動(dòng)力滑臺液壓PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉鳳景

摘 要： 在分析液壓動(dòng)力滑臺運(yùn)動(dòng)特性的基礎(chǔ)上，對動(dòng)力滑臺液壓PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，完成了液壓滑臺自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。對工控機(jī)與下位機(jī)的PLC 通過使用Spcomm控件在Delphi語言中實(shí)現(xiàn)串行通信編程。重點(diǎn)介紹了動(dòng)力滑臺液壓PLC控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)過程，該系統(tǒng)提高了對液壓滑臺的常規(guī)運(yùn)動(dòng)的控制和監(jiān)測效率，使液壓滑臺控制的靈活度和自動(dòng)化程度得到進(jìn)一步提高。研究成果為動(dòng)力滑臺液壓PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞： 液壓動(dòng)力滑臺; PLC; 控制系統(tǒng); 實(shí)現(xiàn)路徑

中圖分類號： TP273

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1007-757X（2019）06-0111-02

Abstract： Based on the analysis of the motion characteristics of the hydraulic power slide， this paper mainly studies the hydraulic PLC control system of the power slide， completes the design of the automatic control system of the hydraulic slide， and realizes the serial communication programming in Delphi language by using Spcomm control for the PLC of the industrial control computer and the lower computer. This paper introduces the realization process of the function of the hydraulic PLC control system of the power slide. The system improves the control and monitoring efficiency of the conventional motion of the hydraulic slide， further improves the flexibility and automation of the control of the hydraulic slide. It may provide a reference for the design of the hydraulic PLC control system of the power slide.

Key words： Hydraulic power sliding table; PLC; Control system; Realization path

0?引言

液壓技術(shù)在機(jī)械設(shè)備中發(fā)展較快，作為傳動(dòng)方式的一種，液壓傳動(dòng)以液壓技術(shù)為主要支撐，實(shí)現(xiàn)信息的傳遞及控制過程，隨著計(jì)算機(jī)、微電子等技術(shù)的發(fā)展和完善，為液壓傳動(dòng)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐，使液壓傳動(dòng)技術(shù)在工業(yè)范疇內(nèi)得以普及應(yīng)用，動(dòng)力滑臺（由液壓缸驅(qū)動(dòng)）是液壓傳動(dòng)的通用構(gòu)件，在組合機(jī)床中應(yīng)用較多可實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，多種循環(huán)均能夠在進(jìn)給工作過程中實(shí)現(xiàn)，通過動(dòng)力頭和主軸箱的安裝能夠滿足各類零件的加工技術(shù)需求（包括加工孔，加工端面等）。

1?液壓滑臺PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

滑臺液壓控制系統(tǒng)需滿足快進(jìn)快退速率相當(dāng)?shù)目刂埔?，為確保運(yùn)動(dòng)速度一致，可通過液壓缸差動(dòng)連接實(shí)現(xiàn)快進(jìn)過程的工作方式;在快進(jìn)或工進(jìn)時(shí)，換接回路通過采用行程閥控制，有效解決速度相差較大導(dǎo)致速度換接時(shí)易產(chǎn)生液壓沖擊的問題。

本文在設(shè)計(jì)液壓滑臺PLC控制系統(tǒng)時(shí)，采用兩邊分別為平導(dǎo)軌和對稱菱形導(dǎo)軌的臥式液壓滑臺作為研究對象，由主缸和輔助缸組成，分別由兩個(gè)液壓系統(tǒng)對其進(jìn)行控制，由液壓閥控制各運(yùn)動(dòng)步，由三位五通閥及調(diào)速閥控制方向及速度，兩個(gè)行程開關(guān)則負(fù)責(zé)對位置定向進(jìn)行控制，由PLC的輸出口對液壓閥的電磁鐵帶/失電過程進(jìn)行控制，即以行程開關(guān)Ⅰ處為轉(zhuǎn)換點(diǎn)，主缸碰到Ⅰ前快進(jìn)，碰到Ⅰ后切換為共進(jìn)，此時(shí)輔助缸會(huì)為主缸提供方向相反的作用力;主缸在完成共進(jìn)位移時(shí)快退（此時(shí)輔助缸轉(zhuǎn)換為快進(jìn)），為做好下次循環(huán)的準(zhǔn)備在行程開關(guān)Ⅰ處完成準(zhǔn)確定位，這一過程中為使主缸快退速度大于輔助缸快進(jìn)速度（需根據(jù)實(shí)際情況），對輔助缸液壓系統(tǒng)的調(diào)速閥進(jìn)行事先調(diào)節(jié)，以避免輔助缸同主缸發(fā)生碰撞影響運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性;主缸接觸到開關(guān)Ⅱ時(shí)執(zhí)行下一次的循環(huán)[1]。

1.1?PLC的選擇

作為工業(yè)控制專業(yè)計(jì)算機(jī)，PLC具有準(zhǔn)確的定時(shí)、計(jì)數(shù)功能，操作簡便，能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯控制及在線監(jiān)控等功能，在滿足控制要求的基礎(chǔ)上，以動(dòng)力滑臺控制要求、實(shí)際I/O所需點(diǎn)數(shù)為依據(jù)，本文在設(shè)計(jì)液壓滑臺控制系統(tǒng)時(shí)選擇了型號為FX2N-32MR的PLC，其I/O的地址分配具體如表1所示。

1.2?PLC外部接線圖

輸入信號外接較少，輸入信號的電源采用PLC自帶的220V電源，輸出信號電源的確定通過選用電磁閥的型號完成，本文選用的電磁閥（24 V）能夠在輸出回路中實(shí)現(xiàn)直接接入，可通過將二極管吸收回路接在線圈兩端上，以避免電磁閥的輸出功率較大時(shí)對電流輸出回路所造成的沖擊，PLC外部接線情況如圖1所示[2]。

2?動(dòng)力滑臺液壓PLC控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法

本文在設(shè)計(jì)動(dòng)力滑臺液壓PLC控制系統(tǒng)時(shí)采用了主從機(jī)通訊模式，在確保功能的基礎(chǔ)上簡化了系統(tǒng)操作過程，有效避免了后續(xù)追加投資情況的發(fā)生，工控機(jī)同PLC在液壓滑臺上完成相互間的高效率通訊，使其更具有靈活性，結(jié)合使用Delphi 語言，將監(jiān)控和管理過程通過面向?qū)ο蟮木幊谭绞浇Y(jié)合在一起進(jìn)行，PLC 控制程序通過在Delphi開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行編寫，實(shí)現(xiàn)了友好的人機(jī)交互，通過強(qiáng)大且靈活的數(shù)據(jù)庫功能，顯著提高了控制系統(tǒng)的通用性和實(shí)用性。

2.1?系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

在Delphi 環(huán)境下，通過串行通訊口的應(yīng)用完成PLC同上位機(jī)間數(shù)據(jù)通信的構(gòu)建，具體通過通過Delphi完成數(shù)據(jù)指令從上位機(jī)向下位機(jī)PLC傳送過程，對液壓滑臺運(yùn)動(dòng)的控制則通過控制PLC的輸出口實(shí)現(xiàn)，滑臺上的壓力、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和位移數(shù)據(jù)由PLC 采集后，發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行顯示，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的簡圖如圖2所示[3]。

2.2?通信過程的實(shí)現(xiàn)

上位機(jī)與PLC間的串行通信簡圖如圖3所示。

在Delphi語言環(huán)境下需先通過通信控件Spcomm的引進(jìn)后編程實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行通信時(shí)采用RS-485串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)，在此過程中上位機(jī)會(huì)向PLC按照規(guī)定的時(shí)間發(fā)出命令（讀取數(shù)據(jù)），PLC據(jù)此作出相應(yīng)的響應(yīng)，將數(shù)據(jù)（存放于數(shù)據(jù)區(qū)）傳送至接收緩沖器，在此基礎(chǔ)上為臨時(shí)變量賦予數(shù)據(jù)信息處理后用于顯示，對PLC的自動(dòng)監(jiān)控通過編程實(shí)現(xiàn)，具體通過RS485/ RS232 接口轉(zhuǎn)換器的使用完成信息的轉(zhuǎn)換過程[3]。

標(biāo)準(zhǔn)Delphi編程環(huán)境中不含串行口通訊控件，本文所使用的SPCDMM是從專用網(wǎng)站上下載的專用串行通訊控件，根據(jù)實(shí)際需要配置適當(dāng)屬性，設(shè)計(jì)時(shí)的屬性配置的實(shí)現(xiàn)：串行口號的指定通過CommName完成;串行通訊波特率的確定通過BaudRate實(shí)現(xiàn)，字節(jié)位數(shù)的確定通過ByteSize完成，停止位位數(shù)的確定通過StopBite完成，校驗(yàn)方式的確定通過Parity完成，其它屬性采用默認(rèn)值;串行口的讀寫操作通過對相應(yīng)程序進(jìn)行編寫完成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)PLC同主機(jī)間的串行通訊過程[4]。

2.3?主機(jī)同PLC間通訊協(xié)議的確定

通過分別用于端口0和端口1的SMB30和 SMB31對PLC的通訊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，為了簡化通訊協(xié)議，通信數(shù)據(jù)只有結(jié)束字符，不包含起始字符，ASCⅡ碼為39，本文以`9'表示結(jié)束字符，例如上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信息為`19'（字符數(shù)為2），其中的`1' 和`9' 分別表示數(shù)據(jù)信息和結(jié)束字符，在以`9'作為結(jié)束字符時(shí)， 所有有用的數(shù)據(jù)信息中皆不使用字符`9';若向?qū)?shù)據(jù)信息`2'經(jīng)過下位機(jī)發(fā)送，則以`229'作為緩沖區(qū)值進(jìn)行發(fā)送，其首字節(jié)`2'代表字符數(shù)，`9' 依舊表示結(jié)束字符，使用特殊存儲器位對高速計(jì)數(shù)器參數(shù)進(jìn)行控制[4]。

2.4?PLC 程序的執(zhí)行過程

在首次掃描時(shí)PLC需先對端口及高速計(jì)數(shù)器執(zhí)行初始化子程序（initialize），在完成初始化的基礎(chǔ)上，端口通過RCV指令的啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)到接受狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，接收緩沖區(qū)VB110完成對RCV指令數(shù)據(jù)的保存，一旦接收到結(jié)束字符即進(jìn)行接收完成中斷，接下來通過中斷服務(wù)程序（Rcvcomplete）完成對接收完成中斷事件的處理，延時(shí)10ms后再完成數(shù)據(jù)譯碼，系統(tǒng)據(jù)此完成相應(yīng)子程序的分別調(diào)用，在此基礎(chǔ)上相應(yīng)操作的執(zhí)行過程，同時(shí)返回?cái)?shù)據(jù)信息。PLC在接收到指令后會(huì)發(fā)送對應(yīng)的反饋信，成功發(fā)送后即產(chǎn)生發(fā)送完成中斷，對發(fā)送完成中斷事件的處理則通過使用XMTcomplet中斷服務(wù)程序完成，包括允許RCV ，對指令結(jié)束字符（存放于接收緩沖區(qū)中）進(jìn)行字節(jié)清零處理，據(jù)此完成 PLC 程序執(zhí)行過程[5]。

3?PLC控制系統(tǒng)優(yōu)化

3.1?自動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)

本文所涉及到的自動(dòng)程序主要需完成循環(huán)運(yùn)動(dòng)（即由快進(jìn)→工進(jìn)→快退），具體通過使用PLC 的順序控制法完成，將一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)劃分為快進(jìn)步（由M 2.1表示）、工進(jìn)步、快退步（由M2.3表示），輔以一個(gè)初始步（由M2.0表示），通過M2.0、M 2.1分別對 Q1.1、Q1.3 以及Q1.5完成快進(jìn)控制，碰到行程開關(guān)（由I1.5表示）后轉(zhuǎn)換為工進(jìn)步（由M2.2表示），對Q1.1及Q1.5進(jìn)行控制，高速計(jì)數(shù)器同步開始計(jì)數(shù)，HSC3計(jì)數(shù)滿時(shí)M0.7進(jìn)入M2.3，對 Q1.2進(jìn)行控制，進(jìn)入另一個(gè)循環(huán)的標(biāo)志為快退碰到行程開關(guān)I1.7后，具體的順序控制功能在此過程中為將當(dāng)前狀態(tài)信息顯示在上位機(jī)上[5]，如圖4 所示。

3.2?PLC抑制電路

為使PLC控制系統(tǒng)的可靠性及安全性得到進(jìn)一步提升，需提高PLC接口的輸入、輸出的可靠性，具體可通過將續(xù)流二極管或阻容電路并聯(lián)在PLC 輸出端口，從而實(shí)現(xiàn)對電路斷開所導(dǎo)致的電弧產(chǎn)生的抑制，有效降低對PLC的影響，電阻取值范圍可在51 Ω～120 Ω間，電容取值范圍在0.1 pF～0.47 pF間，抑制電路如圖 5 所示[5]。

試驗(yàn)效果表明本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在確保功能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了操作過程的簡化，工控機(jī)同PLC在液壓滑臺上完成了相互間的高效率通訊，具有較高的靈活性和準(zhǔn)確性，結(jié)合使用Delphi 語言，將監(jiān)控和管理過程通過面向?qū)ο蟮木幊谭绞浇Y(jié)合在一起進(jìn)行，PLC 控制程序通過在Delphi開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行編寫，實(shí)現(xiàn)了友好的人機(jī)交互，通過強(qiáng)大且靈活的數(shù)據(jù)庫功能，顯著提高了控制系統(tǒng)的通用性和實(shí)用性。

4?總結(jié)

在對液壓動(dòng)力滑臺運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，本文主要對動(dòng)力滑臺液壓PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，完成了液壓滑臺自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 針對工控機(jī)與下位機(jī)的PLC 通過使用Spcomm控件在Delphi語言中實(shí)現(xiàn)串行通信編程（Windows 環(huán)境下），重點(diǎn)介紹了動(dòng)力滑臺液壓PLC控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)過程，提高了對液壓滑臺的常規(guī)運(yùn)動(dòng)的控制和監(jiān)測效率，使液壓滑臺控制的靈活度和自動(dòng)化程度得到進(jìn)一步提高，為動(dòng)力滑臺液壓PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

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（收稿日期： 2018.05.21）