PLC在低空間落錘式液壓自動打樁機上的應(yīng)用

在低空間落錘式液壓自動打樁機上的應(yīng)用湛江海洋大學(xué)工程學(xué)院羅忠輝張世亮〔摘要〕本文介紹了一種新型的低空間落錘式液壓自動打樁機的液壓系統(tǒng)工作原理，設(shè)計了PLC控制該系統(tǒng)的硬件及軟件。

　　一、引言低空間落錘式液壓自動打樁機是一種新型建筑施工機械，它的突出特點是能在低空間條件下完成打樁任務(wù)。因此該打樁機較好地解決了在舊房加高、建筑物糾偏、建筑物地基加固等低空間打樁問題?？删幊炭刂破鳎≒LC）是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)計算機，其體積小巧、工作可靠、功能豐富，能夠完成各種邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)、步控以及在線監(jiān)控等功能。因此，液壓自動打樁機可采用PLC控制。

　　二、低空間落錘式液壓自動打樁機的液壓系統(tǒng)簡介打樁機的組成及工作原理詳見文獻〔1〕。本文只引用液壓系統(tǒng)原理圖，如圖1所示。該圖中，液壓缸10是夾緊油缸，其作用是把打樁機夾緊在支承導(dǎo)軌上，壓力繼電器9起完全保護作用，保證只有在打樁機被夾緊的情況下，打樁機才能正常工作。液壓缸11控制重錘的升/降。重錘的工作行程由裝在滑架上的行程開關(guān)XK1、XK2調(diào)節(jié)。液壓缸14控制滑架的升/降。電磁溢流閥16可使液壓系統(tǒng)在不工作的間歇處于卸荷狀態(tài)，以減少液壓系統(tǒng)的功率損失。

　　根據(jù)此液壓系統(tǒng)的組成及打樁機的工作要求，自動打樁機的動作循環(huán)表如表1所示。

　　整機夾緊點動調(diào)整滑架上升滑架下降滑架浮動提錘掛鉤下落掛鉤掛錘落錘整機停止注：表示通電，表示斷電7YT表示控制掛鉤松開/夾緊的電磁鐵三、PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計1.硬件設(shè)計由于打樁機的工作環(huán)境是建筑施工現(xiàn)場，灰塵、濕度大，如用傳統(tǒng)的觸點式繼電器控制，其體積龐大，搬運不便，且觸點容易損壞。為此選用目前廣泛使用的F1系列PLC控制器。根據(jù)控制對象的輸入/輸出點數(shù)，選用F1―20MR ，其I/O分配如下。

　　輸入點：輸出點：夾緊按鈕：X400夾緊電磁鐵1YT ：Y430松開按鈕：X401提錘電磁鐵2YT ：Y431提錘按鈕：X402落錘電磁鐵3YT ：Y432落錘按鈕：X403滑架升電磁鐵4YT ：Y433滑架上升：X404滑架降電磁鐵5YT ：Y434滑架下降：X405卸荷電磁鐵6YT ：Y435油泵起動：X406掛錘電磁鐵7YT ：Y436油泵停止：X407泵起動接觸器KM ：Y437行程開關(guān)XK1 ：X機床電器2000 No .2計算機？PLC應(yīng)用壓力繼電器YJ ：X自動/點動轉(zhuǎn)換：X PLC外部接線圖如圖2所示。

　　2.軟件設(shè)計本打樁機要實現(xiàn)的功能如下：？夾緊油缸的夾緊與松開？滑架的上升與下降？重錘的點動調(diào)整與自動打樁？各液壓缸的正、反向運動互鎖，并有延時環(huán)節(jié)？重錘運動與滑架運動互鎖，各電磁閥與油泵電機設(shè)置聯(lián)鎖？當重錘或滑架不工作間歇超過規(guī)定的時間便自動卸荷。

　　根據(jù)此功能要求，控制程序主要由以下幾個環(huán)節(jié)組成。

　　（1）滑架的上升與下降環(huán)節(jié)只有在油泵電機起動及壓力繼電器（YJ）動作后，滑架才能上升或下降。由于滑架只在接樁情況下才會動作，屬于短時工作制，故可采用點動操縱。

　　控制梯形圖如圖3所示。

　?。?）重錘的點動調(diào)整及自動打樁環(huán)節(jié)此功能環(huán)節(jié)為本控制程序的核心內(nèi)容，其梯形圖如圖4所示。

　　在此梯形圖中， X是自動/點動轉(zhuǎn)換開關(guān)，X、X分別是重錘工作行程的上、下限位開關(guān)，X402、X403分別是重錘上升、下落按鈕。掛錘用電磁鐵（Y436）的通/斷與行程開關(guān)的通/斷是瞬時對應(yīng)關(guān)系，而與控制重錘上升/下降的電磁鐵的通斷有延時環(huán)節(jié)。這是因為當掛鉤掛上重錘且向上運動碰到行程開關(guān)XK1時，掛錘電磁鐵立即通電，掛鉤松開重錘，此時重錘的運動是上拋運動，即重錘還要上升，上升時間t /2g.因此掛錘電磁鐵通電松開之際，不宜立即起動控制掛鉤下降的電磁鐵，而要有一定的延時時間，t延于重錘的下落是準自由落體運動，其速度大于液壓缸控制掛鉤向下的運動速度，所以當掛鉤碰到XK2時，重錘已完成了打樁運動，并停留在樁帽上。但考慮到液壓電磁閥換向的機械慣性，也設(shè)置了較短的延時環(huán)節(jié)〔2〕，確保系統(tǒng)工作的可靠性。

　?。?）卸荷環(huán)節(jié)當控制重錘及滑架運動的液壓缸不工作間歇超過規(guī)定的時間，液壓系統(tǒng)自動實現(xiàn)卸荷功能。其梯形圖如圖5所示，它是由計時器與計數(shù)器配合實現(xiàn)計時功能，工作間歇時間可任意設(shè)定（X =1 ，2 ，3 ，…

　　計算機？PLC應(yīng)用機床電器2000 No .2分）。

　　四、結(jié)論1.低空間落錘式液壓自動打樁機采用F1― 20MR可編程控制器進行控制，其突出的特點是：體積小、重量輕、搬運方便，能在惡劣的建筑施工環(huán)境中可靠工作，性能價格比較高。

　　2.采用PLC控制，電器控制部分設(shè)計、制作周期非常短，通過改變程序，即可改變各種工作循環(huán)狀態(tài)，使用非常方便、靈活。

　　3.采用PLC的內(nèi)部計時器和計數(shù)器，可方便控制延時時間的長短及精度，這與觸點式時間繼電器相比，具有無可比擬的優(yōu)越性。

　　1張世亮，羅忠輝。低空間落錘式液壓自動打樁機的研究。

　　2羅忠輝。PLC計時器在機床電器控制中的應(yīng)用。機床電編程中定時器串級使用定時值的精確計時漢中八一三廠王成PLC計時、計數(shù)指令的串級使用，能夠擴展定時器的定時范圍，在工業(yè)生產(chǎn)及科研實驗中需要定時、延時時經(jīng)常用到。對于一般不太精確的定時或延時，可以不考慮PLC的掃描周期（CE I系列為0.02s），但對于一些要求比較高的實驗或生產(chǎn)工藝中的定時就不得不考慮。下面僅以CE―I系列PLC中關(guān)于定時器精確計時的問題舉例說明。

　　在CE―I中，每個計時器的最大預(yù)置值為999.9s ，每個計數(shù)器的最大預(yù)置值為9999.如果需要的預(yù)置值超過最大預(yù)置值，可以通過幾個計時器與計數(shù)器的串級聯(lián)接來擴展預(yù)置值的范圍。

　　例如：有一臺電機要求30分鐘后啟動，因為30×60 =1800s ，大于最大預(yù)置值，可用計時器與計數(shù)器的串級聯(lián)接來實現(xiàn)，如圖1所示。

　　T613是一個預(yù)置值為2s的自復(fù)位計時器，接點‖一接通，T613每2s接通一次，每次接通時間為一個掃描周期，計數(shù)器C614對這一時鐘脈沖進行計常開接點接通輸出繼電器21 ，驅(qū)動電機啟動。

　　但是，若要精確計時，便應(yīng)考慮計時器T613每次接通時要用一個掃描周期（0.02s）的時間，那么計數(shù)器C614對脈沖信號計數(shù)900次將有900×0.02 = 18s的時間未計，也就是說精確的計時應(yīng)是900×2 900×0.02 =1818s ，比原來設(shè)定的時間多18s ，這對有的設(shè)備和工藝要求可能不會造成事故，但若是對于要求精度高、工藝比較復(fù)雜的數(shù)控機床，可能造成動作紊亂，工件加工報廢的后果，要精確計時，就應(yīng)考慮掃描周期，可以把計數(shù)器的設(shè)定值設(shè)為X ，那么剛才的定時30分鐘計算如下：2X 0.02X =1800 ，解0.18s，比原來誤差小得多，能夠滿足要求。