PLC课程设计YA32200四柱式万能液压机系统Word文件下载.docx
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系统的两执行元件为主缸和顶出缸，两液压缸的换向分别有电液动换阀4和10控制。
液控单向阀14在主缸快速下行是开启副油箱18向主缸充液。
液控单向阀12用于主缸快速下行通路和快速回程通路，单向阀13为主缸慢速下行时回油。
单向阀16用于主缸的保压，阀15为带阻尼孔的卸荷阀，用于主缸保压结束后换向前主泵1的卸荷。
节流阀7及背压阀6用于保持顶出缸下腔所需的力。
阀5用于阀6阻塞时系统的安全保护。
压力继电器用作保压起始时的信号发出装置。
图1-3液压系统原理图
1-辅泵；
2、8-溢流阀；
3-主泵；
4、10-三位四通电液动换向阀；
5-安全溢流阀；
6-背压溢流阀；
7-节流阀；
9-远程调压阀；
11-二位四通电磁换向阀；
12、14-液控单向阀；
13、16-单向阀；
15-卸荷阀；
17-压力继电器；
18-副油箱
3.四柱式液压机的液压系统原理
⑴主缸
①快速下行按下启动按钮，1DT与5DT接通，阀10切换到右位，阀11切换到右位，辅泵1的控制压力油经阀11将液控单向阀12打开，此时主油路的流动路线为
进油路：
主泵3→换向阀10（右位）→单向阀16→主缸无杆腔
回油路：
主缸有杆腔→液控单向阀12→换向阀10（右位）→换向阀4（中）
单向阀13
此时主缸快速下降，泵3流量不足，阀14在液位高度与大气压的作用下打开，副油箱中的油液经阀14进入主缸无杆腔。
②减速加压当主缸滑块上的活动挡块压下行行程开关XK2，电磁铁5DT断电使换向阀11复位至左位，阀9关闭。
此时无杆腔压力升高，阀14关闭，主缸转为慢速接近工件和加压阶段。
系统油液的流动录像为
同快速下行
主缸有杆腔→单向阀13→换向阀10（右位）→换向阀4（中）→油箱
③保压延时当主缸上腔的压力达到设定值时，触发继电器17，使1DT断电，阀6复位至中位，主缸上、下油腔封闭，系统保压，单向阀16保证了主缸上腔良好的密封性，主腔上腔保持高压，保压时间由时间继电器调整，保压阶段只有液压泵低压卸荷，系统中无油液流动。
主泵3→换向阀10（中位）→换向阀4（中位）→油箱
④卸压回程保压时间结束时，时间继电器发出信号，使2DT通电，换向阀10换至左位，主缸进入回程阶段。
如果此时主缸上腔立即与回油想通，会引起振动和噪声，所以必须先卸压后回程。
当换向阀10切换至左位后，主缸上腔还未卸压，压力很高，阀15开启，因此有
主泵3→换向阀10（左位）→阀15→油箱
此时主泵3在低压下运行，尚不足以打开阀14的主阀芯，但能打开阀内部的卸荷小阀芯，高压油由卸荷小阀芯的开口泄回副油箱18，压力逐渐降低至使阀15关闭为止。
卸压结束后，顶开阀14主阀芯，此时系统的油液流动路线为
主泵3→换向阀10（左位）→单向阀9→主缸有杆腔
主缸无杆腔→阀14→副油箱18
⑤停止主缸挡块压下XK1时，2DT断电使换向阀10复位至中位，主缸活塞被该阀的M型机能的中位锁紧而停止运动，回程结束，油液流动同保压阶段。
⑵顶出缸
顶出缸的运动应与主缸实现互锁。
阀10处于中位状态。
①顶出当主缸挡块碰到XK1时，3DT通电，换向阀4切换至左位，油液流动路线为
主泵3→换向阀10（中位）→换向阀4（左位）→顶出缸无杆腔
顶出缸有杆腔→换向阀4（左位）→邮箱
②停止顶出杆顶出，当挡块碰到XK4时，断开3DT，同时触发时间继电器。
此时油的流动同主缸停止时。
③返回时间继电器定时时间到后，接通4DT，换向阀4切换至右位，油液流动路线为
主泵3→换向阀10（中位）→换向阀4（右）→顶出缸有杆腔
顶出缸无杆腔→换向阀4（右）→油箱
返回至碰到行程开关XK5，4DT断电。
顶出缸再次停止工作。
表1为3150KN通用液压机的电磁铁动作顺序表
动作程序
1Y
2Y
3Y
4Y
5Y
上
缸
快速下行
+
慢速加压
保压
泄压回程
停止
下
顶出
退回
㈠继电器-接触器电气控制电路设计
电气元件自动控制能减轻操作人员的劳动强度，提高工作机械的生产效率和产品品质，而且能够实现手动控制难以完成的诸如远距离集中控制。
继电器—接触器控制系统能够完成电气元件的自动控制，而且结构简单、价格便宜。
能够满足生产机械一般生产的要求，获得了广泛的应用。
下面介绍YA32-200液压系统的继电器—接触器控制系统，能够实现自动控制和手动控制。
（1）.继电器-接触器电气控制电路图
根据设计要求，设计出如图所示的继电器-接触器电气控制电路图。
①启动电机——按启动按扭SB2，1KM得电吸合，其常开接触器1KM闭合，电机启动，泵供油，电磁铁全部处于失电状态，主泵2输出的油经三位四通电液换向阀10中位及阀4中中位流回油箱，空载启动。
②主缸快速下行——按启动按扭3SB，1K得电吸合，其控制的常开常开1K闭合，电磁铁YA、5YA先后得电，阀10换至右位，控制油经阀11右位使液控单向阀9打开，从而实现主缸快速下行。
③主缸减速压制——当上缸滑块降至一定位置触动行程开关2SQ后，其常闭触点失电断开，电磁铁5YA失电，阀11处于原位，液控单向阀12关闭。
④主缸保压延时——当上缸上腔压力达到预定值时，压力继电器KP吸合，其常闭开关KP断开，使电磁铁1Y失电，阀10回中位，上缸的上、下腔封闭，单向阀13和充液阀14使上缸上腔保压，保压时间由时间继电器KT调整。
⑤主缸卸压回程段——保压过程结束，时间继电器KT发出信号，其控制的常开触点KT闭合，中间继电器2K得电吸合，电磁铁2YA得电，阀10换至左位，同时常开触点开关2K闭合，形成自锁。
⑥主缸原位停止——当上缸滑块上长至触动行程开关1SQ其常闭触点失电断开，电磁铁2YA失电，阀6处于中位，泵卸载。
⑦顶出缸顶出——按下开关6SB,中间继电器3K得电，电磁铁3YA得电，换向阀4换至左位，从而实现顶出缸顶出。
⑧顶出缸退回——按下按钮7SB，电磁铁3YA失电，4YA得电，换向阀4换至右位，下液压缸活塞下行，退回。
⑨顶出缸停止——当顶出缸压倒行程开关4SQ或按下停止按钮，电磁铁4YA失电，换向阀4换至中位，泵2卸荷，顶出缸停止。
（二）．电气元件的选择
序号
代号
名称
数量
规格型号
备注
1
M1
电动机1
Y160L-4
额定功率为15KW，
2
M2
电动机2
Y90L-4
额定功率为1.5KW
3
FU1
熔断器
RL1-60
熔断体额定电流为40A
4
FU2
RL1-15
熔断体额定电流为4A
5
FU3
6
FU4
7
QG
电源总开关
HK1
额定电流为60A
8
Q
照明灯开关
额定电流为15A
9
HL1～HL5
指示灯
AD1-22
额定工作电压为24V
10
ST1～ST4
行程开关
LX19-121
11
KT
时间继电器
JS7-2A～220V
交流220V
12
1K～5K
中间继电器
JZ7-44
13
1YA～5YA
电磁铁
4V320-10
直流24V
14
2SB,3SB,5SB,6SB,7SB
起动按钮
LA20-22D
绿色指示灯
15
1SB,4SB,8SB
停止按钮
红色指示灯
16
KP
压力继电器
TK-10
17
1KM
接触器
CJ20-40
18
TL1
直流变压器
BKZ-5A220V
19
TL2
变压器
SBK/SG-50KVA
21
HW
照明灯
PZ220-10
1、PLC控制系统的设计原则
（1）选用的PLC必须满足被控对象的控制要求；
（2）先用的PLC不仅要着眼于现在，还要适当地考虑到将来发展的需要；
（3）在满足上述两个前提的情况下，力求使该系统具有较好的性能价格比。
2、PLC控制系统的设计步骤
（1）根据被控对象的控制要求，确定整个系统的输入、输出设备的数量，从而确定PLC的I/O点数，包括开关量I/O、模拟量I/O以及特殊功能模块等。
（2）充分估计被控对象和工厂今后发展的需要，所选的PLC的I/O点数应留有一定的余量。
另外，在性能价格比变化不大的情况下，尽可能选用同类型中功能强的新一代PLC
（3）确定选用的PLC机型。
例如：
对三菱公司的小型PLC来说，一般应选用FX系列PLC，而不选用F系列PLC。
（4）建立I/O分配表，绘制PLC控制系统的输入、输出接线图。
（5）根据控制要求绘制程序流程图。
（6）根据GX软件编制程序，并在GX软件上进行软元件模拟、调试。
3.PLC选型
针对以上YA32--200液压机的控制要求，以及其本身的液压控制系统的特点，结合了PLC硬件和输入/输出接口的特点列出PLC输入/输出地址分配表如下
I/O地址分配
输入信号
输出信号
代号
功能
I点
O点
Q1
X0
主缸下行
Y0
SB1
手动快速下行开关
X1
Y1
SB2
手动减速压制
X2
下缸顶出
Y2
Q2
X3
下缸退回
Y3
SB3
手动返回
X4
和Y1实现快速下行
Y4
Q3
自动/手动选择开关
X5
报警器
Y5
SB4
手动顶出缸顶出
X6
Y10
SB5
手动顶出缸退回
X7
泵启动
Y11
SB6
手动启动电机
X10
XK1
行程开关XK1
X11
XK2
行程开关XK2
X12
XK3
行程开关XK3
X13
XK4
行程开关XK4
X14
X15
YA32—200四柱万能液压机控制系统的输入输出情况:
控制按钮输入6个,行程开关输入4个,压力继电器输入1个,手动开关3个，输入点数共14个;
指示灯/电磁阀输出5个,电机控制输出1个,照明灯输出1个,报警控制输出1个，输出点数共8个;
考虑到经济等因素,选用FX1N-24MR-001型PLC来实现对液压机的控制,该PLC有14点输入,10点输出,属于继电器输出型,输入输出点数满足要求并有一定的冗余。
控制系统控制液压系统液压油的流向,按要求实现液压机的各种动作。
PLC接收热继电器、行程开关、控制按钮、压力继电器等信号,对电磁铁的通、断电控制，通过接触器实现对电机的启停等。
4.PLC系统的接线
液压系统中位卸荷，故电机空载启动，可以直接启动，结构简单，操作方便，成本低。
当按下按钮SB2时，接触器KM通电，主触点闭合，电机启动。
PLC选择为FX1N-24MR-001，采用直流电源DC24V。
控制输入信号采用控制器本身提供的DC24V电源，电磁铁、信号灯及报警器输出信号采用DC24V电源驱动，照明灯以及泵电机驱动接触器采用AC220V驱动。
更具要求设计的PLC输入/输出接线图如下：
5.外设元器件选择
根据硬件电路设计要求，查阅机械设计手册，制定下面的元器件明细表：
PLC控制电器元件明细表
代号
名称
数量
型号规格
QS1
总电源开关
HD1-60/3
MA1
主泵电机
MA2
辅助泵电机
Y90S-4
RL1-60/40
RL1-15/2
FR1
主泵电机热继电器
JR16-60/345A
FR2
辅助泵电机热继电器
JR16-20/32.4A
KM
液压泵电机启动接触器
CJ12-100
T1
BK-150380/24V
VC
桥式整流器
24V
HL1~HL5
信号灯
AD0-11（XD11）
EL
照明灯具
JC6-1
S2
TCL_A6
1DT~5DT
电磁阀
24V
20
XK1~XK5
LX31-2
压力继电器接触器
HED1K
22
SB1~SB6
各功能按钮
LA19-11
23
Q1~Q3
手动开关
S826c
6.PLC程序设计
⑴程序流程图如下
⑵自动运行时的顺序功能图如下
⑶PLC梯形图
此为plc开始工作时，打开开关X3，照明灯由Y0控制亮起；
当需要停止工作时，按下X0开关，Y0,Y1,Y2,Y3,Y4都将被复位，阀门电磁铁失电停止工作，plc程序跳至结尾。
闭合X5,液压系统将自动运行，PLC进入自动运行系统程序。
打开X5，则进入手动运行程序，同时复位自动运行程序中间继电器的状态
自动程序中的启动电机。
电机启动后，按下X1，接通M5，M10，电磁铁1DT、5DT得电。
M32为液压系统运行一个周期后循环的条件。
T10起限时报警作用；
当主缸碰到行程开关XK2时，接通X12，上一个状态停止，接通M11，1DT继续得电；
系统压力达到出发压力继电器时，X15接通，上一个状态停止，定时器T0接通，T11起报警作用；
T0定时到后接通常开触点T0，M2得电，上一个状态停止，液压系统进入主缸回程阶段；
（M30作用：
系统初试运行时，XK1处于接通状态，
X11导通，若没m30，则顶出缸与主缸同时运动。
）
X11接通，M3接通，顶出缸顶出，T13限时报警。
行程开关XK3导通，上一状态停止，定时器T1打开，顶出缸顶出后停止5s；
定时时间到后，接通M4顶出缸退回。
T14起报警作用；
M32的作用同M30，使系统不至于在刚启动时不按任何按钮就启动主缸。
手动程序时启动泵；
主缸快速下行，当碰到行程开关XK2（X012）时停止，同时顶出缸在XK4位（X014）置和压力继电器压力值（X015）过大时此按钮失效；
X11触点代表当主缸在最高位时顶出缸才能运动；
输出信号；
报警
7.程序调试
在GX-developer软件中增添了PLC程序的离线调试功能，即仿真功能。
通过该软
件可以实现在没有PLC清况下照样运行PLC程序，并实现程序的在线监控和时序图的仿
真功能。
①将程序输入GX-developer，转换后启动程序检查
②检查程序没有语法错误后点击
③启动模拟PLC
④选择在线菜单并单击调试下的软元件测试，出现图示：
⑤在上图中的位软元件中输入指定的软元件，并置ON或者OFF，关闭上图对话框，观察对应的软元件的状态。
蓝色为ON，白色为OFF。
⑥一一调试输入软元件，观察是否符合要求，若不符，则结束梯形图逻辑测试，修改继续调试。
本次课程设计完成了任务书上的任务，即YA32-200四柱式万能液压机的继电器-接触器电气控制系统和PLC控制系统的设计。
继电器-接触器控制系统为手动系统，该系统设有总停止开关9SB，系统在运行时按下该按钮系统即停止工作。
1SB为电机启动按钮。
2SB和8SB分别为主缸停止和顶出缸停止按钮。
当主缸与顶出缸通过常闭触点实现互锁。
主缸的下行运动与回程运动、顶出缸的顶出与退回也实现互锁，互锁也是通过各线路串联常闭触点实现的。
PLC控制系统则是即可自动运行也可手动运行，其切换方式通过自动/手动选择开关的开合，然后通过一个跳转指令实现的。
自动程序的设计采用了起保停的设计思路，各个动作互锁。
通过模拟调试程序得出初始运行时行程开关XK1与XK5接通，要是直接用行程开关作为下一步的运行条件的话则刚开始时主缸和顶出缸同时工作，系统无法正常运行。
所以在PLC程序中在有XK1与XK5输入信号的步前加了中间触点，中间触点在刚开始运行程序时时不会接通的。
手动程序中，主缸运动时控制顶出缸的按钮被锁，顶出缸运动时主缸被锁。
而且通过互锁两个按钮同时按下时只有一个接通，避免了两个按钮同时按到时出现的意外。
通过在GXdeveloper的调试发现即使有跳转指令（CJ），也不能出现双线圈输出，所以程序最后结尾才出现控制输出。
本程序的报警则通过各过程的限时实现的。
五．参考文献
【1】邓星钟主编.机电传动控制（第三版）.华中科技大学出版社，2005.
【2】章宏甲，黄谊主编.液压传动.机械工业出版社，2000.
【3】廖常初主编.FX系列PLC编程及应用.机械工业出版社，2005.
【4】高玉奎主编.简明维修电工手册.中国电力出版社，2005.
【5】顾桂梅主编.电气控制与PLC应用项目教程.机械工业出版社，2010.
【6】李伟主编.机床电器与PLC.西安：
西安电子科技大学出版社，2006.
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