1引言
隨著國(guó)內(nèi)外基建行業(yè)技術(shù)水平的迅猛發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)金剛石粉末鋸片、砂輪、磨料等人造金剛石制品的需求量越來越大。隨之而來的是生產(chǎn)人造金剛石的設(shè)備走俏市場(chǎng)，其中，六面頂金剛石壓機(jī)以其操作簡(jiǎn)便、生產(chǎn)成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)占據(jù)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的較大份額。
人造金剛石是利用石墨可在高溫、高壓的環(huán)境中，在觸媒的催化作用下，其原子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，合成人造金剛石這一機(jī)理來實(shí)現(xiàn)的。六面頂金剛石壓機(jī)可以利用機(jī)械、液壓裝置從六個(gè)方向向主機(jī)中心加壓，在主機(jī)中心硬質(zhì)合金頂錘的作用下使生產(chǎn)原料形成一個(gè)密封的正方體超高壓容腔，同時(shí)通過的電加熱裝置對(duì)該腔體加熱，該腔體就可以產(chǎn)生合成人造金剛石所需的高溫、高壓條件。整個(gè)設(shè)備的工作過程需要由電控系統(tǒng)與機(jī)械、液壓系統(tǒng)相配合完成一系列工作。其中，電控系統(tǒng)主要通過對(duì)由大、小柱塞泵和二十余個(gè)電磁閥組成的液壓系統(tǒng)以及電加熱裝置等的控制來完成自動(dòng)、分段、調(diào)整等不同模式下的工作。整個(gè)設(shè)備可以說是一種典型的機(jī)、電、液一體化集成產(chǎn)品。
2壓機(jī)電控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的金剛石壓機(jī)電控系統(tǒng)由近三十個(gè)中間繼電器、時(shí)間繼電器、接觸器等不同型號(hào)規(guī)格的低壓電器組成邏輯控制線路，不僅故障率高且維修不便。當(dāng)生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整，需要改變控制邏輯時(shí)必須改變硬件接線，變動(dòng)起來十分麻煩。目前，整個(gè)壓機(jī)的機(jī)械、液壓系統(tǒng)從原材料到零部件都已經(jīng)有了很大的改進(jìn)，相比之下落后的電控系統(tǒng)已成為阻礙生產(chǎn)發(fā)展的“瓶頸”問題。
七十年代初，美國(guó)汽車工業(yè)為了適應(yīng)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展，首先將可編程序控制器應(yīng)用于生產(chǎn)線的自動(dòng)控制中并獲得了成功。到八十年代，微處理器被應(yīng)用到PLC中，使其功能變的更完善、更優(yōu)越，且做到了小型化甚至超小型化。現(xiàn)在，PLC己被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。綜合各項(xiàng)指標(biāo)，系統(tǒng)選用了日立公司E系列的E-64HR型PLC作為主控單元設(shè)計(jì)了壓機(jī)新的電控模式。E-64HR共有64個(gè)I/O口，其中40個(gè)開關(guān)量輸入口，24個(gè)輸出口，內(nèi)置式電擦除EEPROM可以保證用戶方便的完成程序和參數(shù)的修改和儲(chǔ)存。PLC根據(jù)各輸入口所接按鈕、行程開關(guān)、電接點(diǎn)壓力表、接觸器等電器的信號(hào)的狀態(tài)以及用戶編制的軟件程序自動(dòng)控制各泵、電磁閥以及加熱裝置的動(dòng)作完成整個(gè)生產(chǎn)過程。
E-64HR各輸入口的內(nèi)部線路圖如圖1所示，采用光電耦合方式有效的防止了外部干擾的竄入。輸入電壓DC21.6~26.4V、輸入電流l0mA，在七年來數(shù)百臺(tái)壓機(jī)的跟蹤服務(wù)統(tǒng)計(jì)中，沒有發(fā)現(xiàn)由于輸入單元自身故障出現(xiàn)誤報(bào)，其線路工作還是可靠的。其輸出口內(nèi)部線路圖如圖2所示，選用繼電器接點(diǎn)輸出方式時(shí)繼電器線圈電壓DC21V~27V、耗電10mA、觸點(diǎn)容量2A、平均壽命20萬次以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器線圈、電磁閥線圈及指示燈等低功耗元件。
為了輸出繼電器的可靠工作，設(shè)計(jì)中在所有線圈負(fù)載上均并聯(lián)了阻容吸收裝置。在對(duì)用戶送回來的故障PLC的檢修中，我們發(fā)現(xiàn)70%以上的故障仍出現(xiàn)在輸出單元，一類是機(jī)內(nèi)壓敏電阻燒穿，另一類是輸出繼電器觸點(diǎn)燒毀。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)考察及分析發(fā)現(xiàn)，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)電源質(zhì)量較差，原設(shè)計(jì)中輸出口所需AC220V直接采用電網(wǎng)任意一相供電，電源波動(dòng)大，直接導(dǎo)致了上述硬件故障。后改為采用加熱裝置中的交流穩(wěn)壓電源兼向輸出口驅(qū)動(dòng)電源供電，有效的減少了該類故障的發(fā)生。
總結(jié)不同地區(qū)、類型用戶的使用情況，一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)是共性的PLC優(yōu)越的性能、良好的抗干擾性已被大家所認(rèn)同，發(fā)揮這一優(yōu)勢(shì)的前提條件是對(duì)其供電電源和屏蔽接地點(diǎn)的合理設(shè)計(jì)。PLC采用AC220V直接供電，其內(nèi)部電源部分的穩(wěn)、壓、整流、濾波電路設(shè)置是比較完善的。但設(shè)計(jì)中仍需采用隔離變壓器對(duì)其供電電源進(jìn)行隔離，以保證工況惡劣的場(chǎng)合下干擾不由電源竄入，提高系統(tǒng)可靠性，一般可采用BKC-220/220V（60-100VA）的隔離變壓器。其次，應(yīng)引起注意的是所有廠家的PLC均有一個(gè)專用接地端子（GND），該端子是整機(jī)的屏蔽接地點(diǎn)，用戶最好為其單獨(dú)設(shè)立接地極（接地電阻<100Ω，接地線長(zhǎng)度<20m），并注意合理選擇接地極的位置。有些用戶將其接在電器設(shè)備的外殼上甚至接在零線上，這是十分錯(cuò)誤的，不僅起不到屏蔽作用反而成為事故引入點(diǎn)。河北新河某廠錯(cuò)誤的將該接地端子接于避雷系統(tǒng)接地極上，雷雨時(shí)造成高壓引入，造成整個(gè)車間數(shù)臺(tái)PLC完全被燒毀。以上問題，盡管用戶手冊(cè)己強(qiáng)調(diào)，但仍有許多用戶未引起注意，造成不必要的損失。
目前流行的六面頂壓機(jī)均有大（11 K W）、小（1.5KW）兩個(gè)柱塞泵，小泵主要是為了完成“保壓”階段的壓力維持，避免大泵沖擊過大，造成壓力波動(dòng)過大，影響金剛石的生長(zhǎng)質(zhì)量。經(jīng)實(shí)驗(yàn)將大泵由變頻器實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，取消小泵，從系統(tǒng)的“保壓”效果、金剛石的生長(zhǎng)情況以及整個(gè)設(shè)備的電能消耗等幾個(gè)方面來看，結(jié)果都是令人滿意的。雖由市場(chǎng)原因，該方案沒能得以推廣，但是將PLC、變頻器、壓力傳感器、溫度傳感器以及超低頻電源技術(shù)結(jié)合起來，對(duì)電控系統(tǒng)進(jìn)行較大的改進(jìn)是下一步技術(shù)發(fā)展的必然。
2、PLC的軟件設(shè)計(jì)
整個(gè)程序需按照液壓動(dòng)作圖和工藝要求完成以下動(dòng)作：?jiǎn)?dòng)工作按鈕后，三個(gè)活塞缸在油壓驅(qū)動(dòng)下前進(jìn)，至預(yù)定位置后由限位開關(guān)給出信號(hào)，三個(gè)缸依次停止；暫停一定時(shí)間后六缸同時(shí)加壓，形成葉臘石密封倉；稍后，由增壓器加壓，到達(dá)一定壓力時(shí)開始對(duì)密封倉通電加熱并開始加熱計(jì)時(shí)，同時(shí)繼續(xù)升壓至保壓壓力，開始保壓并保壓計(jì)時(shí)：其間如有壓力泄露由小泵自動(dòng)補(bǔ)壓。加熱和保壓時(shí)間到后，系統(tǒng)泄壓，六缸回位完成一個(gè)工作循環(huán)。
在編制程序的過程中，較多的使用了E系列的“FUN03”指令，如所示梯形圖，其中6、215、T00等為外部輸入信號(hào)、PLC內(nèi)軟中間繼電器及PLC內(nèi)時(shí)間繼電器的代號(hào)，將它們按所需的與、或關(guān)系接在“FUN03”的置位端（S端），當(dāng)S端輸入信號(hào)為l時(shí)，如5+6·11=l時(shí)相應(yīng)輸出中間繼電器200置1，此后即使S端為0，200仍為1，只有當(dāng)215·23·l8=l時(shí)，即“FUN03”的R端置1時(shí)200才置零，故該項(xiàng)功能可以用R-S觸發(fā)器來表述。
編程時(shí)把下一個(gè)動(dòng)作的內(nèi)部輸出點(diǎn)（如201）接在上一個(gè)內(nèi)部輸出點(diǎn)（如200）的復(fù)位端（R），這樣在每接入一個(gè)新動(dòng)作的同時(shí)把上一個(gè)輸出封鎖。再由200、201等上述的“FUN03”的輸出單元進(jìn)行邏輯組合去控制50、51等PLC輸出繼電器，進(jìn)而完成對(duì)電磁閥、交流接觸器等外圍低壓電器的控制。這樣的設(shè)計(jì)不僅防止了在不同階段輸出繼電器的誤動(dòng)作、相互干擾以及出現(xiàn)PLC軟件編制中常犯的“雙線圈”錯(cuò)誤。并且，在由于需要修改工藝而必須調(diào)整動(dòng)作順序時(shí)，只需調(diào)整相應(yīng)“FUN03”的控制方式即可，給修改工藝帶來了極大的方便。盡管有些型號(hào)的PLC不具有類似的“FUN03”功能，我們也可以的依據(jù)上述思路進(jìn)行開發(fā)，對(duì)此將由另文進(jìn)行詳細(xì)介紹。依據(jù)我們多年來在不同工況下對(duì)不同廠家、型號(hào)的PLC使用經(jīng)驗(yàn)看，這一思路是比較成功的。而且，我們將這一方法介紹給一些現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)人員，也得到了他們的認(rèn)可和肯定。
3結(jié)束語：
PLC替代原有繼電器控制模式后顯示出了巨大的優(yōu)勢(shì)，被生產(chǎn)廠家和用戶所接受。93~96年間該壓機(jī)成為石家莊煤礦機(jī)械廠的主導(dǎo)產(chǎn)品之一，為該廠創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。由壓機(jī)用戶進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)表明：使用繼電器進(jìn)行控制的壓機(jī)，由于電氣故障造成的停產(chǎn)周平均4小時(shí)，由此造成每臺(tái)壓機(jī)年均經(jīng)濟(jì)損失八千元左右。采用PLC控制的壓機(jī)，其工作性能穩(wěn)定且各I/O指示簡(jiǎn)單、明了，大大縮短了維修時(shí)間，電氣故障造成的停產(chǎn)降至周平均20分鐘，特別是修改工藝時(shí)僅需進(jìn)行程序的調(diào)整，省時(shí)、方便為用戶創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。許多老式壓機(jī)的用戶要求幫助他們用PLC改造老壓機(jī)，體現(xiàn)了在金剛石壓機(jī)上使用PLC的成功。
