摘 要：基于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化管理與控制以及提高鋁擠壓制品的質(zhì)量和產(chǎn)量的目的， 結(jié)合27.5MN的鋁擠壓機(jī)的生產(chǎn)工藝，采用了SIEMENS S7-400系列PLC的控制系統(tǒng)。著重闡述該類型PLC在自控系統(tǒng)中的硬件構(gòu)成、控制對(duì)象、程序設(shè)計(jì)以及工藝流程。對(duì)編碼器控制、泵起?？刂频恼Z句表程序作了詳細(xì)介紹。該控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的連鎖啟停、回路調(diào)節(jié)、報(bào)警等一系列功能。對(duì)于當(dāng)前越來越龐大和復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)是一種非常好的解決方案。

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關(guān)鍵詞：鋁擠壓機(jī)； PLC； 工藝流程； 程序設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：

TN46-34

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-373X(2012)05

-0189

-03

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Application of Siemens PLC in control of aluminum extrusion press

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CHAI Ting-ting1， LI Zhuo-wei2

(1.Taiyuan University of Science and Technology， Taiyuan 030024， China;

2.Technology Center， Taiyuan Heavy Industry Co. Ltd.， Taiyuan 030024， China)

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Abstract：

In order to realize intelligent management and control of technological process and improve higher productive efficiency and quality of aluminum profiles， according to 27.5MN aluminum extrusion， SIEMENS S7-400 PLC was adopted. The hardware constitution， controlled object， program design and technological process of the PLC in automatic control system are discussed. At the same time， encoder control and pump start-stop control programs of the system are introduced in detail. Aluminum extrusion can accomplish start-stop control linkage， closed-loop control， automation alarm and a series of functions. It is a very good solution for more and more large and complex automatic control system.

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Keywords： aluminum extrusion; PLC; technological process

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收稿日期：2011-10-20

鋁擠壓技術(shù)、擠壓設(shè)備已經(jīng)有近100年的發(fā)展歷程了，出現(xiàn)了德國的西馬克(SMS)，德馬克(DEMAG)，日本的宇部興業(yè)(UBE)，美國的沙頓(SUTTON)，法國的克萊希姆(CLECIM)等知名公司。我國企業(yè)的發(fā)展也令人矚目，出現(xiàn)了太原重型機(jī)械集團(tuán)有限公司(簡稱太重)，沈陽重型機(jī)器廠，上海重型機(jī)械廠，西安重型機(jī)械研究所等，對(duì)擠壓機(jī)的發(fā)展和進(jìn)步都起了重要的推動(dòng)作用。本文主要介紹了27MN的鋁擠壓機(jī)的電氣控制系統(tǒng)，控制采用西門子S7-400系列PLC。

1 主要控制對(duì)象

27MN臥式單動(dòng)短行程前上料鋁擠壓機(jī)采用臥式三梁四柱預(yù)應(yīng)力組合框架結(jié)構(gòu)，短行程前上料正向擠壓方式，油泵直接驅(qū)動(dòng)，配置世界先進(jìn)的機(jī)電液控制元件和系統(tǒng)，以及配套齊全的機(jī)械化輔助設(shè)備，采用PLC與計(jì)算機(jī)兩級(jí)控制，使壓機(jī)的速度、位置和壓力得到精確的控制，所采用的主要技術(shù)集中體現(xiàn)了當(dāng)代擠壓機(jī)的發(fā)展趨勢和先進(jìn)技術(shù)水平，適宜生產(chǎn)制造、利于操作維護(hù)，提高生產(chǎn)效率、降低使用成本。本系統(tǒng)共由1個(gè)S7-400主站(采用CPU 412-2DP，用于具有對(duì)編程、處理速度和通信有額外要求的中型設(shè)備)，3個(gè)ET200M站，1個(gè)WAGO站，1個(gè)OP7站構(gòu)成系統(tǒng)［1］。數(shù)字量輸入模塊直接同電氣發(fā)訊元件即按鈕、限位開關(guān)、壓力繼電器等連接。數(shù)字量輸出模塊(WAGO)直接控制電磁閥、控制繼電器、指示燈等。模擬量輸入模塊直接同壓力傳感器、速度給定電位器等相連。模擬量輸出模塊直接給比例閥放大器信號(hào)。STEP7硬件組態(tài)如圖1所示。

圖1 硬件組態(tài)

2 程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用STEP7組態(tài)編程，根據(jù)鋁擠壓機(jī)控制有壓力控制、位置控制、速度控制、模擬等溫控制、擠壓筒溫度控制等控制系統(tǒng)，分別為每部分控制編寫相應(yīng)的FC(功能Function)、FB(功能塊Function Block)、DB(數(shù)據(jù)塊Data Block)等，由于系統(tǒng)比較龐大和復(fù)雜，這里就不一一介紹詳細(xì)的編程細(xì)節(jié)，只對(duì)編碼器控制和泵起?？刂频某绦蛴枰跃唧w說明。 

2.1 編碼器控制

本系統(tǒng)選用TWK拉線式編碼器(選用磁致伸縮位移傳感器)，程序設(shè)計(jì)方法相同，只是參數(shù)有所變化，處理數(shù)據(jù)程序(STL 語句表statement list)如下:



A( 

L L#2089731

L PID 512

-D 

T DB100.DBD 96

AN OV

SAVE 

CLR 

A BR

) 

JNB _001

L DB100.DBD 96

DTR 

T DB100.DBD 88



A( 

L DB100.DBD 88

L 3.525500e+001

/R 

T DB100.DBD 92

AN OV

SAVE 

CLR 

A BR

) 

JNB _002

L DB100.DBD 92

RND 

T DB100.DBD 0



A( 

L DB100.DBD 0

L L#0

<=D 

) 

JNB _003

L 0

T DB100.DBD 0



其中PID516是編碼器采集回來的SSI信號(hào)，首先減去初值(程序中是雙整數(shù)常數(shù)2089731，根據(jù)現(xiàn)場采集回來的數(shù)字設(shè)定初值)，經(jīng)過雙整數(shù)轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)，再與系數(shù)相乘(程序中是35.255，此系數(shù)為傳感器的固有系數(shù))［2］，這樣就得到了實(shí)際的行程，放在DB101.DBD0中，當(dāng)DB101.DBD0小于0時(shí)，行程被賦值為0。

2.2 泵起?？刂篇?/p>

本系統(tǒng)所有泵的程序類似，這里寫出一段，其他程序以此類推。程序如下：



A( 

O M 70.0

O Q 1.2

) 

AN M 70.1

A M 30.3

= L 0.0

A L 0.0

BLD 102

= Q 1.2

A L 0.0

BLD 102

L S5T#5S

SD T 11

A L 0.0

A T 11

AN I 13.2

R Q 1.2

A L 0.0

A( 

A M 100.5

AN I 13.2

O I 13.2

) 

= M 70.2



其中M70.0是泵啟動(dòng)的中間變量，當(dāng)它通電時(shí)，M70.1(泵停止命令)沒有得電，并且M30.3(泵站工作正常)得電的情況下，Q1.2(該泵啟動(dòng)，并且Q1.2命令自保，只有在泵停止命令或泵站工作不正常時(shí)斷開)，泵啟動(dòng)的同時(shí)，延時(shí)接通定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，在5 s內(nèi)如果泵啟動(dòng)命令發(fā)出而泵的運(yùn)行接觸器的輔助觸頭沒有閉合，表明泵有故障，馬上停機(jī)，如果輔助觸頭閉合，M70.0(泵啟動(dòng)指示燈)燈開始常亮。

3 工藝流程

鋁擠壓機(jī)生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。

首先啟動(dòng)控制泵，啟動(dòng)控制泵后才有控制油可以控制其他動(dòng)作，當(dāng)延時(shí)加載后如果壓力繼電器不發(fā)訊，表明有故障停止，如發(fā)訊，順序啟動(dòng)主泵，此時(shí)如果壓機(jī)不在各自原始位，手動(dòng)調(diào)整至原始位，操作擠壓桶閉合，如果根據(jù)拉線式編碼器測定到了減速位，減速后到了鎖緊位鎖緊，如果不到鎖緊位，壓機(jī)停止等待到位再動(dòng)作，如到位供錠器供錠，到位后才可供錠器供墊，到位后穿孔針前進(jìn)，接著穿孔針到挑墊位置，挑墊片位到位后擠壓桿前進(jìn)同時(shí)穿孔針停止，到供墊器下降位后供墊器下降或到供錠器退回位后供錠器退回，此時(shí)判斷供墊器下降到位了沒有，沒有則擠壓桿停，有則判斷供錠器是否退回到位，到位后如果可以穿孔了，則穿孔針前進(jìn)，充液閥關(guān)閉到位后，填充擠壓，結(jié)束后突破擠壓，完成后開始正常擠壓，編碼器取值到終端減速位后停止擠壓；如未到，開始終端擠壓，到了擠壓結(jié)束位后主側(cè)缸卸壓，到達(dá)設(shè)定壓力值后停止，如壓力值還高繼續(xù)卸壓。當(dāng)擠壓桶卸壓完成后穿孔針退回，到位后擠壓筒松開脫料，脫料到位，充液閥打開到位，擠壓桿退回，到位，擠壓桶松開到剪切位，墊片接收器上升到位，主剪打墊，到打墊位，墊片接收器下降，到下位，主剪剪切，同時(shí)墊片回送，墊片潤滑。主剪到下位后主剪上升，穿孔針潤滑裝置下降，穿孔針前進(jìn)到位，潤滑完畢后穿孔針退回，穿孔針潤滑裝置返回，結(jié)束一個(gè)周期。

4 結(jié) 論

鋁擠壓機(jī)PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的連鎖啟停、回路調(diào)節(jié)、報(bào)警等一系列功能。該控制系統(tǒng)運(yùn)行至今，鋁型材表面及內(nèi)部質(zhì)量都完全滿足工藝要求。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，不但提高了鋁型材質(zhì)量和產(chǎn)量，還提高了擠壓機(jī)作業(yè)率，同時(shí)也改善了工作環(huán)境，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，為生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。對(duì)于當(dāng)前越來越龐大和復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)是一種非常好的解決方案。

圖2 生產(chǎn)工藝流程圖

參 考 文 獻(xiàn)

［1］廖常初.S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)［M］.2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.



［2］崔堅(jiān)，李佳.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.



［3］［美］FRAN K D PETRUZELLA.Programmable Logic Controllers［M］.侯世英，譯.北京:人民郵電出版，2007.



［4］魏軍.金屬擠壓機(jī)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.



［5］賈俐俐.擠壓工藝及模具［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.



［6］謝建新，劉靜安.金屬擠壓理論與技術(shù)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2002.



［7］廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.



［8］Siemens AG. Communication with SIMATIC system manual \\[M\\]. \\[S.l.\\]: Siemens AG， 2006.



［9］Siemens AG. conigurong hardware and communication step 7 manual \\[M\\]. \\[S.l.\\]: Siemens AG， 2006.



［10］Siemens AG. function block diagram(fbd)fors7-300 and s7-400 programming reference manual \\[M\\]. \\[S.l.\\]: Siemens AG， 2006.

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作者簡介：

柴婷婷 女，1981年出生，山西太原人，碩士，講師。主要研究方向?yàn)榭刂评碚撆c控制工程。