PLC在六面顶金刚石压机中的应用.pdf

第l 4 卷第2 期 石家庄铁路职业技术学院学报 V O L ． 1 4 No 2 2 0 1 5 年 6月 J OU R N ALO F S H L I I A Z H UA NGI NS T I T U T EOFR A I L WA YT E C H NO L O G Y J u n ． 2 01 5 P L C在六面顶金刚石压机中的应用 秦志旗 中电投集团东方能源公司 河北石家庄0 5 0 0 4 1 摘要介绍六面顶金刚石压机的工作原理及利用可编程控制器 P L C完成整个设备机械、液 压系统工作控制的设计方法，着重讨论应用P L C的经验及体会。 关键词金刚石压机P L C 机电一体化 中国分类号 T P 2 3 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 3 ． 1 8 1 6 2 0 1 5 0 2 ． 0 0 1 8 0 4 随着 国内外基建行业技术水平的迅猛发展，市场对金粉锯片、砂轮、磨料等人造金刚石制品的 需求量越来越大。随之而来的是生产人造金刚石的设备走俏市场，其中，六面顶金刚石压机以其操 作简便、生产成本相对较低等优点 占据了市场较大份额。 人造金刚石是利用石墨可在高温 、高压的环境 中，在触媒的催化作用下 ，其 原子结构发生改 变，从而合成人造金刚石。六面顶金刚石压机是利用机械、液压装置从六个方 向给主机中心加压， 在主机中心硬质合金顶锤 的作用下使生产原料形成一个密封 的正方体超高压容腔，同时通过特殊 的电加热装置对腔体加热 ，腔体就可以产生合成人造金刚石所需的高温、高压条件 。整个设备的 工作过程需要电控系统与机械、液压系统相配合完成一系列工作。电控系统主要通过对 由大、小 柱塞泵和二十余个 电磁 阀组成的液压系统 以及电加热装置等 的控制来完成 自动、分段 、调整等不 同模 式下的工作。 1 压机电控系统的硬件设计 传统的金刚石压机 电控系统 由近三十个中间继 电器、时间继电器、接触器等不同型号规格的低 压电器组成逻辑控制线路，不仅故障率高且维修不便。当生产工艺进行调整 ，需要改变控制逻辑时 必须改变硬件接线 ，变动起来十分麻烦。目前，整个压机的机械、液压系统从原材料到零部件都 已 经有 了很大的改进，相比之下落后的电控系统已成为阻碍生产发展的 “ 瓶颈 ”问题 。使用 P L C代替 原来 的继电器控制系统是一种必然的选择 。 综合各项指标，我们选用 了日立公司 E系列的 E ． 6 4 HR型 P L C作为主控单元设计了压机新的电 控模式。 E ． 6 4 H R共有6 4个 I／ O口， 其中4 0个开关量输入口， 2 4 个输出口，内置式电擦除 E E P R O M 可以保证用户方便的完成程序和参数的修改和储存。P L C根据各输入口所接按钮、行程开关、电接 点压力表、接触器等电器的信号的状态以及用户编制的软件程序 自动控制各泵、电磁 阀以及加热装 收稿日期2 0 1 5 一 o 3 一 l 8 作者简介秦志旗 1 9 7 3 一 ，男，河北柏乡人，高级技师，研究方向电气设备及电气控制系统安装、调试、运行、 维护、检修和处理各类电气故障。 1 8 第 2期 秦志旗P L C在六面顶金刚石压机中的应用 置的动作完成整个生产过程 。详见 表 l E 6 4 HR I ／ O分配表 表 1 E 6 4 H RI ／ O分配 表 I NP UT oUT P UT I N0 0 l 启动按钮 I N0 0 2 停止按钮 I N0 0 3 限位开关 1 I N0 0 4 限位开关 2 I N0 0 5 限位开关 3 I N0 0 6 限位开关 4 1 N0 0 7压力传感器 l 1 N0 0 8压力传感器 2 I N0 0 9温度传感器 3 I N0 0 1 0液位传感器 Q1 0 0 电机 l Q1 0 1 电机 2 Q1 0 2 电磁阀 1 Q1 0 3 电磁阀2 Q1 o 4电磁 阀 3 Q1 0 5 电磁 阀 4 Q 1 0 6 电磁 阀 5 Q1 0 7 电磁阀6 Ql O 8 电磁 阀 7 Q1 0 9 电磁阀8 Q1 1 0 电磁阀 9 Ql 1 l 电磁阀 1 O Ql 1 2 电磁阀 l l Ql 1 3 电磁阀 1 2 Ql l 4电磁 阀 l 3 Q1 1 5 电磁 阀 l 4 Ql 1 6 电磁阀 l 5 Q1 1 7 电磁 阀 1 6 Q1 1 8 指示灯 l Q1 1 9 指示灯 2 Q1 2 0 指示灯 3 Q1 2 1 指示 灯 4 Q1 2 2 指示灯 5 Q1 2 3 指示 灯 6 2 P L C的软件设计 整个程序需按照液压动作图和工艺要求完成 以下动作启动工作按钮后 ，三个活塞缸在油压驱 动下前进 ，至预定位置后 由限位开关给出信号，三个缸依次停止暂停一定时间后六缸同时加压 ， 形成叶腊石密封仓；稍后 ，由增压器加压 ，到达一定压力时开始对密封仓通 电加热并开始加热计时， 同时继续升压至保压压力，开始保压并保压计时；其间如有压力泄露由小泵 自动补压 。加热和保压 时间到后，系统泄压，六缸回位完成一个工作循环 。详见 图 1 控制流程图及图 2部分梯形图 3 P L C设计及应用经验 3 ． 1硬件设计及应用经验 E ． 6 4 H R 型 P L C 的各输入口采用光电耦合方式，有效的防止了外部干扰的窜入。输入电压 DC 2 1 ． 6 ～2 6 ． 4 V、输入 电流 1 0 m A。在七年来数百台压机 的跟踪服务统计中， 没有发现 由于输入单元 自身故障出现误报，其线路工作可靠 。 E ． 6 4 H R型 P L C的各输 出口是继电器输出方式 ，继 电器线圈电压 D C 2 1 V- - 2 7 V、耗电 1 0 mA、 触点容量 2 A、平均寿命 2 O 万次以上，可直接驱动接触器线圈、电磁 阀线圈及指示灯等低功耗元件。 在对用户送回来的故障 P L C检修中，发现 7 0％以上的故障仍 出现在输 出单元， 一类是机 内压敏电阻 1 9 石家庄铁路职业技术学院学报 2 0 1 5 年第 2 期 烧穿，另一类是输出继 电器触 点烧毁。经现场考察及分析发现 ，部分乡镇企业电源质量较差。原设 计中输出口所需 AC 2 2 0 V 直接采用 电网任 意一相供 电，电源波动大，直接导致了上述 硬件故障。后改为采用加热装置中的交流稳 压电源兼向输 出口驱动电源供 电，有效的减 少 了该类故障的发生。 在 P L C的供电电源问题上，P L C采用 A C 2 2 0 V 直接供 电，其 内部 电源部分的稳 压、整流、滤波 电路设置是 比较完善的。但 设计 中仍需采用 隔离变压器对其供 电电源 进行隔离， 以保证工况恶劣 的场合下干扰不 由电源窜入， 提高系统可靠性，一般可采用 B K C ． 2 2 0 ／ 2 2 0 V 6 0 ． 1 0 0 V A 的隔离变压器 。 在 P L C控制系统的接地 问题上 ， 所有厂 家的 P L C均有一个专用接地端子 G ND ， 该端子是整机的屏蔽接地点，用户最好为其 单独设立接地极 接地电阻 1 0 0 Q，接地线 长度 2 0 m ， 并注意合理选择接地极的位置。 有些用户将其接 在 电器 设备 的外壳上甚至 接在零线上，这是十分错误的，不仅起不到 屏蔽作用反而成为事故引入点。河北新河某 厂错误 的将该接 地端子接 于避 雷系统接地 极上，雷雨时造成高压引入，造成整个车间 数台 P L C完全被烧毁。以上 问题 ， 尽管用户 手册 已强调，但仍有许多用户未引起注意， 造成不必要的损失。 目 前 流 行 的 六 面 项 压 机 均 有 大 图 1 控制流程图 1 1 K W 、小 1 ． S KW两个柱塞泵。小泵主要是为了完成 “ 保压 ”阶段的压力维持，避免大泵冲 击过大，造成压力波动过大，影响金刚石的生长质量。我们曾尝试，将大泵由变频器实现变频调速 ， 取消小泵，从系统的 “ 保压”效果、金刚石的生长情况 以及整个设备的电能消耗等几个方面来看 ， 结果都是令人满意的。虽由市场原因，该方案没能得以推广，但是将 P L C、变频器 、压力传感器、 温度传感器 以及超低频 电源技术结合起来，对 电控系统进行较大的改进是下一步技术发展的必然。 3 ． 2软件设计及应用经验 软件设计中，重点是对控制工艺流程要分析透彻。编程中使用 “ F U N0 3 ”指令按照程序步的思 想实现控制要求 。既把控制工艺流程分为相互独立的若干程序步，在启动下一个程序步时，将上一 个程序步复位。这样设计不仅防止了在不同阶段输出继电器的误动作、相互干扰以及 出现 P L C软件 编制中常犯的 “ 双线圈”错误 。并且，在由于需要修改工艺而必须调整动作顺序时，只需调整相应 “ F UN 0 3 ”的控制方式即可，给修改工艺带来了极大的方便 。尽管有些型号的 P L C 不具有类似的 2 0 第 2期 秦志旗P L C在六面顶金刚石压机中的应用 “ F U N0 3 ”功能，也可以的依据上述 思路进行开发。依据多年来在不同工况下对不 同厂家、型号的 P L C使用经验看，这一思路是比较成功的。 4 结语 图 2 部分梯形图 空程前进 充液 1 号电磁阀输 出继电器 3 号电磁阀输出继 电器 4 号电磁阀输出继电器 P L C替代原有继电器控制模式后显示出了巨大的优势，被生产厂家和用户所接受。9 3 “ 9 6 年间 该压机成为石家庄煤矿机械厂的主导产品之一，为该厂创造了巨大的经济效益。由压机用户进行的 统计表明使用继 电器进行控制的压机 ，由于电气故障造成的停产周平均 4小时，由此造成每台压 机年均经济损失八千元左右。采用 P L C控制的压机，其工作性能稳定且各 I ／ O指示简单、明了，大 大缩短了维修时间，电气故障造成的停产降至周平均 2 0分钟 ， 特别是修改工艺时仅需进行程序的调 整，省时、方便为用户创造了可观 的经济效益。许多老式压机的用户要求帮助他们用 P L C改造老压 机 ，体现 了 P L C在金刚石压机上的成功应用。 参考文献 【 l l t硕禾， 张福生． 六面顶金刚石压机控制系统初探[ C 1 ． 北方六省机电一体化年会论文集， 1 9 9 5 2 5 3 3 【 2 】 日立公司． 日立 E系列使用说明书， 1 9 9 3 【 3 】 石家庄煤矿机械厂． J Y - 6 8 0 0 P六面项金刚石压机使用说明书， 1 9 9 3 Ap p l i c a t i o n o f P LC i n t h e S i x To p Di a mo n d Pr e s s M a c h i n e Q Z h i q i S h ij i a z h u a n g Or i e n t a l R e s o u r c e s C o ． ， L t d o f C h i n a P o w e r I n v e s t me n t C o r p o r a t i o n S h i j i a z h u a n g H e b e i 0 5 0 0 4 1 C h i n a Ab s t r a c t T I l e wo r k i n g p r i n c i p l e o f t h e s i x t o p d i a mo n d p r e s s ma c h i n e a n d t h e d e s i g n me t h o d o f u s i n g P L C t o c o n t r o l t h e ma c h i n e a n d h y d r a u l i c s y s t e m a r e i n t r o d u c e d a n d t h e a p p l i c a t i o n e x p e r i e n c e o f P L C i s a l s o d i s c u s s e d ． Ke y wo r d s d i a mo n d p r e s s ma c h i n e P L C me c h a n i c a l 2】