PLC在液压拉深垫泵站控制中的应用.pdf

第5期 总第 1 6 8期 2 0 1 1 年 1 0月 机 械 工 程 与 自 动 化 ME CHANI CAI E NGI NE E 砌 NG ＆ AUT OMAT【 ON No ． 5 0c t ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 1 1 0 0 1 2 3 0 2 P L C在液压拉深垫泵站控制 中的应用 王 莹 莹 ，程珩 太原理2 1 2 大学 机械电子工程研究所，山西太原0 3 0 0 2 4 摘要采用 s 7 4 0 0系列P L C实现 了对液压拉深垫泵站电机 的控制，由于系统泵站所用电机功率都比较大， 设计中采用了星／ 角转换的启动方式。根据系统控制要求编写了P L C程序，给出了详细的流程图，实现了泵 站电机的星／ 角启动和安全连锁控制，保证了电机的安全运行和系统的正常工作。 关键词 P L C ；液压拉深垫 ；控 制系统 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 A 0 引言 目前 ，多工位压力机在进行工件拉深时通常配备 有液压拉深垫 ，液压拉深垫主要 由液压缸、伺服阀、 蓄能器和液压泵站组成。系统工作时 ，压力机上的凹 模与液压垫上的凸模接触时 ，液压缸的油液经伺服阀 节流回油箱 ，控制器通过控制伺服阀的开 口大小来控 制液压缸内的压力 ，从而控制压边力的大小。 1 液压拉深垫泵站组成及功能 液压拉深垫 的控制 系统 由 MA C 8多轴控制器 和 P L C控制器两部分组成。MA C 8控制器负责液压垫上 升和下降过程中压力和位置的闭环控制 ，P L C控制器 负责液压泵站电机的启动和辅助设备 的控制 ，两者协 调工作 ，共同完成工件的拉深过程。液压泵站有主油 泵 、控制油泵和循环冷却泵 3种。主油泵提供液压垫 液压缸上升过程中需要的油量 ，本 系统中共有 6 个 主 油泵 ，每个主泵供油量相同，工作 时开启主油泵 的数 量根据系统运行特性来确定 ；控制油泵为伺服阀提供 先导油液 ，作为伺服阀调节的动力源 ，配合 M AC 8的 模拟量信号的大小来控制伺服阀的开 口大小 ，实现对 液压缸的力和位移的控制；2个循环冷却泵 的作用是 使液压油温保持在 3 0 c I 一 5 5℃之间。 2 C P U选择及 I ／ o地址分配 根据系统控制需求以及对其扩展功能的考虑 ，本 文采用 s 7 4 1 62 D P作为系统 的中央控制器 ，根据 系统需要 I ／ O点数 ，选用 1 块 6 S E 7 4 2 1型 3 2点数字 量信号输入模块和 3 块6 S E 7 4 2 2型 1 6点继电器输出 模块。数字量输入、输出模块的地址分配分别见表 1 和表 2 。 3 P L C程 序设 计 3 ． 1 主油泵控制程序设计 主油泵电机的控制流程图如 图 1 所示。 表 1 数字量输入模块 的地址分配表 序号 地址 输人点名称 输入点代号 1 I 1 0 0 ． 0 油温低禁止启泵 T S a l 5 4 I 1 0 0 ． 3 油温过高 d 6 5 5 I 1 o o ． 4 开始冷却 T S c 5 0 6 I 1 0 0 ． 5 停止冷却 T S e 4 5 7 I 1 0 0 ． 6 油箱高油位报警 F H 3 8 I 1 O O ． 7 油箱低油位报警 F H 2 9 I 1 0 1 ． 0 低油位停泵 F H1 l O I 1 0 1 ． 1 低温报警 I ’ S l 1 1 I 1 0 1 ． 2 高温报警 T S 2 1 2 、 1 3 1 1 0 4 ． 5 、 1 1 04． 6 水冷 回路检测限位 1 、 2 L S 0 1 、 L S 0 2 1 41 9 I 1 2 4 ． 3～1 1 2 5 ． 0 1 } f ～ 6 电机热过载 F Rl 8 1 ～F R 1 8 6 表 2 数字量输出模块的地址分配表 序 号 地址 输 出点名称 输 出点代 号 1～ 6 Q1 0 0 ． 0～Q1 0 0 ． 5 1 ～6 主泵调压控制 阀 UE V 0 1 ～U EV o 6 7 Q1 0 1 ． 1 控制泵调压控制阀 U E V l O 8 、 9 Q1 0 1 ． 3 、 Q1 0 1 ． 4 1 、 2 } } 水循环冷却 阀 WE V 0 1 、 WE V 0 2 1 0 Q 1 0 1 ． 5 1 主调压控制阀 U E V O 1 1 1 ～l 6 Q1 2 0 ． 0～Q1 2 0 ． 5 1 ～ 6 主泵电机正转接触器 KA 7 0 1 7～2 2 Q1 2 0 ． 6～Qi E 1 ． 3 1 ～ 6 主泵电机 星接触器 K A 7 l 2 3～2 8 Q1 2 1 ． 3～Q1 2 4 ． 0 1 ～ 6 主泵电机角接触器 l A 7 2 2 9 Q 1 2 5 ． 5 控制泵 接触器 K A1 0 6 3 O Q 1 2 5 ． 6 泵站加热接触器 K A1 0 7 3 1 、 3 2 Q1 2 8 ． 0 、 Q1 2 8 ． 1 1 、 2 冷却电机正转接触器 K A1 0 0 、 K A1 0 1 3 3 、 3 4 Q 1 2 8 ． 2 、 Q a 2 8 ． 3 1 、 2 冷却电机星接触器 K A 1 0 2 、 K A 1 0 3 3 5 、 3 6 Q1 2 8 ． 4、 Q 1 2 8 ． 5 1 、 2 } I冷却 电机角接触器 K A1 04 、 K A1 0 5 主油泵电机启动条件为电机热过载保护继电器 正常 ；油温在系统正常运行范围内；控制油泵和水循 收稿 日期 2 0 1 1 04 1 2；修 回 日期 2 0 1 1 ． 0 5 2 0 作者简介 王莹莹 1 9 8 4 一 ， 女 ， 山西临汾人 ， 在读硕 士研究生 ， 研究方向 机电系统 与生产过程 自动控制 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 4 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 1 1年第 5期 环冷却回路电机运行正常。启动条件满足后，在人机 界面选择主油泵电机启动 ，电机的正转接触器和星型 接触吸合 ，电机星型方式启 动 ，运行 3 5 s后星型接 触器断开，同时角型接触器吸合 ，电机自动切换到角 型运行 ，电机正常运行 ，同时在人机界面上显示运行 指示。在主油泵 电机正常运行后 ，等待 5 s 再让控制 调压阀得电，避免电机在启动运行不稳定时给系统供 油而对 系统造成 冲击 。 开始 液压垫选择使 用 二二]二二 泵电机选择使用 蓑 过 护 故障I＼Y／ N ．机启动 故障 1 、 ， T N ／／水冷循环 运行正常 上＼ 故 障I ＼ ．／ 停机 l Y L 控制泵 ＼N 运 行 正 常 ／ ／ _ 1 ／ Y l l 停 机 启动条件满足 主泵电机运行 主泵调压 阀打开 图 1 主油泵 电机 的控 制流 程图 3 ． 2 控制油泵程序设计 控制油泵电机 的启动流程图如图 2所示 ，系统控 制油泵 电机为 3 0 k W，采用直接启动的控制方式。 控制油泵电机的启动条件为水循环冷却回路运 行正常，保证系统处于实时温度调控状态下；油箱油 温处于 l 5℃ 一 6 5℃；电机过载保护的热过载继电器 工作正常。启动条件满足后 ，选择启动按钮 ，电机接 触器吸合直到电机正 常运行 ；待 电机启动运行 1 0 s 后， 再接通控制泵调压阀电信号为液压拉深垫系统提 供控制油 ，防止电机在启动时运行不稳定而对系统造 成冲击。 3 ． 3 循环冷却泵控制程序设计 循环冷却泵电机的启动流程图如图3 所示。本系 统中，两个水循环冷却电机功率为 5 5 k W，使用星／ 角转换启动， 需要用到 3个接触器①正转接触器， 起主控制作用，接电机的进线电源；②星型接触器， 用于电机的星型启动；③角型接触器，用于电机的正 常运行状态。 循环冷却泵电机 的启动条件如下 在每个 电机的 控制接触器上都有热过载继电器 ，防止过压或过流等 意外情况发生时对 电机造成损害，保证电机的安全运 行 ；油箱液压 油油量 充足；水循环 冷却 回路运 行正 常 ，油箱温度达到 1 5 c I 。在选择 电机启动后 ，正转 接触器和星型接触器吸合 ，运行 3 5 s 之后 ，星型接 触器断开 ，同时角型接触器吸合 ，此时 自动切换 到角 型状态运行 ，并在触摸屏上指示运行状态 ，当状态变 为常亮时表示电机启动完成。 图 2 控制油泵电机的启动流程图 液压垫选择使用 水 冷电机选择使用 护 桑站低油、 ＼＼ N 检测／ ／ I I Y I ● 条件满 足 I 水冷 电机 运行 N 故 障 停机 图3 循环冷却泵电机的启动控制流程图 下转第 1 2 7页 换常／ 转正／ 俑动 ／ 卜 ． 引 星启＼ 换督 一 转正 ／ 俑动 ● 星启 ＼ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1年第 5期 机 械 工 程 与 自 动 化 1 2 7 1 2 化简为 e 3。 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 3 由三角函数知识可得 其 中 a r c t a n 。所以 ， a rc sin 寿 一 JB 。 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 14 3 ． 3 0 4的求解 对式 7 、 式 9 变形得 c 弭 c ， 。 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 5 P 一 s 3 4 s 3。 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 6 将式 1 5 、 式 1 6 平方相加 ，并消去 0 可得 P ‘ p 一 H1 一 2 H4 c 4 o 经 整理 得 P p 一 H 1 ‘ p 一 一 曙一 2H3 H4 所以 0 4 a r c c o s 2 ‘ 一 ‘ 一 一 一 2 日 4 。 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 7 至此，机器人各关节的值都 已求出。 4 结束语 本文对所设计的移动喷漆机械手进行 了 DH建 系及运动学分析 ，推导出了正运动学方程并用解析法 进行 了计算验证。然后推导了逆运动学方程 ，并求解 出各关节变量，为实际应用打下了基础 。 参考文献 [ 1 ] 蔡 自兴 ．机器人学[ M] ． 北京 清华大学出版社， 2 0 0 0 ． [ 2 ] 吴振彪， 王正家 ．工业机器人[ M] ． 第 2版 ．武汉 华中 科技大学出版社， 2 0 0 6 ． [ 3 ] 柳洪义， 宋伟刚 ．机器人技术基础[ M] ． 北京 冶金工业 出版社 ， 2 0 0 2 ． Ki n e ma t i c s An a l y s i s o f M o b i l e Pa i n t i n g Ro b o t Ba s e d o n D． H Co o r d i n a t e M e t h o d L] NG An - y a n g ．W ANG La n me i 1 ． S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，S h a n d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，Z i b o 2 5 5 0 4 9 ，C h i n a ；2 ． C o l l e g e o f A c u l t u r e a n d F o o d E n gin e e ri n g ，S h a n d o n g U n i v e r s i t y o f T ech n o l o g y ，Z i b o 2 5 5 049， C h i n a Ab s t r a c t 1 1 l i s p a p e r e s t a b h s h e s D H r e f e r e n c e f r a me f o r mo b i l e p a i n t i n g r o b o t ，o b t a i n s f o r wa r d k i n e ma ti c s o f t h e rob o t ，a n d v e ri fi e s i t b y t h e a n a l y t i c a l me t h o d ．Ac c o r d i n g t o t h e l o c a ti o n of t h e e n d e ff e c t o r and t h e t r a n s f o r ma t i o n ma t ri x e s o f t h e l i n k s ， i n v e r s e k i n e ma t i c s i s o b t a i n e d ． Ke y wo r d s D- H ref e r e n c e f r am e ；s p r a y p a i n ti n g rob o t ；k i n e ma ti c s an aly s i s ；i n v e rse k i n e ma t i c s 上接第 1 2 4页 4 结束语 经过生产实践的检验 ， 该液压拉深垫泵站控制 系 统的软件和硬件设计完全符合生产要求 。在生产过程 中， 系统控制软件配合硬件顺 利地实现 了对泵站各液 压泵 的控制 ， 保证了液压拉深垫的安全可靠运行。 参考文献 [ 1 ] 廖常初 ． P L C编程及其应用 [ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 0 5 ． [ 2 ] 王永华 ， 王东云， 宋寅卯 ， 等 ． 现代电器及可编程控制技 术[ M] ． 北京 北京航空航天大学出版社 ， 2 0 o 2 ． Ap p l i c a t i o n o f PLC i n Hy d r a u l i c Dr a wi n g De v i c e Co n t r o l W ANG Yi n g - y i n g，CHENG Ha n g I n s t i t u t e o f Me c h a t r o n i c E n gin e e ri n g ，T a i y u a n U n i v e rs i t y o f T e c h n o l o g y ， T a i y u a n 0 3 0 0 2 4， C h i n a Ab s t r a c t T h e p a p e r r e a l i z e d p u mp mo t o r c o n t r o l o f h y d r a u l i c d r a w i n g d e v i c e wi t h s 7 4 0 0 P L C．Be c a u s e t h e p o w e r o f mo t o rs i s l a r g e r ．t h e d e s i g n a d o p t e d s t a r d e l t a c o n v e r s i o n s t a r t u p ma n n e r ．Th e P I E p r o g r am an d t h e d e t ail e d fl o w c h a r t s w e r e d e s i gne d a c c o rdi n g t o t h e s y s t e m c o n t rol req u i r e me n t ．At l a s t ， t h e p u mp mo t o r s t a r d e l t a s t a r t i n g and s a f e t y c h ain c o n t r o l w e r e r e ali z e d，and the s a f e o p e r a t i o n o f mo t o r a n d t h e n o rm al w o r k o f h y d r a u l i c s y s t e m we r e e n s u r e d． Ke y wo r d s P L C；h y d r a u l i c d r a wi n g d e v i c e ；c o n t r o l s y s t e m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m