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1、机床电器 2000 No. 2计算机 PLC 应用PLC 在低空间落锤式液压自动打桩机上的应用湛江海洋大学工程学院 罗忠辉 张世亮摘要 本文介绍了一种新型的低空间落锤式液压自动打桩机的液压系统工作原理, 设计了 PLC 控制该系统 的硬件及软件。一、引言低空间落锤式液压自动打桩机是一种新型建筑 施工机械, 它的突出特点是能在低空间条件下完成 打桩任务。因此该打桩机较好地解决了在旧房加 高、建筑物纠偏、建筑物地基加固等低空间打桩问 题。可编程控制器( PLC) 是专为工业环境下应用而 设计的工业计算机, 其体积小巧、工作可靠、功能丰 富, 能够完成各种逻辑运算、顺序控制、定时、计数、 步控以及在
2、线监控等功能。因此, 液压自动打桩机可采用PLC 控制。二、低空间落锤式液压自动打桩机的液压系统简介打桩机的组成及工作原理详见文献 1 。本文只 引用液压系统原理图, 如图 1 所示。该图中, 液压缸 10 是夹紧油缸, 其作用是把打桩机夹紧在支承导轨 上, 压力继电器 9 起完全保护作用, 保证只有在打桩 机被夹紧的情况下, 打桩机才能正常工作。液压缸 11 控制重锤的升/ 降。重锤的工作行程由装在滑架 上的行程开关 XK1、XK2 调节。液压缸 14 控制滑架 的升/ 降。电磁溢流阀 16 可使液压系统在不工作的 间歇处于卸荷状态, 以减少液压系统的功率损失。图1 打桩机液压系统原理图根据
3、此液压系统的组成及打桩机的工作要求, 自动打桩机的动作循环表如表 1 所示。表 1液压系统动作循环表动作/ 状态1YT2YT3YT4YT5YT6YT7YTYJ整机夹紧-+-+点动调整+ - +-+-+滑架上升-+-+-+滑架下降-+-+滑架浮动-+ -+提锤+-+-+挂钩下落-+-+-+挂钩挂锤-+-+落锤-+-+-+整机停止-注:! + 表示通电,! - 表示断电;7YT 表示控制挂钩松开/ 夹紧的电磁铁三、PLC 控制系统的设计1 硬件设计由于打桩机的工作环境是建筑施工现场, 灰尘、 湿度大, 如用传统的触点式继电器控制, 其体积庞 大, 搬运不便, 且触点容易损坏。为此选用目前广泛 使用
4、的F1 系列PLC 控制器。根据控制对象的输入/ 输出点数, 选用F1 # 20MR, 其 I/O 分配如下。输入点:输出点:夹紧按钮: X400 夹紧电磁铁 1YT: Y430 松开按钮: X401 提锤电磁铁 2YT: Y431 提锤按钮: X402 落锤电磁铁 3YT: Y432 落锤按钮: X403 滑架升电磁铁 4YT: Y433 滑架上升: X404 滑架降电磁铁 5YT: Y434 滑架下降: X405 卸荷电磁铁 6YT: Y435 油泵起动: X406 挂锤电磁铁 7YT: Y436 油泵停止: X407 泵起动接触器 KM: Y437 行程开关XK1: X410#18#计算
5、机 PLC 应用机床电器 2000 No. 2行程开关 XK2: X411压力继电器 YJ: X412自动/ 点动转换: X413PLC 外部接线图如图 2 所示。图 2 PLC 外部接线图2软件设计本打桩机要实现的功能如下: 夹紧油缸的夹紧与松开; 滑架的上升与下降; 重锤的点动调整与自动打桩; 各液压缸的正、反向运动互锁, 并有延时环 节; 重锤运动与滑架运动互锁, 各电磁阀与油泵 电机设置联锁;当重锤或滑架不工作间歇超过规定的时间便自动卸荷。根据此功能要求, 控制程序主要由以下几个环 节组成。( 1) 滑架的上升与下降环节 只有在油泵电机起动及压力继电器( YJ) 动作后, 滑架才能上升
6、或下降。由于滑架只在接桩情况 下才会动作, 属于短时工作制, 故可采用点动操纵。 控制梯形图如图 3 所示。( 2) 重锤的点动调整及自动打桩环节 此功能环节为本控制程序的核心内容, 其梯形图如图4 所示。在此梯形图中, X413是自动/ 点动转换开关,图 3 滑架上升/ 下降梯形图图 4 重锤点动及自动打桩梯形图X410、X411 分别是重锤工作行程的上、下限位开关,X402、X403 分别是重锤上升、下落按钮。挂锤用电 磁铁( Y436) 的通/ 断与行程开关的通/ 断是瞬时对应 关系, 而与控制重锤上升/ 下降的电磁铁的通断有延 时环节。这是因为当挂钩挂上重锤且向上运动碰到 行程开关 X
7、K1 时, 挂锤电磁铁立即通电, 挂钩松开 重锤, 此时重锤的运动是上抛运动, 即重锤还要上 升, 上升时间 t0= V0/ g, 高度 h0= V02/ 2g。因此挂锤 电磁铁通电松开之际, 不宜立即起动控制挂钩下降 的电磁铁, 而要有一定的延时时间, t延= 2V0/g。由 于重锤的下落是准自由落体运动, 其速度大于液压 缸控制挂钩向下的运动速度, 所以当挂钩碰到 XK2 时, 重锤已完成了打桩运动, 并停留在桩帽上。但考 虑到液压电磁阀换向的机械惯性, 也设置了较短的 延时环节 2 , 确保系统工作的可靠性。( 3) 卸荷环节 当控制重锤及滑架运动的液压缸不工作间歇超过规定的时间, 液压
8、系统自动实现卸荷功能。其梯 形图如图 5 所示, 它是由计时器与计数器配合实现 计时功能, 工作间歇时间可任意设定(X= 1, 2, 3, %#19#机床电器 2000 No. 2计算机 PLC 应用PLC 编程中定时器串级使用定时值的精确计时汉中八一三厂 王 成PLC 计时、计数指令的串级使用, 能够扩展定时 器的定时范围, 在工业生产及科研实验中需要定时、 延时时经常用到。对于一般不太精确的定时或延 时, 可以不考虑 PLC 的扫描周期( CE - I 系列为 0 02s) , 但对于一些要求比较高的实验或生产工艺 中的定时就不得不考虑。下面仅以 CE # I 系列 PLC 中关于定时器精
9、确计时的问题举例说明。在 CE # I 中, 每个计时器的最大预置值为 999 9s, 每个计数器的最大预置值为 9999。如果需 要的预置值超过最大预置值, 可以通过几个计时器 与计数器的串级联接来扩展预置值的范围。例如: 有一台电机要求 30 分钟后启动, 因为 30 & 60= 1800s, 大于最大预置值, 可用计时器与计数 器的串级联接来实现, 如图 1 所示。T613 是一个预置值为 2s 的自复位计时器, 接点 一接通, T613 每 2s 接通一次, 每次接通时间为一 个扫描周期, 计数器 C614 对这一时钟脉冲进行计 数, 计到 900( 即 900 & 2= 1800s)
10、 时, 计数器动作, 其常开接点接通输出继电器 21, 驱动电机启动。 但是, 若要精确计时, 便应考虑计时器T613 每图 1次接通时要用一个扫描周期( 0 02s) 的时间, 那么计 数器 C614 对脉冲信号计数 900 次将有 900 & 0 02= 18s 的时间未计, 也就是说精确的计时应是 900 & 2 + 900 & 0 02= 1818s, 比原来设定的时间多 18s, 这对 有的设备和工艺要求可能不会造成事故, 但若是对 于要求精度高、工艺比较复杂的数控机床, 可能造成 动作紊乱, 工件加工报废的后果, 要精确计时, 就应 考虑扫描周期, 可以把计数器的设定值设为 X,
11、那么 刚才的定时 30 分钟计算如下: 2X+ 0 02X= 1800, 解 得 X (891。可得 891 & 2 + 891 & 0 02= 1799 82s, 误差为0 18s, 比原来误差小得多, 能够满足要求。分) 。积小、重量轻、搬运方便, 能在恶劣的建筑施工环境中可靠工作, 性能价格比较高。2 采用 PLC 控制, 电器控制部分设计、制作周期非常短, 通过改变程序, 即可改变各种工作循环状态, 使用非常方便、灵活。3 采用 PLC 的内部计时器和计数器, 可方便控制延时时间的长短及精度, 这与触点式时间继电器相比, 具有无可比拟的优越性。图 5 液压系统卸荷梯形图参考文献四、结论1张世亮, 罗忠辉 低空间落锤式液压自动打桩机的研究机床与液压, 1999 年第 3 期1低空间落锤式液压自动打桩机采用 F1 #2罗忠辉 PLC 计时器在机床电器控制中的应用 机床电20MR 可编程控制器进行控制, 其突出的特点是: 体器, 1997 年第 3 期#20 #
