基于PLC的金屬壓塊機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

杜春超

摘要：以金屬壓塊機(jī)為對(duì)象，在對(duì)其工作方法和控制方式及其流程進(jìn)行了研究，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，以三菱中型號(hào)為FX2N-32ER PLC為主控器取代原剪切機(jī)的機(jī)械控制，對(duì)傳統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行改造，基于GX-works軟件，利用順序控制的設(shè)計(jì)思路開發(fā)了控制程序，并逐步分析說(shuō)明所設(shè)計(jì)程序的運(yùn)行功能，實(shí)現(xiàn)金屬壓塊機(jī)壓縮成型與出料工作。通過(guò)金屬壓塊機(jī)及PLC控制的研究，論證了PLC控制技術(shù)在金屬壓塊機(jī)中是可行的。

Abstract： Taking the metal briquetting machine as the object， the working method， control method and process are studied. In order to realize automation， the mechanical control of the original shearing machine is replaced by the Mitsubishi model FX2N-32ER PLC as the main controller. To transform traditional equipment， based on GX-works software， this paper develops a control program by using the design idea of sequential control， and gradually analyzes and explains the running function of the designed program to realize the compression molding and discharge of the metal briquetting machine. Through the research of metal briquetting machine and PLC control， it is proved that PLC control technology is feasible in metal briquetting machine.

關(guān)鍵詞：金屬壓塊機(jī);PLC;控制;系統(tǒng);

Key words： mental briquetting machine;PLC;control;system

0 ?引言

金屬壓塊機(jī)是一種高效率、半自動(dòng)化、能實(shí)現(xiàn)金屬?gòu)U料壓縮成型的大型液壓設(shè)備，其工作原理是利用液體的壓力傳遞能量以完成各種壓力加工的。液壓機(jī)的工作特點(diǎn)一是動(dòng)力傳動(dòng)為“柔性”傳動(dòng)[1]，不像機(jī)械加工設(shè)備一樣動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜，二是液壓機(jī)的拉伸過(guò)程中只有單一的直線驅(qū)動(dòng)力，沒(méi)有“成角的”驅(qū)動(dòng)力，這使加工系統(tǒng)有較長(zhǎng)的生命期和高工件成品率。金屬壓塊機(jī)的工作過(guò)程是典型的順序控制，采用PLC（Programmable Logic Controller）來(lái)構(gòu)成系統(tǒng)的控制核心[2]，實(shí)現(xiàn)金屬?gòu)U料壓縮成型自動(dòng)化，從而提高工作效率、降低人力的損耗，是機(jī)械制造業(yè)發(fā)展和創(chuàng)新的基礎(chǔ)，也是工業(yè)制造[3]水平提升的標(biāo)志。

1 ?分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制要求

本金屬壓塊機(jī)的各部分動(dòng)作的執(zhí)行元件工作過(guò)程簡(jiǎn)單，屬于順序控制方式，都使用電磁閥換向閥來(lái)控制相對(duì)應(yīng)的執(zhí)行件動(dòng)作[4-5]。其控制過(guò)程如下：按下啟動(dòng)按鈕[6]SB1，上液壓缸壓頭抬起，方便收料箱輸送物料到壓料箱;上液壓缸壓頭碰到上限位開關(guān)SQ1，上液壓缸壓頭停止抬升，控制送料的部件得電，送料裝置開始工作，向壓料箱內(nèi)輸送金屬料;當(dāng)光敏開關(guān)SQ2檢測(cè)到箱體內(nèi)的金屬料已經(jīng)裝滿，上液壓缸壓頭開始?jí)嚎s金屬料，上液壓缸壓頭的壓力在金屬壓縮過(guò)程中越來(lái)越大，當(dāng)壓力達(dá)到壓力檢測(cè)開關(guān)P1設(shè)定的壓力值時(shí)，壓力檢測(cè)開關(guān)發(fā)出信號(hào)，一旦壓力檢測(cè)開關(guān)的信號(hào)傳給PLC，電磁閥就換向，主液壓缸壓頭由向下壓縮改為向上退回，主液壓缸壓頭復(fù)位。金屬料壓塊成型后，閘門打開，當(dāng)閘門打開碰到閘門下限位開關(guān)SQ5，副液壓缸壓頭將金屬塊推出壓料箱之外，觸碰到行程開關(guān)SQ3后，副液壓缸壓頭復(fù)位，碰到行程開關(guān)SQ4;閘門關(guān)閉，閘門關(guān)閉到位，觸碰到限位開關(guān)SQ6，金屬壓塊機(jī)的整個(gè)工作過(guò)程結(jié)束。

2 ?I/O點(diǎn)的確定與分配

2.1 I/O點(diǎn)的估算

在金屬壓塊機(jī)的控制系統(tǒng)中，根據(jù)控制要求，可估算出需PLC需要的I/O點(diǎn)數(shù)中，輸入需要9個(gè)，輸出點(diǎn)需要6個(gè)。

2.2 PLC的選型

三菱PLC作為全國(guó)編程控制銷量最大的硬件設(shè)備，具有小型化、高速度、高性能的優(yōu)點(diǎn)，除輸入輸出點(diǎn)的獨(dú)立用途外，還可用于多個(gè)組件間的連接，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的 PLC。本系統(tǒng)中需要控制的部分是通過(guò)PLC控電磁換向閥的電磁鐵來(lái)調(diào)整液壓系統(tǒng)中執(zhí)行元件的工作狀態(tài)。由于控制的點(diǎn)數(shù)不超過(guò)32點(diǎn)，所以選用三菱的FX系列的FX2N PLC在FX系列中，2N規(guī)格大，性能高，功能強(qiáng)，適用于大多數(shù)單機(jī)控制的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)控制，在系統(tǒng)滿足要求基礎(chǔ)上，點(diǎn)數(shù)上進(jìn)行預(yù)留大約10%的估計(jì)，選用PLC型號(hào)為FX2N-32ER，此PLC為16輸入16輸出，且為繼電器輸出，正好滿足金屬壓塊機(jī)的控制要求。

2.3 I/O分配表

I/O分配表及說(shuō)明如表1。

3 ?外部接線圖的設(shè)計(jì)

電氣控制線路（如圖2）有如下優(yōu)點(diǎn)：

①按下按鈕SB1，即可使金屬壓塊機(jī)開始?jí)簤K的工作，簡(jiǎn)化了手動(dòng)操作的步驟;②設(shè)計(jì)了壓力傳感器，高效率、高質(zhì)量地完成了金屬料加工過(guò)程，防止了金屬壓縮過(guò)程成中壓力過(guò)大，造成液壓設(shè)備的過(guò)載損壞;③設(shè)計(jì)了熱繼電器，將觸頭FR直接連在接觸器線圈控制鏈路中，用于壓縮過(guò)程中電機(jī)的過(guò)載保護(hù);④實(shí)現(xiàn)了全程自動(dòng)化，從而避免了原始的工作方式所帶來(lái)的低效率問(wèn)題。

4 ?系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

順序功能圖是描述開關(guān)控制量的關(guān)系的功能圖，是一種按照工作過(guò)程進(jìn)行的圖形編程語(yǔ)言[4]。如果在編程過(guò)程中沒(méi)有設(shè)計(jì)順序功能圖直接編程，其編程的難度可想而知，然而根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，畫出整個(gè)控制過(guò)程的順序功能圖相對(duì)容易一些，再根據(jù)已經(jīng)設(shè)計(jì)出來(lái)的順序功能圖編寫控制程。根據(jù)壓塊機(jī)器人的控制要求和PLC控制系統(tǒng)的I/O地址的定義，對(duì)系統(tǒng)的控制程序進(jìn)行編寫?？刂瞥绦蚧谌釬X2N-32ER PLC，使用了三菱GX-Works編程軟件，采用了SFC編程方式[7]，如圖3所示。

5 ?結(jié)論

對(duì)壓塊機(jī)的研究現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到一個(gè)很高的水平，但是最開始人們還只是對(duì)這種機(jī)構(gòu)停留在理論分析上。這是因?yàn)橐簤簤簤K機(jī)在理論和實(shí)踐上有一系列的難題，難以在短期內(nèi)解決。目前，國(guó)內(nèi)外有許多公司和研究單位在研究液壓廢金屬壓塊機(jī)。我國(guó)的液壓壓塊機(jī)研究起步較晚，但成果顯著。由我國(guó)研制的YJD1250金屬壓塊機(jī)[8]，吸收了國(guó)內(nèi)外同類機(jī)器的特點(diǎn)，大膽采用了新結(jié)構(gòu)，不僅具有國(guó)內(nèi)外同類機(jī)器的功能，而且結(jié)構(gòu)更加緊湊，運(yùn)行良好，成本比進(jìn)口同類機(jī)低得多。本文是對(duì)金屬屑?jí)簤K機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，先明確整個(gè)系統(tǒng)的控制要求，選用PLC作為控制器[9]。本次設(shè)計(jì)選用的PLC為日本的三菱公司的FX系列PLC，根據(jù)系統(tǒng)的要求確定系統(tǒng)的組成方案，然后完成I/O地址分配等硬件設(shè)計(jì)，用CAXA畫出PLC的外部接線圖。金屬壓塊機(jī)還有許多的發(fā)展空間，未來(lái)還需要對(duì)鐵屑?jí)簤K機(jī)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)能否實(shí)現(xiàn)金屬屑自動(dòng)回收，壓制成塊的傳送裝置進(jìn)行研究。

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