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摘要：悬式绝缘子是输变电线路中重要的绝缘部件，泥锻机和热压机是对绝缘子进行泥锻和热压成型的机械工艺设备。为提高原生产系统的稳定性和生产效率，采用三菱PLC代替原有的单板机对泥锻机和热压机的电气控制部分进行了重新设计，实现了泥锻机和热压机的单机自动化生产。本文主要介绍整个系统自动回原位控制的设计思路和设计过程，主要包括机械部分和生产的工艺流程介绍、PLC输入输出点的分配、程序初始化设计和自动回原位的设计等，并对一些关键技术做了简单介绍和讨论。其设计思路对同类设备或生产线控制系统的设计有一定的参考价值，并在生厂实践中运行可靠。
关键词：悬式绝缘子；PLC；自动回原位；互锁条件
作者简介：刘通（1989-），男，云南昆明人，云南农业大学工程技术学院本科生；黄兆波（1970-），男，云南文山人，云南农业大学工程技术学院，讲师。（云南 昆明 650201）
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）27-0106-03
一、概述
本设计本着改善生产设备稳定性和提高生产效率的目的，对原个旧市高压电瓷厂悬式绝缘子自动生产线中热压机和泥锻机的控制系统及强电部分进行了改进设计，设计在原有系统的基础上，通过学生自己动手模拟设计，与原系统相比，有一定不同和改进。
由于原系统是在高温、潮湿、强磁场的恶劣环境下工作的，对原控制系统的单板机影响很大，使生产设备的稳定性较差，为此选用了更适应此环境的PLC作为主要器件来组成新的控制系统，它具有工作可靠、抗干扰能力强等特点，能较好地解决原系统所存在的问题。另外，在改造中还采用了接近开关替代了原来的霍尔元件，解决了霍尔元件易受电磁场干扰造成输入信号不稳定的问题。
二、泥锻机、热压机的机械设备及制造工艺流程介绍
机械设备由泥锻机、热压机构成，中间由机械手来连接，其大致结构见图1。泥锻机和热压机的工作部件包括热压机、泥锻机各自的定位缸、推销缸、转盘缸；泥锻机中包含三个泥顶缸和相应的三个推气缸，热压机中包含初压顶缸、精压顶缸、整型缸、抹油缸、镗顶缸、镗孔缸、精压电机、镗顶电机。其中三个泥顶缸是用于泥坯的锻压，使泥坯外部成型；然后通过机械手A转送到热压机上；热压机的初压缸则是对泥坯的内部进行初步压制；精压缸与精压电机配合对泥坯内部进一步压制；镗顶缸、镗顶电机配合镗孔缸对泥坯内部的倒锥形孔进行切削、压制；至此，悬式绝缘子的内外部都压制成型了，整形缸是将压好的泥坯进行最后的修整；然后，由人工将修整好的泥坯运走，再经烘干、修坯等工序即可制作出悬式绝缘子的成品。
泥锻机和热压机由液压系统提供动力，由推销缸驱动转盘缸动作，再由各种顶缸动作压制泥坯，工艺流程图是设备自动循化设计的主要依据，其工艺流程分别见图2和图3。
（1）泥锻机的工艺流程。从上坯位加入泥坯，需经过三次泥顶缸的压实，再通过机械手A夹好送往热压机；当转盘转动两个缸位后，再由机械手B把托盘送回泥锻机上，而泥坯留下；泥坯经过初压缸、精压缸、镗顶缸、整形缸后，由下坯位取下。泥锻机的工艺流程如图2所示。
（2）热压机的工艺流程（见图3）。
三、自动回原位设计的意义及互锁条件
1.自动回原位设计的意义
当系统因停电、故障、紧停等原因非正常停机后，各个液压缸不一定在原位，所以在系统再启动自动循环时，必须先将各动作部件全部返回原点，而这一过程就叫做自动回原位。自动回原位是系统再启动的必备过程，[10]是各个运行部分运行的先决条件。对系统的正常、安全运行起着至关重要的作用。自动回原位启用后，各个元器件必须按一定的顺序依次回到原位，各元器件间不能相互冲突，这样就必须考虑其动作过程中的互锁条件。
2.互锁条件
为不影响机械动作的正常运行，对各个油缸的动作规定以下互锁条件：
定位缸：目的是固定转盘；
定位缸上的互锁条件为：泥、热推缸末位；
定位缸下的互锁条件为：泥、热推缸原位；
转推缸：目的是将转盘推动到下一个工作位；
转推缸进的互锁条件为：泥顶缸1、2、3都在原位，定位缸都在末位，拉销缸在末位，R初压顶缸原位，R精压顶缸原位，整形缸原位，机械手原位，R镗顶缸原位；
转推缸退的互锁条件与上面的相反；
抹油缸进的互锁条件：粗压缸下，R定位缸原位等。
三、PLC的输入、输出点分配
PLC的点分为输入点和输出点，它们分别接的是输入信号和输出信号，本设计中PLC输入、输出具体点位如表1和表2所示，输入、输出点接线图略。
四、自动回原位的过程及状态转移图的实现
因油缸、电机较多，如果手动返回，很不方便，故有必要设置自动回原点功能。开始执行自动程序以前，要求系统各个点位都处于对应的初始状态，如果开始自动回原位之前系统没有处于要求的初始状态，则应进入初始化状态，初始化这里不作详细说明。
自动回原位过程需要停机在任意位置时，转动选择旋钮到X65（回原位），再按X71（自动回原位开始），自动回原位都将启动，各设备均回到原位，即输出Y65动作（原位指示亮）；回原位过程中动作的元件都不会相互冲突，并在回到原位后给出已经回到原位的信号Y45、M8043，且熄灭Y65。
（1）回原位过程第一步：熄灭所有电机、顶缸的指示灯，让机械手松开。首先系统在运行状态，熄灭指示灯、关闭电机、报警、启动回原位指示灯，是为了在电机运行时被卡住时，回原位让这些熄灭以免误导工人的操作。机械手松开是所有由液压控制的器件中在第一位动作，因为机械手的回原位会影响整个回原位过程，如果机械手卡在泥锻机、热压机上时，转盘缸动作会让机械臂崩断或弯曲。
第一步详细过程（见图4）：按下转动旋钮X65→按X71→熄灭Y44、Y46、Y47、Y50、Y72、Y74、Y75→关闭Y2、Y4、Y5→启动Y65→解除Y32，并启动Y32；检测条件为X21，X23是否满足，满足条件转移到下一步。
（2）回原位过程第二步：解除机械手的两种状态（左翻、右翻），并启动机械手回原位。之所以让其单独为一步是因为它与机械手松开有先后关系，不能归在第一步，而且与下一步中涉及的转盘缸也是有先后关系的，所有要单独列为一个步骤。
第二步详细过程（见图5）：解除Y30、Y31，并启动Y34。检测条件为X24，X25是否满足，满足条件转移到下一步。
（3）回原位过程第三步：程序的连续直接从汇合点转移到下一分支，得加入一个中间状态，所以这一步启动了虚拟状态S110。从S110出来，通过X50和X51作为条件，产生4个分支；如果分支满足则跳转到虚拟状态S111，如果不满足则跳转到S12并在启动转盘正位项，然后再跳转到虚拟状态S111。
第三步详细过程（见图6）：X50、X51满足条件时→S111；[X50不满足，X51不满足]、[X50满足，X51不满足]、[X50不满足，X51满足] →S12→启动Y11→满足条件X1、X27时启动Y14→满足条件X1、X27、X4、X32时启动Y12。检测条件为X50，X51是否满足，满足条件转移到下一步。
（4）回原位过程第四步：这一步是将泥顶缸、初压缸、精压缸、镗孔缸、镗顶缸、整形缸回原位。这几种顶缸的回原位不需要有先后，互不干扰，可以同时动作。
第四步详细过程（见图7）：解除Y16，并启动Y17；解除Y20，并启动Y21；解除Y22，并启动Y23；解除Y35，并启动Y36；解除Y24，并启动Y25；解除Y26，并启动Y27。检测条件为X7，X11，X13，X35，X43，X41，X45是否满足，满足条件转移到下一步。
（5）回原位过程第五步：将推销缸、转盘缸、定位缸的顺序控制写在一起，是因为它们必须依次完成。
第五步详细过程（见图8）：解除Y14，并启动Y15；检测条件为X5，X33是否满足，满足条件转移到下一步。解除Y12，并启动Y13；检测条件为X3，X31是否满足，满足条件转移到下一步。解除Y10，并启动Y11；检测条件为X2，X27是否满足，满足条件转移到下一步。
（6）回原位过程第六步：首先让回原位指示灯熄灭，并让S17结束回原位过程，并发出回到原位的信号给M8043。一旦M8043得到信号，才能使系统产生回原位信号，自动循环、手动控制、单周期控制才能使用。M8043是SFC中的一个特殊软元件，M8043置位表示回原位完成。
第六步详细过程（见图9）：解除S17、Y67，并启动M8043；整个回原位过程结束。
五、结论
本设计采用PLC控制泥锻机、热压机的自动回原位，经过样机试验实现了手动操作和自动循环过程及自动回原位，达到了设计要求。文中系统介绍了自动回原位控制的设计思路和设计过程，主要包括机械部分和生产的工艺流程介绍、PLC输入输出点的分配、自动回原位状态转移图的设计等，其设计思路对同类设备或生产线控制系统的设计有一定参考价值，并在生厂实践中能可靠运行。
参考文献：
[1]彭旭呁.机电控制系统原理及工程应用[M].北京:机械工业出版社,2006.
[2]瞿怀忠,等.FNC60功能在自动线中的应用[J].内燃机与配件,2000,(1):35-37.
[3]焦志刚,等.应用计数器指令实现PLC顺序控制的编程方法[J].工业控制计算机,2010,(8):107-108.
[4]陈在平,可编程序控制器(PLC)系统设计[M].北京:电子工业出版社,2007:136.
[5]漆汉宏,PLC电气控制技术[M].北京:机械工业出版社,2010:22.
[6]刘光源,电工电子使用手册[M].北京:电子工业出版社,2008:306.
[7]陈逢凯,瞿怀忠.拨叉自动线的PLC控制[J].组合机床与自动化加工技术,2001,(4):32-35.
[8]廖常初.FX系列PLC编程及其应用[M].北京:机械工业出版社,2001.
[9]杨昌焜,金广业.可编程序控制器应用技术[M].北京:中国电力出版社,2003.
（责任编辑：刘辉）
关键词：悬式绝缘子；PLC；自动回原位；互锁条件
作者简介：刘通（1989-），男，云南昆明人，云南农业大学工程技术学院本科生；黄兆波（1970-），男，云南文山人，云南农业大学工程技术学院，讲师。（云南 昆明 650201）
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）27-0106-03
一、概述
本设计本着改善生产设备稳定性和提高生产效率的目的，对原个旧市高压电瓷厂悬式绝缘子自动生产线中热压机和泥锻机的控制系统及强电部分进行了改进设计，设计在原有系统的基础上，通过学生自己动手模拟设计，与原系统相比，有一定不同和改进。
由于原系统是在高温、潮湿、强磁场的恶劣环境下工作的，对原控制系统的单板机影响很大，使生产设备的稳定性较差，为此选用了更适应此环境的PLC作为主要器件来组成新的控制系统，它具有工作可靠、抗干扰能力强等特点，能较好地解决原系统所存在的问题。另外，在改造中还采用了接近开关替代了原来的霍尔元件，解决了霍尔元件易受电磁场干扰造成输入信号不稳定的问题。
二、泥锻机、热压机的机械设备及制造工艺流程介绍
机械设备由泥锻机、热压机构成，中间由机械手来连接，其大致结构见图1。泥锻机和热压机的工作部件包括热压机、泥锻机各自的定位缸、推销缸、转盘缸；泥锻机中包含三个泥顶缸和相应的三个推气缸，热压机中包含初压顶缸、精压顶缸、整型缸、抹油缸、镗顶缸、镗孔缸、精压电机、镗顶电机。其中三个泥顶缸是用于泥坯的锻压，使泥坯外部成型；然后通过机械手A转送到热压机上；热压机的初压缸则是对泥坯的内部进行初步压制；精压缸与精压电机配合对泥坯内部进一步压制；镗顶缸、镗顶电机配合镗孔缸对泥坯内部的倒锥形孔进行切削、压制；至此，悬式绝缘子的内外部都压制成型了，整形缸是将压好的泥坯进行最后的修整；然后，由人工将修整好的泥坯运走，再经烘干、修坯等工序即可制作出悬式绝缘子的成品。
泥锻机和热压机由液压系统提供动力，由推销缸驱动转盘缸动作，再由各种顶缸动作压制泥坯，工艺流程图是设备自动循化设计的主要依据，其工艺流程分别见图2和图3。
（1）泥锻机的工艺流程。从上坯位加入泥坯，需经过三次泥顶缸的压实，再通过机械手A夹好送往热压机；当转盘转动两个缸位后，再由机械手B把托盘送回泥锻机上，而泥坯留下；泥坯经过初压缸、精压缸、镗顶缸、整形缸后，由下坯位取下。泥锻机的工艺流程如图2所示。
（2）热压机的工艺流程（见图3）。
三、自动回原位设计的意义及互锁条件
1.自动回原位设计的意义
当系统因停电、故障、紧停等原因非正常停机后，各个液压缸不一定在原位，所以在系统再启动自动循环时，必须先将各动作部件全部返回原点，而这一过程就叫做自动回原位。自动回原位是系统再启动的必备过程，[10]是各个运行部分运行的先决条件。对系统的正常、安全运行起着至关重要的作用。自动回原位启用后，各个元器件必须按一定的顺序依次回到原位，各元器件间不能相互冲突，这样就必须考虑其动作过程中的互锁条件。
2.互锁条件
为不影响机械动作的正常运行，对各个油缸的动作规定以下互锁条件：
定位缸：目的是固定转盘；
定位缸上的互锁条件为：泥、热推缸末位；
定位缸下的互锁条件为：泥、热推缸原位；
转推缸：目的是将转盘推动到下一个工作位；
转推缸进的互锁条件为：泥顶缸1、2、3都在原位，定位缸都在末位，拉销缸在末位，R初压顶缸原位，R精压顶缸原位，整形缸原位，机械手原位，R镗顶缸原位；
转推缸退的互锁条件与上面的相反；
抹油缸进的互锁条件：粗压缸下，R定位缸原位等。
三、PLC的输入、输出点分配
PLC的点分为输入点和输出点，它们分别接的是输入信号和输出信号，本设计中PLC输入、输出具体点位如表1和表2所示，输入、输出点接线图略。
四、自动回原位的过程及状态转移图的实现
因油缸、电机较多，如果手动返回，很不方便，故有必要设置自动回原点功能。开始执行自动程序以前，要求系统各个点位都处于对应的初始状态，如果开始自动回原位之前系统没有处于要求的初始状态，则应进入初始化状态，初始化这里不作详细说明。
自动回原位过程需要停机在任意位置时，转动选择旋钮到X65（回原位），再按X71（自动回原位开始），自动回原位都将启动，各设备均回到原位，即输出Y65动作（原位指示亮）；回原位过程中动作的元件都不会相互冲突，并在回到原位后给出已经回到原位的信号Y45、M8043，且熄灭Y65。
（1）回原位过程第一步：熄灭所有电机、顶缸的指示灯，让机械手松开。首先系统在运行状态，熄灭指示灯、关闭电机、报警、启动回原位指示灯，是为了在电机运行时被卡住时，回原位让这些熄灭以免误导工人的操作。机械手松开是所有由液压控制的器件中在第一位动作，因为机械手的回原位会影响整个回原位过程，如果机械手卡在泥锻机、热压机上时，转盘缸动作会让机械臂崩断或弯曲。
第一步详细过程（见图4）：按下转动旋钮X65→按X71→熄灭Y44、Y46、Y47、Y50、Y72、Y74、Y75→关闭Y2、Y4、Y5→启动Y65→解除Y32，并启动Y32；检测条件为X21，X23是否满足，满足条件转移到下一步。
（2）回原位过程第二步：解除机械手的两种状态（左翻、右翻），并启动机械手回原位。之所以让其单独为一步是因为它与机械手松开有先后关系，不能归在第一步，而且与下一步中涉及的转盘缸也是有先后关系的，所有要单独列为一个步骤。
第二步详细过程（见图5）：解除Y30、Y31，并启动Y34。检测条件为X24，X25是否满足，满足条件转移到下一步。
（3）回原位过程第三步：程序的连续直接从汇合点转移到下一分支，得加入一个中间状态，所以这一步启动了虚拟状态S110。从S110出来，通过X50和X51作为条件，产生4个分支；如果分支满足则跳转到虚拟状态S111，如果不满足则跳转到S12并在启动转盘正位项，然后再跳转到虚拟状态S111。
第三步详细过程（见图6）：X50、X51满足条件时→S111；[X50不满足，X51不满足]、[X50满足，X51不满足]、[X50不满足，X51满足] →S12→启动Y11→满足条件X1、X27时启动Y14→满足条件X1、X27、X4、X32时启动Y12。检测条件为X50，X51是否满足，满足条件转移到下一步。
（4）回原位过程第四步：这一步是将泥顶缸、初压缸、精压缸、镗孔缸、镗顶缸、整形缸回原位。这几种顶缸的回原位不需要有先后，互不干扰，可以同时动作。
第四步详细过程（见图7）：解除Y16，并启动Y17；解除Y20，并启动Y21；解除Y22，并启动Y23；解除Y35，并启动Y36；解除Y24，并启动Y25；解除Y26，并启动Y27。检测条件为X7，X11，X13，X35，X43，X41，X45是否满足，满足条件转移到下一步。
（5）回原位过程第五步：将推销缸、转盘缸、定位缸的顺序控制写在一起，是因为它们必须依次完成。
第五步详细过程（见图8）：解除Y14，并启动Y15；检测条件为X5，X33是否满足，满足条件转移到下一步。解除Y12，并启动Y13；检测条件为X3，X31是否满足，满足条件转移到下一步。解除Y10，并启动Y11；检测条件为X2，X27是否满足，满足条件转移到下一步。
（6）回原位过程第六步：首先让回原位指示灯熄灭，并让S17结束回原位过程，并发出回到原位的信号给M8043。一旦M8043得到信号，才能使系统产生回原位信号，自动循环、手动控制、单周期控制才能使用。M8043是SFC中的一个特殊软元件，M8043置位表示回原位完成。
第六步详细过程（见图9）：解除S17、Y67，并启动M8043；整个回原位过程结束。
五、结论
本设计采用PLC控制泥锻机、热压机的自动回原位，经过样机试验实现了手动操作和自动循环过程及自动回原位，达到了设计要求。文中系统介绍了自动回原位控制的设计思路和设计过程，主要包括机械部分和生产的工艺流程介绍、PLC输入输出点的分配、自动回原位状态转移图的设计等，其设计思路对同类设备或生产线控制系统的设计有一定参考价值，并在生厂实践中能可靠运行。
参考文献：
[1]彭旭呁.机电控制系统原理及工程应用[M].北京:机械工业出版社,2006.
[2]瞿怀忠,等.FNC60功能在自动线中的应用[J].内燃机与配件,2000,(1):35-37.
[3]焦志刚,等.应用计数器指令实现PLC顺序控制的编程方法[J].工业控制计算机,2010,(8):107-108.
[4]陈在平,可编程序控制器(PLC)系统设计[M].北京:电子工业出版社,2007:136.
[5]漆汉宏,PLC电气控制技术[M].北京:机械工业出版社,2010:22.
[6]刘光源,电工电子使用手册[M].北京:电子工业出版社,2008:306.
[7]陈逢凯,瞿怀忠.拨叉自动线的PLC控制[J].组合机床与自动化加工技术,2001,(4):32-35.
[8]廖常初.FX系列PLC编程及其应用[M].北京:机械工业出版社,2001.
[9]杨昌焜,金广业.可编程序控制器应用技术[M].北京:中国电力出版社,2003.
（责任编辑：刘辉）