動力滑臺液壓ＰＬＣ控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液壓技術(shù)在機(jī)械設(shè)備中發(fā)展較快，作為傳動方式的一種，液壓傳動以液壓技術(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，為液壓傳動提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐，使液壓傳動技術(shù)在工業(yè)范疇內(nèi)得以普及應(yīng)用，動力滑臺（由液壓缸驅(qū)動）是液壓傳動的通用構(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，多種循環(huán)均能夠在進(jìn)給工作過程中實(shí)現(xiàn)，通過動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螅瑸榇_保運(yùn)動速度一致，可通過液壓缸差動連接實(shí)現(xiàn)快進(jìn)過程的工作方式；在快進(jìn)或工進(jìn)時，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，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，分別由兩個液壓系統(tǒng)對其進(jìn)行控制，由液壓閥控制各運(yùn)動步，由三位五通閥及調(diào)速閥控制方向及速度，兩個行程開關(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)，此時輔助缸會為主缸提供方向相反的作用力；主缸在完成共進(jìn)位移時快退（此時輔助缸轉(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)動準(zhǔn)確性；主缸接觸到開關(guān)Ⅱ時執(zhí)行下一次的循環(huán)。
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、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。

表１　Ｉ／Ｏ地址分配表
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（２４Ｖ）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。

圖１　ＰＬＣ外部接線圖
２　動力滑臺液壓ＰＬＣ控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法
本文在設(shè)計(jì)動力滑臺液壓ＰＬＣ控制系統(tǒng)時采用了主從機(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。

圖２　系統(tǒng)框圖
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。

圖３　ＰＬＣ與上位機(jī)通信簡圖
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)行通信時采用ＲＳ－４８５串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)，在此過程中上位機(jī)會向ＰＬＣ按照規(guī)定的時間發(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)上為臨時變量賦予數(shù)據(jù)信息處理后用于顯示，對ＰＬＣ的自動監(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。
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。
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，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。
２．４　ＰＬＣ程序的執(zhí)行過程
在首次掃描時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，同時返回?cái)?shù)據(jù)信息。ＰＬＣ在接收到指令后會發(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。
３　ＰＬＣ控制系統(tǒng)優(yōu)化
３．１　自動程序的實(shí)現(xiàn)
本文所涉及到的自動程序主要需完成循環(huán)運(yùn)動（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，將一個運(yùn)動循環(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Ｍ０．７進(jìn)入Ｍ２．３，對Ｑ１．２進(jìn)行控制，進(jìn)入另一個循環(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，如圖４所示。

圖４　順序控制功能圖
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５１Ω～１２０Ω間，電容取值范圍在０．１ｐＦ～０．４７ｐＦ間，抑制電路如圖５所示。

圖５　抑制電路 
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)
在對液壓動力滑臺運(yùn)動特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，本文主要對動力滑臺液壓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)動的控制和監(jiān)測效率，使液壓滑臺控制的靈活度和自動化程度得到進(jìn)一步提高，為動力滑臺液壓ＰＬＣ控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。