陶瓷粉料液壓成型機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

李青虹， 吳 龍， 晉芳偉

（三明學(xué)院物理與機(jī)電工程系，福建三明 365000）

0 引 言

陶瓷粉料干壓液壓成型機(jī)主要用于壓制墻瓷磚、地瓷磚、馬賽克等建材產(chǎn)品，其產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于住房、市政和工業(yè)等各種建筑，是當(dāng)今建筑施工中必不可少的主要裝飾建筑材料之一。現(xiàn)代陶瓷壓磚機(jī)普遍采用液壓傳動(dòng)，隨著科技的發(fā)展，更換產(chǎn)品的迅速，以往的摩擦式和摩擦加液壓式壓磚機(jī)已被淘汰，這是因?yàn)橐簤菏綁捍u機(jī)有著顯著的優(yōu)點(diǎn)，在性能上更能滿足陶瓷、墻地磚成型的要求。

1 采用PLC控制的優(yōu)越性

在現(xiàn)代液壓系統(tǒng)內(nèi)部往往集成著很多復(fù)雜的閥組、壓力開關(guān)、接近開關(guān)等。這些控制開關(guān)互相之間的連鎖都十分復(fù)雜。因此，若用常規(guī)的接觸器控制方法，會(huì)造成很大的電路體積，接線也過于復(fù)雜，不利于以后的檢修[1]，也不利于系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。

繼電器的控制是采用硬件接線實(shí)現(xiàn)的，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制[2]。PLC采用軟元件進(jìn)行控制，程序可方便修改，控制速度更快、可靠性更高，不僅可完成邏輯控制，更可進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算、通訊等。PLC電氣控制系統(tǒng)和液壓調(diào)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)快速換模等多種裝置設(shè)施，具有自動(dòng)化程度較高，更新?lián)Q代靈活的特點(diǎn)，所以在生產(chǎn)應(yīng)用上，即使所壓制的產(chǎn)品批量小、規(guī)格特殊，液壓機(jī)依然能體現(xiàn)出效率高、經(jīng)濟(jì)效益好的特點(diǎn)。

在現(xiàn)代陶瓷的生產(chǎn)方面，液壓系統(tǒng)的控制已經(jīng)漸漸地由傳統(tǒng)的繼電器控制方式改用PLC的控制方式所代替。這是因?yàn)镻LC的控制系統(tǒng)具有常規(guī)繼電器控制系統(tǒng)無法比擬的性能[3]。

2 陶瓷粉料液壓成型機(jī)的動(dòng)作控制過程分析

陶瓷粉料液壓成型機(jī)的液壓系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 陶瓷粉料液壓成型機(jī)的液壓系統(tǒng)圖

陶瓷的磚坯是靠液壓機(jī)帶動(dòng)的上下模具壓合壓制出來的。在陶瓷液壓機(jī)上，將陶瓷的上下模具分別緊鎖在活塞的推桿上，通過上下模具的壓合將陶瓷的粉料壓制成型。具體生產(chǎn)過程如下:首先陶瓷的下模先升起產(chǎn)生模腔，再靠送料活塞缸的抖動(dòng)將粉料加到模腔內(nèi)，加料完畢后，隨著上模具向下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的壓力將粉料壓實(shí)成型。成型后上下模具返回初始位置，靠另一活塞桿將成型的磚胚推出。推出產(chǎn)品后，推出活塞桿收回，進(jìn)入下一工作循環(huán)。

陶瓷粉料干壓液壓成型機(jī)壓制瓷磚一次（一個(gè)工作循環(huán)）大概要經(jīng)歷10個(gè)階段，即:電機(jī)啟動(dòng)→推出壓制品→推出桿縮回→下模上升→送料→上?？煜隆邏罕骸秹骸夏Ｉ仙履Ｏ陆?，具體如圖2所示。

圖2 陶瓷粉料液壓成型機(jī)的動(dòng)作流程圖

具體控制過程如下:按下啟動(dòng)按鈕SB8→7YA通電→推出桿推出→推出桿壓下行程開關(guān)SQ7→7YA斷電，YV4停在中位，輸出推出桿停止;同時(shí)，8YA通電→YV4右位接通→推出桿縮回→推出桿縮回到位后壓下行程開關(guān)SQ8→8YA斷電，YV4停在中位，輸出推出桿縮回到位;同時(shí)，1YA通電→YV1左位接通→下模上升→下模上升到位后壓下行程開關(guān)SQ1→1YA斷電，YV1停在中位，輸出下模停止動(dòng)作（形成模腔）;接著6YA通電→YV3右位接通→加料活塞桿向左運(yùn)動(dòng)→加料活塞桿壓下行程開關(guān)SQ3→6YA斷電 YV3停在中位;同時(shí)，5YA通電→YV3左位接通→加料桿向右運(yùn)動(dòng)→加料桿向右運(yùn)動(dòng)到位，壓下SQ4時(shí)→5YA通電、YV3左位接通;同時(shí)，6YA通電（抖動(dòng)加料過程循環(huán)）→位置傳感器響應(yīng)→粉料已加到位，令5YA，6YA都斷電，抖動(dòng)加料停止;同時(shí)，3YA通電→YV2左位接通→上?？煜隆鷫毫ι?，壓力繼電器動(dòng)作→保壓→保壓1S后→3YA斷電，YV1，YV2中位卸荷，卸壓→卸壓1S后→4YA通電→YV2右位接通→上?？焐夏？焐轿粔汉髩合耂Q5→4YA斷電，YV2停在中位，上模停止動(dòng)作;同時(shí)，2YA通電→YV1右位接通→下模下降→下模下降到位后壓下SQ2→2YA斷電，YV1停在中位，下模停止動(dòng)作;同時(shí)，7YA通電，返回到第一步，準(zhǔn)備下一個(gè)工作循環(huán)。

3 陶瓷粉料液壓成型機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 PLC主機(jī)的選擇

由上述分析可知，兩個(gè)電動(dòng)機(jī)主要是由KM1，KM2兩個(gè)交流接觸器控制，油路主要由8個(gè)電磁鐵即1YA～8YA控制，所以PLC主要是控制好8個(gè)電磁鐵工作。根據(jù)陶瓷粉料液壓成型機(jī)所用的輸入輸出點(diǎn)數(shù)及考慮將來使用的擴(kuò)展性，選用三菱FX2N-64MR型可編程控制器。

3.2 PLC輸入/輸出地址的分配

PLC控制系統(tǒng)的輸入/輸出接線如圖3所示。

圖3 陶瓷粉料液壓成型機(jī)PLC的外圍接線原理圖

根據(jù)對(duì)陶瓷粉料液壓成型機(jī)控制電路的分析，PLC控制系統(tǒng)的輸入/輸出地址分配見表1。

表1 陶瓷粉料液壓成型機(jī)控制系統(tǒng)I/O端口分配表

3.3 PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)陶瓷粉料液壓成型機(jī)工作過程的分析，采用順序控制設(shè)計(jì)法[4]設(shè)計(jì)出PLC的順序功能圖（SFC），如圖4所示。

根據(jù)圖4的順序功能圖，應(yīng)用三菱公司專門為順序控制設(shè)計(jì)法提供的ST L指令和編程元件S[5]，即得到與其對(duì)應(yīng)的梯形圖，如圖5所示。

由于使用了專用指令，該程序具有使用、調(diào)試方便，容易掌握，程序緊湊、簡單明了等優(yōu)點(diǎn)[6]。

4 結(jié) 語

PLC控制技術(shù)具有控制更準(zhǔn)確、加工精度更高、故障率更低的特點(diǎn)[7]，對(duì)提高生產(chǎn)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度有很大的促進(jìn)作用，在機(jī)械加工及電氣控制自動(dòng)化領(lǐng)域被廣泛采用。

基于PLC的陶瓷粉料液壓成型機(jī)電氣控制系統(tǒng)選用三菱FX2N-64MR型可編程控制器，使用三菱PLC的步進(jìn)控制專用指令 STL進(jìn)行編程[8]，對(duì)液壓成型機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，系統(tǒng)可靠性高、性能穩(wěn)定、操作方便，提高了生產(chǎn)效率。

圖4 陶瓷粉料液壓成型機(jī)控制系統(tǒng)的順序功能圖（SFC）

圖5 陶瓷粉料液壓成型機(jī)控制系統(tǒng)梯形圖

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