YD25-200型四柱式油壓機(jī)電氣控制線路的PLC改造

唐 勝，段 虎，曹建國，黃光宇，鐘 文

（中車株洲電機(jī)有限公司，湖南 株洲 412000）

YD25-200型四柱式油壓機(jī)電氣控制線路的PLC改造

唐 勝，段 虎，曹建國，黃光宇，鐘 文

（中車株洲電機(jī)有限公司，湖南 株洲 412000）

因YD25-200型四柱式油壓機(jī)在生產(chǎn)中電氣控制系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生故障，通過對故障原因進(jìn)行分析，利用三菱PLC作為控制核心，對其繼電控制電路進(jìn)行改造。文章展示了傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)向PLC控制系統(tǒng)的改造過程，利用PLC電路替代繼電電路，簡化了原油壓機(jī)的控制電路，提高電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，易于查故、便于維修，節(jié)省大量的繼電器元件，使油壓機(jī)的工作效率更高。

四柱式油壓機(jī)；PLC；繼電控制；電氣改造

油壓機(jī)機(jī)型雖然品種齊全，但技術(shù)含量較低,缺乏技術(shù)含量高的機(jī)電液一體化高檔機(jī)型。為了滿足日益提高的生產(chǎn)需要，用可編程控制器（PLC）對舊設(shè)備進(jìn)行改造，可有效提高設(shè)備綜合效能。PLC控制方式是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，它是以微處理器為可編程邏輯控制，采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。文章以公司所使用的YD25-200型四柱油壓機(jī)（后續(xù)簡稱四柱油壓機(jī)）為例，來分析該油壓機(jī)繼電線路的現(xiàn)狀、存在的問題及提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1 四柱油壓機(jī)概述及工作原理

四柱式油壓機(jī)是一種通過專用液壓油作為工作介質(zhì)，將油壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)械設(shè)備。因其由四個柱構(gòu)成主要框架，故叫四柱式油壓機(jī)。主要由油壓泵，油壓缸，油壓控制閥和油壓輔助元件組成。由液壓泵作為動力源，靠泵的作用力使液壓油通過液壓管路進(jìn)入油缸內(nèi)的活塞，油缸中活塞內(nèi)幾組互相配合的密封件產(chǎn)生機(jī)械能，從而產(chǎn)生巨大的壓力。它采用繼電接觸器電路實(shí)現(xiàn)電氣控制，其操作是通過控制臺操作電氣與機(jī)械部件，從而使機(jī)電緊密配合完成預(yù)定的操作，是機(jī)械與電氣結(jié)構(gòu)聯(lián)合動作的典型控制，是具有一定自動化程度的組合機(jī)床。

2 四柱油壓機(jī)繼電控制電路現(xiàn)狀

表1 原機(jī)常見故障現(xiàn)象及原因分析處理

該油壓機(jī)已運(yùn)行超過17年，其電氣原理圖遺失，各部分電氣元件老化嚴(yán)重，電氣線路改動較多，走線繁亂無章，維修頻率高，造成器件更換次數(shù)頻繁，嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度，同時也存在著較大的安全隱患。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該設(shè)備1年共發(fā)生故障130次，平均故障間隔時間為7.4天，故障平均處理時間60min，全年故障停機(jī)130h。

原機(jī)具有調(diào)整、手動、半自動三種操縱方式可供選擇。依靠滑塊和頂出活塞的配合動作，完成各種制件的工藝要求。調(diào)整操作通過按壓相應(yīng)按鈕，實(shí)現(xiàn)要求的前進(jìn)動作；手動操作通過按壓相應(yīng)按鈕，實(shí)現(xiàn)要求的連續(xù)動作；半自動操作為按壓相應(yīng)按鈕，使滑塊自動完成一個工藝循環(huán)動作。然而由于設(shè)備老舊，電氣故障及液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)缺陷，半自動操作功能已廢除，只保存了調(diào)整操作方式作為生產(chǎn)工藝使用。生產(chǎn)工人在加工產(chǎn)品時，往往使用手動操作，加大了勞動強(qiáng)度，降低了工作效率，也浪費(fèi)了時間與能源。原機(jī)常見故障現(xiàn)象及原因分析處理如表1所示。

3 四柱油壓機(jī)的PLC電氣控制改造

（1）改造方案確定。為滿足生產(chǎn)要求，通過改造達(dá)到降低維修難度、降低非正常停機(jī)時間、提高設(shè)備工作效率、提高設(shè)備操控的安全性，設(shè)定如下方案要求：①重新設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)，采用當(dāng)前盛行的PLC電氣控制系統(tǒng)。②重新設(shè)計(jì)半自動操縱方案，要求能滿足自動加壓、自動保壓的功能，操作者可根據(jù)產(chǎn)品的工藝要求自行設(shè)置保壓壓力值。③要求不論何種操作方式都必須有可靠的限位保護(hù)裝置。④要求嚴(yán)格控制改造成本。繼電器接觸器控制系統(tǒng)是電氣控制的基礎(chǔ)，雖然能完成復(fù)雜的控制任務(wù)，但使用該種控制方式接線復(fù)雜，可靠性低。目前，隨著PLC控制技術(shù)應(yīng)用的普及和價(jià)格的大幅下降，使其逐漸成為完成高要求、復(fù)雜控制任務(wù)的普及產(chǎn)品和設(shè)計(jì)首選。PLC可編程控制器控制系統(tǒng)相對繼電器接觸器控制系統(tǒng)而言，線路簡潔、直觀，同時PLC運(yùn)行穩(wěn)定，故障率低?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，選用可編程控制器PLC對該設(shè)備進(jìn)行改造。經(jīng)過反復(fù)論證分析，最終確定采用三菱FX2N-48MR可編程控制器進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)改造。

（2）PLC電氣控制改造。①主電路如圖1所示。②I/O信號及地址編號如圖2所示，I/O接線圖如圖3所示。

圖1 主電路圖

圖2 I/O信號及地址編號表

圖3 I/O接線圖

（3）PLC控制程序。根據(jù)工作過程的控制要求，分析輸入輸出之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)PLC控制程序。圖4為改造后的軟件梯形圖程序。

圖4 梯形圖

（4）PLC程序的調(diào)試過程。設(shè)備改造利用PLC控制技術(shù)，按鈕集中控制，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動和半自動兩種操作方式。點(diǎn)動操作通過按壓相應(yīng)按鈕得到要求的點(diǎn)動動作；半自動操作通過雙手按鈕使滑塊自動完成保壓工藝過程。

（5）油泵電機(jī)的控制。①啟動：點(diǎn)按SB12通過PLC的X13輸入，Y10輸出，至接觸器KM1得電，油泵電機(jī)M1旋轉(zhuǎn)，油泵指示燈HL2點(diǎn)亮。停轉(zhuǎn)：點(diǎn)按SB13通過PLC的X14輸入，接觸器KM1失電，油泵電機(jī)M1停轉(zhuǎn)，油泵指示燈HL2熄滅。PLC內(nèi)部通過軟繼電器過載保護(hù)互鎖，接觸器外部通過熱繼電器輔助觸頭互鎖保護(hù)。②上橫梁升降電機(jī)的控制。上升：按SB6通過PLC的X5輸入，Y4輸出，至接觸器KM4得電，橫梁升降電機(jī)M2正轉(zhuǎn)上升。下降：按下SB7通過PLC的X6輸入，Y5輸出，接觸器KM5得電，橫梁升降電機(jī)M2反轉(zhuǎn)下降。PLC內(nèi)部通過軟繼電器互鎖，接觸器外部通過輔助觸頭互鎖，以確保橫梁電機(jī)正反轉(zhuǎn)時不會同時得電。③移動小車的控制。前進(jìn)：點(diǎn)按SB9通過PLC的X10輸入，Y6輸出，至接觸器KM7得電，移動小車電機(jī)M3正轉(zhuǎn)前進(jìn)；后退：按下SB10通過PLC的X11輸入，Y7輸出，至接觸器KM6得電，移動小車電機(jī)M3反轉(zhuǎn)后退。前進(jìn)到位和后退到位分設(shè)兩個限位開關(guān)，以確保小車移動到位后能強(qiáng)制停止運(yùn)行。小車的正反轉(zhuǎn)電路設(shè)計(jì)同橫梁電機(jī)電路。④加壓回程控制。加壓：點(diǎn)按SB3通過PLC的X2輸入，Y2輸出，至中間繼電器KA2得電，加壓電磁鐵YV1動作?；爻蹋狐c(diǎn)按SB5通過PLC的X4輸入，Y3輸出，至中間繼電器KA3得電，回程電磁鐵YV2動作。電磁鐵YV1、YV2的互鎖由中間繼電器KA2、KA3的一組觸點(diǎn)控制，以防電磁鐵同時動作。⑤半自動操作。按壓按鈕SB3，下工作臺快速上升直至接近上工作臺，同時按壓按鈕SB2、SB3，即可得到下工作臺的連續(xù)（啟動1S停止8S的間歇動作）自動加壓，當(dāng)壓力值超過電接點(diǎn)壓力表設(shè)定的上限壓力值后，油泵電機(jī)M1停止運(yùn)行，加壓電磁鐵KA2失電停止加壓；經(jīng)過一段時間的壓力微泄漏，當(dāng)壓力值跌回電接點(diǎn)壓力表設(shè)定的下限壓力值后，油泵電機(jī)M1重新啟動，并延時3S后，加壓電磁鐵KA2得電，又繼續(xù)下工作臺的連續(xù)（啟動1S停止8S的間歇動作）自動加壓，以此類推，直至保壓時間到達(dá)工藝要求，按加壓回程停止按鈕SB14后，可停止自動加壓。因產(chǎn)品種類繁多，且各類產(chǎn)品的保壓工藝時間都不相同，在半自動操作的功能上，并未設(shè)定保壓時間，而由操作人員根據(jù)工藝圖紙自行掌控。

（6）電氣保護(hù)和安全裝置。設(shè)計(jì)如下電氣保護(hù)和安全裝置：①電機(jī)和控制電路采用熔斷器進(jìn)行短路保護(hù)；②電機(jī)的過載保護(hù)采用熱繼電器；③緊急停止按鈕選用蘑菇頭按鈕；④電氣控制箱設(shè)有專用的接地裝置。

4 PLC控制與繼電控制的優(yōu)缺點(diǎn)及改進(jìn)

（1）改造效果定性分析。①可靠性方面。由于繼電控制系統(tǒng)采用的是“觸點(diǎn)控制”形式，可靠性較低，使用壽命較短，長時間使用容易損壞觸點(diǎn)或產(chǎn)生觸點(diǎn)接觸不良等故障，直接影響系統(tǒng)工作的可靠性。PLC開關(guān)動作由無觸點(diǎn)半導(dǎo)體電路來完成的，具有壽命長、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。②維修、維護(hù)成本方面。電氣控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)等組合成控制邏輯，其連線多且復(fù)雜、體積大、功耗大，系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能較為困難。另外，繼電氣的觸點(diǎn)數(shù)量有限，所以電氣控制系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性受到很大限制。而PLC采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，其控制邏輯是以程序的方式存放在存儲器中，要改變控制邏輯只需改變程序，因而很容易改變或增加系統(tǒng)功能。③通用性、靈活性方面。繼電控制系統(tǒng)構(gòu)成后，需要更改控制要求時，必須更改電器接線或控制器件的數(shù)量。PLC控制系統(tǒng)只需改變程序就能實(shí)現(xiàn)，操作方便。④體積、能耗方面。以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。

（2）改造效果定量分析。本次改造項(xiàng)目歷時50天（其中方案的確定、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、材料的采購用了45天，安裝施工用了2天，不同產(chǎn)品的調(diào)試用了3天），未影響公司正常生產(chǎn)，圓滿完成任務(wù)。該油壓機(jī)改善后設(shè)備有了明顯的提升。

5 結(jié)語

文章針對該型四柱式油壓機(jī)故障頻發(fā)問題，提出了基于PLC對繼電電路的解決思路及方案。通過改造前后對比發(fā)現(xiàn)改造后的設(shè)備通過實(shí)際使用驗(yàn)證，故障率顯著下降，并能很好的保證其運(yùn)行精度和定位精度，經(jīng)生產(chǎn)運(yùn)行表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，完全滿足生產(chǎn)工藝的要求，對同類設(shè)備的技術(shù)改造有較大的參考價(jià)值。

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［4］岳慶來.可編程程序控制器及觸摸屏綜合應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

Modification of YD25-200 Four-column Hydraulic Press with Electric Control Line

TANG Sheng，DUAN Hu，CAO Jian-guo，HUANG Guang-Yu，ZHONG Wen
（Zhuzhou Electric Co.，Ltd.，Zhuzhou，Zhuzhou，Hunan 412000，China）

The YD25-200 type four-column hydraulic press often fails in the production of electrical control system.Through the analysis of the cause of the fault，the Mitsubishi PLC is used as the control core to transform the relay control circuit.The paper shows the transformation process of the traditional relay control system to the PLC control system，uses the PLC circuit instead of the relay circuit，simplifies the control circuit of the crude oil press，improves the stability and reliability of the electrical system，is easy to check，easy to repair and save a large number of relay components，so that the hydraulic press is more efficient.

four-column hydraulic press；PLC；relay control；electrical transformation

TH137；TM57

A

2095-980X（2017）02-0062-03

2017-02-15

唐勝（1974-），男，湖南株洲人，主要研究方向：設(shè)備電氣維護(hù)與改造。