液压动力滑台的PLC控制系统设计.docx

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液压动力滑台的PLC控制系统设计

液压动力滑台的PLC控制系统设计

摘要

液压动力滑台是组合机床用来实现进给运动的通用部件，液压动力滑台在组合机床中已得到广泛的应用。

液压动力滑台通过液压传动系统可以方便地进行无级调速，正反向平稳，冲击力小，便于频繁地换向工作。

配置相应的动力头、主轴箱及刀具后可以对工件完成各种孔加工、端面加工等工序，它的性能直接关系到机床质量的优劣。

本设计是在充分分析了液压动力滑台的液压传动系统及工作原理的基础上，通过继电器一接触器控制与PLC控制方案的对比我选择了PLC控制，根据控制要求选择了PLC的型号，在硬件设计中画出了PLC的外部接线图；在软件设计中，设计了液压动力滑台PLC控制系统的软件流程图和梯形图，实现了控制要求。

关键词：

液压，动力滑台，PLC，控制

DesignofPLCControlSystemforHydraulicPowerSlidingTable

ABSTRACT

HydraulicPowerSlidingTableisacombinationoftoolsusedtoachievethefeedmovementofthegeneralcomponents,hydraulicpowerslideinthemodularmachinetoolhasbeenwidelyused.HydraulicPowerSlidingTablebyhydraulicvariablespeeddrivesystemcanbeeasilycarriedher,positiveandnegativetostable,theimpactforceissmall,easytoworkfrequentlychange.Configurationcorrespondingpowerhead,spindleandtoolboxontheworkpiececanbecompletedaftertheprocessingofvariousholes,faceprocessingandotherprocesses,itsperformanceisdirectlyrelatedtothemeritsofqualitymachinetools.

Thedesignisafullanalysisofthehydraulicpowertransmissionandhydraulicslidesetsbasedontheprinciple,byacontactorcontrolrelayandPLCcontrolprogramforcomparisonIchosethePLCcontrolandPLCbasedcontrolrequirementsofthemodelchosen,InthehardwaredesigntodrawtheexternalwiringdiagramofPLC;insoftwaredesign,thedesignoftheHydraulicPowerSlidingTablePLCcontrolsoftwareflowchartandladder,toachievethecontrolrequirements.

KEYWORDS:

Hydraulic,PowerSlidingTable，PLC，control

目　录

前　言

液压动力滑台是组合机床用来实现进给运动的通用部件，液压动力滑台在组合机床中已得到广泛的应用。

液压动力滑台通过液压传动系统可以方便地进行无级调速，正反向平稳，冲击力小，便于频繁地换向工作。

配置相应的动力头、主轴箱及刀具后可以对工件完成各种孔加工、端面加工等工序[1~2]，它的性能直接关系到机床质量的优劣。

它利用液压传动系统实现滑台向前或向后的运动，由液压缸的左右运动来拖动滑台在滑座上移动，再由电气控制系统控制液压传动系统，实现滑台的工作循环。

传统的液压传动系统是由电气控制线路控制，由于这种控制线路的触点多，接线复杂，可靠性低，灵活性差，功耗高，而且维修困难，其大量的硬件接线使系统可靠性降低，也间接地降低了设备的工作效率影响了加工质量，因此越来越满足不了现代化生产过程的复杂多变的控制要求。

现采用PLC对此系统进行控制，能很方便的实现多种复杂的自动工作循环，使用简单，编程方便，可靠性高，通用性和灵活性强，采用PLC控制液压系统完成基本的动作—液压缸的自由进退，从而实现液压动力滑台的进给运动。

YT4543型液压动力滑台的工作循环是：

快进→一工进→二工进→死挡铁停留→快退→原位停止六种工况。

第1章概述

1.1液压动力滑台的应用

液压动力滑台是组合机床用来实现进给运动的通用部件，液压动力滑台在组合机床中已得到广泛的应用。

液压动力滑台通过液压传动系统可以方便地进行无级调速，正反向平稳，冲击力小，便于频繁地换向工作。

配置相应的动力头、主轴箱及刀具后可以对工件完成各种孔加工、端面加工等工序，它的性能直接关系到机床质量的优劣。

为了满足不同工艺方法的要求，动力滑台除提供足够大的进给力外，还应能实现“快进→工进→停留→快退→原位停止”等工作循环。

其中，除快进和快退的速度不可改变外，用户可根据工艺要求，对工进速度的大小进行调节。

由于液压动力滑台的机械结构简单，配上电气后实现进给运动的自动工作循环容易，又可以很方便地对工进速度进行调节。

其中尤以YT4543型液压动力滑台应用最广。

液压传动，具有功率密度高、结构紧凑、运动平稳、有利于系统传动链的简化和实现无级调速等优点，因而在一些中、大型机床中应用广泛。

但由于国内液压技术水平及液压传动本身的缺陷，如油液的可压缩性、泄漏等，许多液压机床都存在液压动力滑台精度不高、柔性差和控制水平不高的问题。

液压动力滑台，作为广为使用的基础件，如何充分利用其优势，克服或改善其不足，是一个急需解决的问题。

自80年代中期以来，国内外开始将微电子技术、计算机控制技术等，用来改进、发展和拓宽液压技术的水平及其应用范围，液压动力滑台的性能得到了一定的改善提高。

1.2继电器—接触器控制与PLC控制方案的比较

1.2.1继电器—接触器控制的优缺点

液压动力滑台传统上多用继电器—接触器控制，其优点是结构简单、易于掌握、价格便宜等。

在工业生产上应用较广。

但是这些控制装置体积大、动作速度较慢、耗点较多、功能少，特别是由于它靠硬接线构成系统，接线复杂，当生产工艺或控制对象改变时，原有的接线和控制盘（柜）就必须随之改变或更换，通用性和灵活性较差[3~4]。

1.2.2PLC在液压动力滑台中的应用

随着制造业的发展和新技术的应用，工业生产对控制设备的可靠性和灵活性的要求越来越高，传统的继电器一接触器控制由于其自身的缺陷将越来越不适应生产的需要。

PLC是可编程控制器的简称，是专为工业应用而设计的电子控制装置，具有抗干扰能力强、可靠性高、功能强、体积小、编程简单、维护方便等优点。

因此，在工业生产中用PLC代替继电器一接触器控制将是必然的，现采用PLC对YT4543型液压动力滑台进行控制系统的设计[3~4]。

第2章液压动力滑台液压传动系统及工作原理

2.1功能结构

YT4543型动力滑台是众所周知的一种组合机床通用部件，有液压缸驱动，可实现快进→一工进→—二工进→死挡铁停留→快退→原位停止6个工况的自动控制，现对其原有液压系统进行了改进，液压动力滑台的结构简图如图2-1所示。

图2-1液压动力滑台的结构简图

2.2液压传动系统及工作原理[5~7]

液压系统工作循环图如图2-2所示，工作原理图如图2-3所示。

系统仍采用单向变量泵供油，执行器采用缸固定活塞式液压缸10。

采用综合性能好的标准电磁换向阀7和8代替了原系统电液换向阀实现动力滑台自动工作循环，采用回油路调速阀调速保证工作进给速度稳定。

表2-1所列为动力滑台自动工作循环时各换向阀电磁铁和压力继电器动作顺序表，结合表2-1对系统在各工况下的油液流动路线说明如下。

图2-2液压系统工作循环图

图2-3液压系统工作原理图

1变量泵；2，4二位二通电磁换向阀；3单向阀；5，6调速阀；7，8二位五通电磁换向阀；9压力继电器；10液压缸

表2-1液压动力滑台液压系统电磁铁及压力继电器动作顺序表

工况

电磁铁及压力继电器状态

1YA

2YA

3YA

4YA

YJ

快进

+

+

-

-

-

一工进

-

+

+

-

-

二工进

-

+

-

-

-

死挡铁停留

-

+

-

-

+

快退

+

-

-

-

-

原位停止

-

-

-

+

-

1.快进按下自动工作循环按钮，电磁铁1YA和2YA通电，使换向阀7和8均切换至右位，泵1的压力油经单向阀3、换向阀8进入缸10的无杆腔，缸10有杆腔回油经换向阀7和8反馈进入液压缸10的无杆腔。

由于动力滑台空载，系统压力低，液压缸成差动连接，且变量泵1有最大的输出流量，滑台向左快进。

2.一工进当快进到规定位置时活动挡块压下行程开关SQ2，使电磁铁1YA断电、换向阀7复至图示左位，3YA通电使换向阀4切换至左位，泵1的压力油经单向阀3、换向阀8进入缸10的无杆腔，缸10有杆腔经阀7的通路堵死，只有经阀8右位、调速阀6、换向阀4排油。

流出缸10有杆腔的流量由调速阀6的开度大小决定，由于阀6的作用，系统压力升高，泵1输出的流量减小，动力滑台以第一种工进速度向左运动。

3.二工进动力滑台以第一种工进速度运动到预定位置时，活动挡块压下行程开关SQ3，使电磁铁3YA断电、换向阀4复至图示右位，液压缸10的进油路同一工进，但缸10有杆腔回油是经换向阀8、调速阀6、调速阀5、换向阀7排回油箱，流量由调速阀5的开度大小决定（调速阀5的开度小于调速阀6的开度），动力滑台速度降低，以第二种工进速度向左运动。

4.死挡铁停留动力滑台以第二种工进速度行进碰上死挡铁后停止运动。

液压缸10无杆腔的压力憋高，压力继电器（YJ）发信给时间继电器，使动力滑台在死挡铁处停留一定时间。

此时，泵1的供油压力升高，流量减少至仅需满足补偿泵和系统的泄漏量。

5.快退死挡铁停留时间到后，时间继电器发出快退信号，使电磁铁1YA通电、换向阀7切换至右位，2YA断电、换向阀8复至图示左位，泵1的压力油经换向阀7和8进入缸10有杆腔，缸10无杆腔经换向阀8排回油箱。

由于此时为空载，系统压力很低，泵1输出的流量最大，动力滑台向右快速退回。

6.原位停止动力滑台向右快速退回到原位时，活动挡块压下行程开关SQ1，使电磁铁1YA、2YA、3YA均断电，换向阀7、8和4复至图示位置，电磁铁4YA通电，动力滑台停止运动，泵1通过换向阀2卸载。

7.技术特点

（1）采用电磁换向阀取代了结构复杂的电液换向阀，系统油路结构简化，运行可靠，易于检修维护。

（2）采用回油路调速阀调速，动力滑台工进工况稳定性好。

（3）液压泵原位停止时通过电磁换向阀卸载，能够使泵在下次自动工作循环开始时处于低压。

第3章液压动力滑台PLC控制系统的设计

3.1硬件的设计

根据液压动力滑台的工艺特性、控制要求以及实际输入/输出点数情况，并考虑将来系统扩大功能的需要，留有一定的裕量[8~11]，选定PLC的型号为三菱公司的FX2N-32MR-001，输入/输出点分配情况如下所示。

输入电器输入点

启动按钮SB1X0

停止按钮SB2X1

快退按钮SB3X2

行程开关SQ1X3

行程开关SQ2X4

行程开关SQ3X5

压力继电器YJX6

自动开关SA1-1X7

手动开关SA1-2X8

输出电器输出点

电磁铁1YAY1

电磁铁2YAY2

电磁铁3YAY3

电磁铁4YAY4

如图3-1所示为系统中PLC的外部接线图。

图3-1PLC的外部接线图

设计说明

1.转换开关SA1-1、SA1-2能够切换两种工作状态，当SA1-1闭合时，动力滑台处于自动工作状态；当SA1-2闭合时，动力滑台处于手动工作状态。

2.SQ1、SQ2和SQ3是3个行程开关。

3.SB1、SB2和SB3是3个按钮开关，SB1是控制动力滑台向前运行的开始；SB2是控制动力滑台随时停止的按钮；SB3是控制动力滑台后退的按钮。

4.压力继电器YJ是控制动力滑台死挡铁停留的元件。

5.1YA、2YA、3YA和4YA是液压传动回路中的电磁铁。

3.2软件的设计

3.2.1软件流程图的设计

根据液压动力滑台的动作控制要求及PLC输入9点、输出4点的分配情况，对PLC控制系统的软件设计采用软件流程图进行设计，各步驱动各步相对应的元件动作，来实现YT4543型液压动力滑台：

快进→一工进→二工进→死挡铁停留→快退→原位停止六种工况的要求。

系统的软件流程图如图3-2所示。

图3-2系统的软件流程图

3.2.1梯形图的设计[8~11]

考虑到在实际控制中的需要，采用转换开关X7、X8来切换两种工作状态，当X7闭合时，动力滑台处于自动工作状态；当X8闭合时，动力滑台处于手动工作状态。

同时考虑到动力滑台会存在没有停在原位的情况，采用控制按钮X2控制动力滑台快退来控制液压动力滑台退回原位。

根据动力滑台设计要求结合软件流程图作梯形图如图3-3所示。

图3-3PLC控制系统梯形图

根据梯形图，编写指令如下所示：

0LDX0

1ANDX3

2LDIM3

3ANDM0

4ORB

5ANDX7

6LDX0

7ANDX8

8ORB

9ANIX1

10OUTM0

11LDM0

12ANIM1

13ANIM3

14LDX2

15ANIX3

16ORB

17OUTY1

18LDM0

19ANIM3

20MPS

21ANIT0

22OUTY2

23MPP

24ANDM1

25ANIM2

26OUTY3

27LDM0

28ANDX4

29ORM1

30ANIM3

31ANIT0

32ANIX1

33OUTM1

34LDM1

35ANDX5

36ORM2

37ANIM3

38ANIX1

39OUTM2

40LDM2

41ANDX6

42ORT0

43ANIM3

44ANIX1

45OUTT0

SPK20

48LDT0

49ANDX3

50ORM3

51ANIX1

52OUTM3

53OUTY4

54END

指令

结　论

液压动力滑台是自动化程度较高的部件，对可靠性、运动精度要求较高，其控制系统具有一定的复杂性。

本设计是在充分分析了液压动力滑台的液压传动系统及工作原理的基础上设计的。

明白了液压系统“快进→一工进→二工进→停留→快退→原位停止”六种工况各自的液压回路，根据控制要求选择了PLC的型号，在硬件设计中设计出了PLC的外部接线图；在软件设计中，设计了液压动力滑台PLC控制系统的软件流程图和梯形图，实现了控制要求。

液压动力滑台传统上多用继电器一接触器控制，由于这些控制装置体积大、动作速度较慢、耗点较多、功能少，特别是由于它靠硬接线构成系统，接线复杂，通用性和灵活性较差。

采用PLC对原有的继电器—接触器控制系统改造后，使得控制系统简单化，故障率大大降低，提高了系统的稳定性和可靠性，此控制系统具有良好的柔性，系统维护和升级也变得容易。

其灵活方便的优点显得更加突出，投资少，经济效益高。

由于我所掌握的知识面还不够全面，设计中难免有不足之处，我会随着自己所掌握知识的不断累积来不断的完善自己，一次比一次更进一步。

谢辞

此次控制设计是在副教授的悉心指导下完成的，我在论文设计过程中遇到了一些问题，是导师为我的论文提出了指导性的意见，为我的论文的撰写扶正了方向，在导师的指导下我少走了许多的弯路，使我能够顺利的完成了论文设计。

在此，特向我尊敬的导师致以最衷心的感谢！

经过这次设计，我一方面看到了自己的不足，认识到自己所掌握的知识还很有限；另一方面，我也明白了学习知识与应用知识的不同。

学过的知识并不代表就会应用，实践是检验一切的关键，只有把学过的知识整理出来，应用到实际当中。

学习的关键在于学以致用，学以致用才是最终目的。

这次设计让我找到了收获的快乐，在此也向设计过程中给予我帮助和指导的各位老师和同学们表示由衷的谢意！

再次由衷的感谢给予我帮助和指导的副教授！

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外文资料翻译

Hydraulicandpneumatictransmission

1.1Featuresofhydraulicandpneumatictransmission

1.1.1Theadvantagesofhydraulictransmission

1.Ahydraulicsystemcanproducehigherpowerthanelectricalequipmentunderthesamevolume.Thehydraulicequipmentsystemhassmallervolume,light,highpowerconsistencyandcompactconfigurationatagivenpower.Thevolumeandweightofahydraulicmotorareabout12%ofanelectricmotor.

2.Hydraulicequipmentworkstable.Asthelightweight,inertia,fastresponse,easytoimplementquickstartofhydraulicequipment,brakingandfrequentcommutation.

3.hydraulicdevicecanberealizedinawiderangeofvariablespeed（variablespeedrangeupto2000）,itcanbecarriedoutduringoperationspeed.

4.hydraulicdriveiseasytoautomate,itsfluidpressure,flow,orflowdirectioniseasytoadjustorcontrol.Whenthehydrauliccontrolandelectriccontrol,electroniccontrol,orusedinconjunctionwithpneumaticcontrol,theentiredriveunittoachieveacomplexsequenceofactionscanbeeasilyremotecontrolled.

5.hydraulicoverloadprotectiondeviceiseasytoimplement,itiselectricalandmechanicalgeartransmissioncannotbedone.

6.hydrauliccomponentshasbeenrealizedasstandardization,serializationandtheuniversal,hydraulicsystemdesign,manufactureanduseofaconvenientlocation.

7.toachievelinearmotionusinghydraulictransmissionthanasimplemechanicaldrive.

1.1.2hydraulicdefects

1.Asthefluidflowresistancelossesandleakageisinevitable,sotheprocessofhydraulicworkoftenmoreenergyloss.

2.performancevulnerabletotemperaturechanges,soshouldnotbeinthehighorlowtemperatureconditions.

3.Inordertoreduceleakage,hydrauliccomponents,highmanufacturingprecision,andthereforemoreexpensive.

4.hydraulicfailureisnoteasytofindr