摘要:16/22MN沖壓水壓機(jī)是我廠設(shè)計(jì)人員自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的大型鍛壓設(shè)備主要用來(lái)壓制鍋爐等壓力容器封頭、各種鋼板的彎曲整型及大型鋼制門(mén)的壓制，廣泛應(yīng)用于鍋爐廠及機(jī)車(chē)車(chē)輛工廠，是我廠生產(chǎn)的主要鍛壓設(shè)備之一。本文簡(jiǎn)單介紹了16/22MN沖壓水壓機(jī)的設(shè)備性能;工藝流程，在電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中結(jié)合沖壓水壓機(jī)的特點(diǎn)，選用了西門(mén)子公司SIMATIC S7-300可編成控制器(PLC)及TP270觸摸屏作為主要的控制設(shè)備。再配以先進(jìn)的WinCC flexible監(jiān)控軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)水壓機(jī)控制系統(tǒng)的各項(xiàng)功能， S7-300是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，可進(jìn)行廣泛組合，使其成為高性能的既方便又經(jīng)濟(jì)的解決方案，本文重點(diǎn)敘述了電氣自動(dòng)系統(tǒng)的硬件配置，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，控制功能，以及所用的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)等。

關(guān)鍵詞:沖壓水壓機(jī);S7-300PLC;現(xiàn)場(chǎng)總線

1 沖壓水壓機(jī)設(shè)備組成及主要性能

沖壓水壓機(jī)機(jī)械部分主要由水壓機(jī)本體、水泵蓄勢(shì)站及操縱系統(tǒng)組成，其中水壓機(jī)本體由底座、活動(dòng)橫梁、上橫梁、立柱、頂出器和工作臺(tái)等組成，底座和上橫梁用立柱對(duì)螺帽連接組成一個(gè)整體機(jī)架形成封閉的受力系統(tǒng)，壓機(jī)公稱噸位:22MN， 最大行程:2500mm， 壓機(jī)總高17500m，壓制工件典型尺寸:3400mm。

水泵蓄勢(shì)站作用是為水壓機(jī)提供高壓水，當(dāng)水壓機(jī)耗水量低于水泵平均總流量時(shí)水泵輸出的高壓水多余部分儲(chǔ)存于蓄水罐中， 當(dāng)水壓機(jī)耗水量高于水泵平均總流量時(shí)水泵供水不足部分由蓄勢(shì)罐補(bǔ)充，因此在任何情況下都可以滿足壓機(jī)連續(xù)工作。

操作系統(tǒng)主要有五個(gè)分配器(主分配器、壓邊分配器、移動(dòng)工作臺(tái)分配器、頂出分配器、鎖緊分配器)、二個(gè)充液閥、主閘閥、高壓自動(dòng)閥、低壓自動(dòng)閥調(diào)壓閥、高壓緩沖閥、充水罐等組成。其中主分配器和壓邊分配器由交流調(diào)速電機(jī)拖動(dòng)，用光電編碼器操縱可實(shí)現(xiàn)主滑塊和活動(dòng)橫梁空程、調(diào)壓、加壓、回程、停止等動(dòng)作。移動(dòng)工作臺(tái)分配器和頂出器分配器及鎖緊分配器由交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)作位置由主令控制器加直流制動(dòng)單元調(diào)節(jié)。

2 控制系統(tǒng)的選型及特點(diǎn)

結(jié)合壓機(jī)的工作特點(diǎn)及工藝要求，選用了西門(mén)子公司SIMATIC S7-300可編成控制器(PLC)。SIMATIC S7-300有多種性能遞增的CPU和豐富且?guī)в性S多方便功能的 I/O擴(kuò)展模塊，當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時(shí)，可隨時(shí)使用附加模塊對(duì)PLC擴(kuò)展?，F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字和模擬量/輸出模塊，智能信號(hào)裝置和過(guò)程調(diào)節(jié)裝置與可編程邏輯控制器(PLC)之間的數(shù)據(jù)傳輸，把I/O通道分散使安裝成本費(fèi)用大大地節(jié)省，而且標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)場(chǎng)總線具有“開(kāi)放”的通信接口允許用戶選用不同制造商生產(chǎn)的分散I/O裝置和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，同時(shí)因?yàn)樾庐a(chǎn)品開(kāi)發(fā)未知量較多，修改方便。因此為重型機(jī)械產(chǎn)品中特別是新產(chǎn)品的集散控制系統(tǒng)的研制，設(shè)計(jì)，調(diào)試提供了極大的便利。PLC系統(tǒng)軟件采用西門(mén)子STEP7 5.4編成軟件包，完成硬件組態(tài)，程序編制，調(diào)試，監(jiān)視和文檔資料處理，系統(tǒng)診斷等工作，現(xiàn)場(chǎng)總線連接如圖1所示。

3系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

系統(tǒng)硬件采用SIMATIC的S7-300可編程序控制器(PLC)，系統(tǒng)組成:由一個(gè)S7-300(CPU315-2DP)主框架及五個(gè)ET200M二個(gè)ET200X，2個(gè)WAGO從站，采用PROFIEBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主從站分布方式I/O控制。

16/22MN沖壓水壓機(jī)的PLC系統(tǒng)主從站號(hào)及模塊分布如下:

HMI觸摸屏 TP270( 6AV6 545-0CC10-0AX0 ); 壓機(jī)PLC控制柜 主CPU模塊 S7-300(CPU315-DP)6ES7 315-2AF02-0AB0;壓機(jī)操作臺(tái)ET200M (6ES7 153-1AA01-0XB0)開(kāi)入模板3塊開(kāi)出模板2塊;壓機(jī)地下室接線箱ET200M(6ES7 153-1AA01-0XB0)開(kāi)入模板3塊開(kāi)出模板2塊;主分配器驅(qū)動(dòng)電機(jī)變頻器MM440DP接口模塊(6SE6400-1BP00-0AA0);壓邊分配器驅(qū)動(dòng)電機(jī)變頻器MM440DP接口模塊(6SE6400-1BP00-0AA0);水泵站PLC控制柜ET200M(6ES7 153-1AA01-0XB0)開(kāi)入模板2塊開(kāi)出模板1塊;水泵電機(jī)控制柜 ET200M(6ES7 153-1AA01-0XB0)開(kāi)入模板2塊開(kāi)出模板1塊;蓄勢(shì)站接線箱 ET200M(6ES7 153-1AA01-0XB0) 開(kāi)入模板3塊開(kāi)出模板1塊。

4 問(wèn)題分析及解決方案

主缸及壓邊缸分配器是壓機(jī)最主要的操縱部件，為減少壓機(jī)啟動(dòng)及停止時(shí)壓機(jī)的震動(dòng)并保證行走過(guò)程中水壓機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，分配器的凸輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)由數(shù)字矢量型交流變頻器驅(qū)動(dòng)，位置反饋采用絕對(duì)式光電編碼器，消除工作死角并在PLC程序中增加轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償以提高控制精度和開(kāi)閉閥速度。并且在HMI畫(huà)面中定量數(shù)字顯示壓邊缸及主缸分配器位置及模擬圖。

蓄勢(shì)罐壓力、水位、水泵 電機(jī)及其他驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、溫度檢測(cè)等信號(hào)都連接至PLC 遠(yuǎn)程I/O控制箱再由PROFIEBUS-DP總線接口連接至PLC柜以便控制調(diào)節(jié)，按照設(shè)備生產(chǎn)工藝要求編制的程序放置在PLC的用戶存儲(chǔ)器中，根據(jù)輸入指令和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)信號(hào)(水位，壓力，溫度)作出判斷和邏輯處理，發(fā)出各種指令，保證水泵電機(jī)，閥門(mén)等各個(gè)部分按要求運(yùn)行。

普通的編程適配器只能插在CP的接口上編程調(diào)試，對(duì)于較分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的調(diào)試感覺(jué)非常不便，本設(shè)備中水泵蓄勢(shì)站距水壓機(jī)控制柜較遠(yuǎn)如只在CPU一側(cè)調(diào)試是非常困難的， 在此系統(tǒng)中使用了5512卡(筆記本電腦用)可以在帶DP接口任何一個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試編程，使調(diào)試的勞動(dòng)量大大減少且非常方便。

本項(xiàng)目的主缸及壓邊缸分配器驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用的是SIMATIC MM440變頻器系列產(chǎn)品和PROFIBUS-DP總線結(jié)構(gòu)，過(guò)去使用的變頻器控制方式一般都是采用端子硬接線方式，變頻器信息的傳送，如啟動(dòng)、停機(jī)、頻率設(shè)定等都依靠數(shù)字或模擬量的輸入/輸出模板進(jìn)行，在本次設(shè)計(jì)中全部采用DP總線方式，所有的信息均由網(wǎng)線來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。

5 觸摸屏(TP270)

(TP270) 觸摸屏作為現(xiàn)場(chǎng)操作站非常方便。它以最少的設(shè)備數(shù)量可提供最大可能的信息，以幫助操作和設(shè)備維修人員快速準(zhǔn)確的了解系統(tǒng)當(dāng)前狀況及相關(guān)信息。16/22MN沖壓水壓機(jī)PLC控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)時(shí)實(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)設(shè)定均在觸摸屏上進(jìn)行。(TP270)人機(jī)界面作為壓機(jī)控制的重要組成部分，用于壓機(jī)控制的各種數(shù)據(jù)的設(shè)定.顯示.故障報(bào)警.以及相應(yīng)操作和設(shè)備的在線調(diào)試和維護(hù)，在觸摸屏上，分別設(shè)置了參數(shù)設(shè)定和運(yùn)行監(jiān)控等十幾個(gè)畫(huà)面。對(duì)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行了文字說(shuō)明和歷史記錄，水壓機(jī)工作狀態(tài)顯示，故障及各種異常內(nèi)容的指示，水壓機(jī)工作行程指示及安全保護(hù)等功能。以上內(nèi)容均以中文畫(huà)面的形式在操作臺(tái)顯示，操作方便直觀。以便于操作人員能及時(shí)準(zhǔn)確地掌握壓機(jī)的運(yùn)行狀況， 觸摸屏主要包括以下畫(huà)面:

壓機(jī)自動(dòng)工作流程運(yùn)行模擬圖;壓邊缸及主缸行程數(shù)字顯示及分配器參數(shù)設(shè)定;水泵-蓄勢(shì)罐壓力、水位、電機(jī)工作狀態(tài)顯示模擬畫(huà)面;故障報(bào)警信息畫(huà)面。報(bào)警記錄 對(duì)于壓機(jī)行程.供水壓力等重要數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控;變頻器運(yùn)行狀態(tài)指示(運(yùn)行頻率，電機(jī)電流，轉(zhuǎn)矩等)

結(jié)語(yǔ)

16/22MN沖壓水壓機(jī)PLC控制系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試使用，選型合理，工作可靠，梯形圖邏輯滿足16/22MN沖壓水壓機(jī)設(shè)備本身控制和工藝要求，用戶均表示滿意。本文在調(diào)試試車(chē)成功后完成。本系統(tǒng)的組成及PLC控制程序應(yīng)用在其它規(guī)格的水壓機(jī)或其它機(jī)型的PLC上，均有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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