于其技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠，開發(fā)方便而備受技術(shù)人員的青睞。PLC是基于繼電器和分時(shí)器發(fā)展起來的，比起常規(guī)的繼電接觸器邏輯控制更容易實(shí)現(xiàn)循環(huán)掃描的工作方式。為了提高鋰帶擠壓機(jī)的生產(chǎn)效率、保障工人人身安全等多方面的要求，結(jié)合鋰帶擠壓工藝要求，采用三菱FX2N系列[1]的PLC，設(shè)計(jì)梯形圖程序[2-3]，實(shí)現(xiàn)控制鋰帶擠壓過程。

1 鋰帶擠壓機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成和工作機(jī)理

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)的主要硬件有：擠壓腔體，擠壓頭，擠壓桶，低壓液壓泵M1，真空泵M2，高壓液壓泵M3，流量比例閥，常閉式兩位兩通電磁閥V、常開式兩位兩通電磁閥F，常閉式兩位四通電磁閥H、G，三菱FX2N-48MR可編程控制器，VT5004流量比例控制器等。

1.2 工作機(jī)理

鋰帶擠壓機(jī)液壓傳動(dòng)控制見圖1。

圖1 鋰帶擠壓機(jī)液壓傳動(dòng)控制簡(jiǎn)圖

鋰帶擠壓機(jī)油箱內(nèi)貯有足夠的液壓油在室溫條件下經(jīng)低壓液壓泵M1抽出后，使兩位兩通電磁閥F帶電，兩位四通電磁閥G帶電，將液壓油送入擠壓機(jī)的B缸推動(dòng)活塞擠壓頭前行，同時(shí)擠壓機(jī)A缸內(nèi)的液壓油返回油箱。擠壓頭前行進(jìn)入擠壓桶后，使電磁閥F、G失電，擠壓頭停止前行。啟動(dòng)真空泵M2對(duì)擠壓桶抽真空，當(dāng)擠壓桶內(nèi)的真空度達(dá)到要求時(shí)真空開關(guān)動(dòng)作，允許進(jìn)入擠壓鋰帶過程。擠壓鋰帶過程中，啟動(dòng)高壓液壓泵M3運(yùn)行，電磁閥G動(dòng)作。通過流量控制器調(diào)整流量比例閥的閥門開度控制高壓泵油進(jìn)入擠壓機(jī)B缸的壓力改變擠壓速度。擠壓完畢后，停高壓液壓泵M3和真空泵M2，電磁閥H、V得電，由低壓泵將液壓油送入擠壓機(jī)的A缸，同時(shí)B缸內(nèi)的液壓油返回油箱，擠壓頭回縮。直到擠壓頭回縮到起始位置。

2 鋰擠壓機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 PLC控制流程圖設(shè)計(jì)

按照鋰帶擠壓機(jī)的工藝要求，結(jié)合生產(chǎn)過程中必備的安全保護(hù)措施理念，在鋰擠壓機(jī)擠壓過程程序控制設(shè)計(jì)中，為了使程序單個(gè)化、簡(jiǎn)單化，將程序分為手動(dòng)、自動(dòng)相結(jié)合運(yùn)行，有利于操作者操作過程簡(jiǎn)單、方便和安全。設(shè)計(jì)的鋰擠壓機(jī)擠壓過程PLC程序控制流程圖見圖2。

2.2 PLC控制電路

為實(shí)現(xiàn)鋰帶擠壓機(jī)的工藝控制要求，本系統(tǒng)選用FX2N-48MR可編程序控制器作為主控單元，其輸入、輸出點(diǎn)數(shù)均為24點(diǎn)。PLC工作時(shí)的輸入I/輸出O地址分配和功能如圖3所示。

圖2 鋰帶擠壓機(jī)擠壓過程PLC程序控制流程圖

圖3中，自動(dòng)循環(huán)停止按鈕是聯(lián)鎖開關(guān)，輸入信號(hào)來自按鈕和輔助觸點(diǎn)等開關(guān)量元件，輸出信號(hào)往電磁閥、接觸器線圈、指示燈及流量比例控制器等執(zhí)行器件。PLC具體I/O地址分配見表1所示。

3 鋰帶擠壓機(jī)工作過程

鋰帶擠壓機(jī)的PLC的梯形圖如圖4所示。

鋰帶擠壓機(jī)工作過程及操作步驟為：

（1）PLC接通電源后，油面正常X005接通，室溫正常X015接通，按低壓液壓泵啟動(dòng)按鈕SB1，Y000接通,低壓液壓泵M1啟動(dòng)并自保。

（2）雙手同時(shí)按住兩個(gè)手動(dòng)閉合按鈕SB5和SB6（安全保護(hù)理念要求），X010、X011接通，定時(shí)器T50定時(shí)0.05s，定時(shí)器時(shí)間到T50動(dòng)作，中間繼電器M100接通并自保。同時(shí)，中間繼電器M103接通，使得Y004接通、Y015接通和Y014接通，流量比例閥開度最小。Y004接通后，電磁閥G得電，液壓泵M1將油輸送到B缸，推動(dòng)擠壓頭前行。若手動(dòng)速度開關(guān)K2置“快”，開關(guān)K2閉合，X002接通，Y003接通,電磁閥F得電，將液壓泵M1輸送油進(jìn)入油箱的管路關(guān)閉，全部輸送到B缸，擠壓頭快速前行。手動(dòng)速度調(diào)至“慢”，開關(guān)K2斷開，X002斷開；Y003斷開,電磁閥F不得電，液壓泵M1將抽出的油一部分輸送到B缸內(nèi)，另一部分送入油箱，擠壓頭慢速前行。

表1 PLC I/O地址分配及功能說明

圖4 鋰帶擠壓機(jī)控制梯形圖

（3）擠壓頭前行進(jìn)入擠壓桶后，松開手動(dòng)閉合按鈕SB5和SB6，X010、X011斷開，使得中間繼電器M100斷開，M103、Y003和Y004斷開，電磁閥F、G不得電，液壓泵M1將抽出的油全部送回油箱，擠壓頭停止前行。

（4）按真空泵啟動(dòng)按鈕SB3，X016接通，使得Y002接通，接觸器KM3線圈帶電，真空泵M2啟動(dòng)并自保。當(dāng)擠壓桶內(nèi)的真空度達(dá)到要求，真空開關(guān)K3動(dòng)作接通，X004接通，Y001接通，真空指示燈亮，表明擠壓桶內(nèi)真空達(dá)到要求，可以進(jìn)行擠壓操作。

（5）按自動(dòng)擠壓?jiǎn)?dòng)按鈕SB4，X014接通，中間繼電器M104接通并自保，其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。使得Y010接通，接觸器KM3線圈帶電，高壓液壓泵M3起動(dòng)。中間繼電器M103接通，其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開,Y004接通后，電磁閥G得電。定時(shí)器T52定時(shí)0.1s時(shí)間到，定時(shí)器T52動(dòng)作，Y015、Y014接通0.1s后斷開，流量比例閥開度進(jìn)入可調(diào)節(jié)程序。X014接通，選中計(jì)數(shù)器C60并計(jì)數(shù)，Y011和Y013接通。調(diào)整擠壓斜率電位器可控制擠壓梯度，調(diào)整擠壓速度1電位器選擇擠壓速度。再按一次自動(dòng)擠壓?jiǎn)?dòng)按鈕SB4，X014再次接通，選中計(jì)數(shù)器C60，計(jì)數(shù)器C60復(fù)位清零，Y012和Y013接通，擠壓機(jī)可調(diào)整擠壓速度2和擠壓斜率來選擇擠壓速度。

（6）擠壓完畢后，按下自動(dòng)循環(huán)停止按鈕SB7（或SB8），使得X6（或 X12） 閉合接通，X7 （或 X13）斷開。中間繼電器M104斷開，使得定時(shí)器T51定時(shí)0.2s時(shí)間到，定時(shí)器T51動(dòng)作，M105接通，其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，中間繼電器M103斷開。Y015接通，流量比例閥開度最小。Y010斷開，接觸器KM3線圈斷電，高壓液壓泵M3停止。Y002斷開，接觸器KM3線圈失電，真空泵M2停止運(yùn)行。M105接通，Y005接通，電磁閥H和電磁閥V得電，低壓液壓泵抽出的液壓油進(jìn)入A缸，B缸中的油返回油箱；同時(shí)擠壓桶內(nèi)恢復(fù)常壓。若手動(dòng)速度調(diào)至快，X002接通，Y003接通,電磁閥F得電，擠壓頭快速回縮。手動(dòng)速度調(diào)至慢，X002斷開，Y003斷開,電磁閥F失電，擠壓頭慢速回縮。擠壓工作結(jié)束后，按低壓液壓泵停止按鈕SB2，低壓液壓泵停止工作。

4 結(jié)束語

實(shí)踐證明，鋰擠壓機(jī)PLC控制系統(tǒng)具有操作靈活、抗干擾能力強(qiáng)、安全可靠達(dá)到了理想狀態(tài)。多年來，鋰擠壓機(jī)PLC運(yùn)行穩(wěn)定，無故障發(fā)生，為鋰制品擠壓生產(chǎn)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］FX2N系列可編程控制器編程手冊(cè)[M].四川儀表十五廠,1995.

［2］顧戰(zhàn)松,等.可編程控制器原理與應(yīng)用[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1996.

［3］皮壯行,等.可編程控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.