某YA32-四柱式万能液压机原电气部分采用继电器控制，部分电路已陈旧老化，且只能实现定压边力控制，已不能满足实际需要。对YA32-液压机的改造，不仅提高该设备的控制水平，并且为同类设备自动化改造奠定基础。
1、液压机的PLC改造
PLC的系统设计大体包括硬件系统设计和软件设计两部分。硬件系统设计是根据电气控制系统的控制要求、工艺要求和技术要求等，对PLC进行选型和硬件配置;软件设计是PLC的应用程序设计。PLC系统设计的步骤如图1所示。
1.1控制对象分析
1.1.1控制对象
(1)吨液压机动作控制要求
吨液压机全部动作由上下两个液压缸(主工作缸和顶出缸)来完成，液压缸动作由相应的电磁阀控制，电气部分通过控制电磁铁的通、断电来控制整个液压机工作。该机还设有调整、手动、半自动三种工作方式可供选择，根据工作情况选不同的工作方式。其中:调整操作为按下相应按钮得到要求的寸动动作;手动操作为按下相应按钮得到要求的连续动作;半自动操作为按下工作按钮使活动横梁自动的完成一个工艺动作循环。
(2)压边力控制
吨液压机提供了利用顶出缸完成液压压边的可能，压边力用普通溢流阀控制，只能实现定压边力控制，压边力大小用手动调节实现。
1.1.2控制范围
(1)液压机电气部分的基本改造
电气部分用PLC控制代替继电器控制，实现液压机的基本动作，这部分是开关量控制。开关量仅有两种相反的工作状态，例如高电平和低电平，继电器线圈的通电和断电，触电的接通和断开，PLC可以直接输入和输出开关量信号。
(2)实现变压边力控制
要实现变压边力控制，需要改造压边力控制系统，把控制压边力的溢流阀改为比例溢流阀，由PLC控制比例溢流阀完成对压边力的要求。改造后的压边力液压控制部分如图2所示。
这部分是模拟量控制模拟量是连续变化的物理量，例如，电压、温度、压力和转速等。PLC不能直接处理模拟量，需要用模拟量输入模块中的A/D转换器，将模拟量转换为与输入信号成正比的数字量。PLC中的数字量需要用模拟量输出模块中的D/A转换器将它们转换为与相应数字成比例的电压或电流，供外部执行机构使用。
1.2硬件系统设计
1.2.1PLC选型
PLC控制系统包括PLC和输入、输出设备，PLC是控制系统的核心，具体的选型过程如下。
(1)考虑I/O点数
I/0点数是衡量PLC规模大小的重要指标。因此要根据系统的控制规模，确保有足够的IO点数，并考虑10%~15%的I/0点数作为余量，以满足今后生产的发展或工艺的改进。该液压机系统改造需要输入点数20个，输出点数12个。
(2)专用功能单元的配置
除了开关信号之外，还要求采集压力和位移信号，输出控制比例溢流阀，所以要求最少两路A/D转换，一路D/A转换。
(3)用户存储容量。
PLC一般根据I/O点数的不同，内存容量会有相应的差别。在选择内存容量时同样应留有一定的余量，一般是实际运行程序的占25%。大多数情况下，满足I/O点数的PLC，内存容量也能满足。
综合以上考虑，系统改造的PLC选用的是OMRON公司年秋推出的小型箱体式可编程逻辑控制器CP1H-单元型号是CP1H-XA40DR-A。输入、输出点数分别是24、16，有4路模拟量输入、2路模拟量输出，程序容量20k步，各参数和功能符合要求。
1.2.2PLC控制电路设计
设计电路接线图要综合考虑接线环境、控制要求及PLC性能等多方面因素。由于电磁阀的启动功率大，若直接由控制，容易烧毁PLC触点，长时间将烧毁PLC所以采用中间继电器衔接。同时，在PLC各工控端连接熔断器，以防电流过大烧毁PLC。图3为PLC的I/0端口接线图。
1.3软件设计
软件设计即编写满足生产要求的用户程序，一般用梯形图和助记符编程，包括程序流程图设计、软件设计、编制应用程序及程序修改和调试四部分内容。
本实验主要完成程序流程图设计和应用程序的编制。编制应用程序是整个程序设计工作的核心内容，程序编制分开关量和模拟量两部分。
1.3.1开关量程序
开关量也称逻辑量，仅有两个取值，即0或1(ON或OFF、TRUE或FALSE)。开关量控制的目的是，根据开关量当前的输入组合与历史的输入顺序，使PLC产生相应的开关量输出，以使系统能按一定顺序工作。
(1)跳转指令的应用
在满足控制要求的情况下，为简化程序和减少扫描时间，选用了控制程序流程的指令-跳转指令JMP()及JME()，两指令配对使用。
(2)KEEP指令与保持继电器的应用
压机工作时速度由快变慢，由中行程开关发讯从而控制5DT的通断来实现。这部分程序通过KEEP指令使用保持继电器来实现，即使在急停或突然断电时也可以保持以前的状态，再开机保证工作的正常运行。
(3)定时器指令的应用
编程用到了普通定时器CNT和可逆定时器CNTR。普通定时器CNT是递减计数器，当计数输入端有上升沿脉冲输入时，计数器当前值减一，直到当前值为零，计数器完成标志变为接通。
1.3.2模拟量程序
(1)SCL指令的应用
采集的压力和位移要经A/D转换成能处理数字量，但在实际运算中还要将这个数值转换为实际的物理量，转换时综合考虑变送器的输入/输出量程和模拟量输入模块的量程，找出被测物理量与A/D转换后的数据之间的比例关系。然后应用缩放指令SCL，它的功能是根据指定的一次函数，将无符号的BIN数据缩放(转换)成无符号BCD数据。
(2)PID指令的应用
采用PID指令实现模拟量PID控制程序设计，实现PLC的闭环控制系统，如图4所示，PID指令符号如图5所示。
S为输入字(即测定值)，D为控制输出字(即控制(量)，S和D均为二进制数或十进制数。C为控制参数首字，指令根据C中设定的参数实现PID控制，其中比例带、积分时间、微分时间和采样周期要在实验中整定。
(3)数据转换指令APR的应用
APR指令用于折线近似运算.变压边力控制即压边力的设定值是随时间或位移变化的曲线，这些曲线的输入是用APR指令编程实现。
2、压边力试验
压边力控制包括定压边力控制和变压边力控制。定压边力控制指在工作过程中设定压边力为常数;变压边力控制指在工作过程中压边力随时间或位移变化。定压边力控制的实现是变压边力控制实现的基础。压边力的设定值通过PID指令控制字首位输入。要实现理想的压边力控制，PID控制器参数整定是其核心内容。
2.1定压边力试验
在PID指令控制字首位输入某一设定值SV，使系统进入闭环控制，通过验证系统采集阶越响应曲线观察控制情况，通过反复实验，确定最佳PI参数组合。
分析阶跃响应时域，控制系统基本满足稳、准、快的要求。但系统随设定压边力减小超调量增大，这是因为比例溢流阀在零附近开环放大系数最大，小压力对应大的开环放大系数，系统就会出现大的超调。要解决此问题，可对压边力分档控制，不同档位调节不同的PI参数从而达到较理想的控制效果。
2.2变压边力试验
根据压边力在板料冲压工艺中的应用，归纳了5种变压边力试验曲线，即三角形变压边力曲线、梯形变压边力曲线、逐渐上升变压边力曲线、类似正弦形变压边力曲线和类似:余弦形变压边力曲线。
从变压边力控制实际曲线与设定曲线比较结果看出：
其一，实测变压边力曲线在初始阶段有过冲现象出现，这是二阶系统典型现象，在工艺上可采用拉深启动延时的方法，即在过冲之后再开始拉深;
其二，实测压边力曲线与设定曲线存在较小跟踪误差，控制曲线的最大误差值为11kN左右。
综上可知：
(1)电气部分用PLC控制代替继电器控制，实现液压机的基本动作，提高了液压机的控制水平;
(2)改造压边力控制系统，实现了变压边力控制，满足变压边工艺要求。
注：本文由机哥整理自《机电工程技术》第1期，作者张立娟、宋杨，常海平。转载请注明液压机世界整理。
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