基于PLC控制的液壓控制系統(tǒng)

1、 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(jī)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(jī)械手液壓系統(tǒng)開關(guān)量和模擬量的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手搬運(yùn)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(qiáng)的實(shí)用性。   關(guān)鍵詞 PLC；液壓控制；機(jī)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,

2、 PLC 具有控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、可靠性高、通用性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、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(diǎn), 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(jī)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(jī)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

3、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(shí)現(xiàn)機(jī)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(jī)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(yùn)動, 移動缸2 的左移和右移運(yùn)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(yùn)動, 缸2 左移或右移到位時也應(yīng)停止運(yùn)動, 故需分別設(shè)置一行程開關(guān)S1、S2、S3、S4。根據(jù)機(jī)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

4、圖1 所示。                                                 

5、    圖 1  3、 液壓系統(tǒng)圖(Hydraulic scheme)  根據(jù)機(jī)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:                               &

6、#160;       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(yùn)動, 推動機(jī)械手下降( 動作右位下降) ; 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(jī)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( 動作夾緊) ; 夾緊

7、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(yùn)動( 動作右位上升) ; 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(yùn)動( 動作左移) ; 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(yùn)動( 動作左

8、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(yùn)動( 動作左位上升) ; 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(jī)械手的8 個自動控制動作

9、, 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          

10、0;  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(yùn)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(diǎn)。綜合分析機(jī)械手的動作要求, PLC 在機(jī)

11、械手中需要完成的控制功能較多, 控制精度較高, 運(yùn)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(jì)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(jī)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(yùn)行監(jiān)控。圖3 為PLC 的I/O 地址分配和外部

12、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

13、60;  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(diǎn), 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(yùn)工件機(jī)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?？朔瞬捎美^電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝、改動所需要花費(fèi)大量時間及人力和物力的缺點(diǎn), 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

14、慢等不足。用PLC 控制的機(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)機(jī)、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(jī)械工業(yè)出版社,2000.5. 2 何存興,張鐵華. 液壓與氣壓傳動