摘 要:隨著市場需求的不斷增加,自由鍛造水壓機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)得到了很大提高。為了更好地提高自由鍛造水壓機(jī)的性能,文章闡述了西門子PLC配合編碼器在水壓機(jī)電氣控制上的具體應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:西門子PLC;編碼器;水壓機(jī)
自由鍛造水壓機(jī)是我們北方重工集團(tuán)有限公司原壓延設(shè)備分公司的主要產(chǎn)品之一。因其具有工作行程大、在全行程中能對工件施加最大工作力、沒有巨大的沖擊和噪聲、勞動條件較好、環(huán)境污染較小、運(yùn)行成本低等特點(diǎn),廣泛的應(yīng)用于機(jī)械工程領(lǐng)域中的鍛壓工藝過程,特別適用于鍛壓大型和難變形的工件。
整個水壓機(jī)系統(tǒng)分為提供動力的水泵站和壓機(jī)本體兩個部分。文章介紹的是壓機(jī)本體部分的電氣控制方式。
1 控制系統(tǒng)中需要PLC控制的主要設(shè)備元件
(1)伺服液壓站油泵電機(jī)2臺,功率:15kW,電壓:AC380V。(2)伺服液壓站循環(huán)冷卻電機(jī)1臺,功率:2.2kW,電壓:AC380V。(3)2個比例閥,放大板安裝在低壓控制柜中,主要用于液壓伺服泵站中控制主分配器。(4)絕對值型編碼器,采用ELCO品牌供電電壓為DC24V的編碼器,防護(hù)等級IP64,最高分辨率4096。主要用于主分配器轉(zhuǎn)動位置的角度的檢測。(5)壓機(jī)各個部分需要的用于溫度、壓力、流量、位移及光電限位等電氣檢測功能元件。
2 具體電氣控制方案
2.1 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)中的壓機(jī)控制部分由一個低壓控制柜,一個裝有操作手柄和操作按鈕及顯示燈的操作臺,以及一臺西門子MP277觸摸屏。低壓控制柜中的PLC作為主站,操作臺中ET200M作為從站,和MP277觸摸屏通過PROFIBUS-DP通訊網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行通訊,與外部泵站使用以太網(wǎng)通訊。
操作臺上面主要有:鍛造操作手柄、伺服控制系統(tǒng)啟/停按鈕、快鍛/常鍛轉(zhuǎn)換旋鈕、壓力轉(zhuǎn)換旋鈕等操作按鈕。
觸摸屏上主要有:顯示充液罐壓力、中間缸壓力、側(cè)缸壓力、等壓力數(shù)值;操作手柄和分配器主軸角度顯示;液位指示燈顯示,包括充液罐液位、低壓緩沖器液位、泵站高壓罐液位;有活動橫梁的位置顯示,是以上下平砧貼合為0,計算活動橫梁向上抬起的距離;有報警及故障指示。
2.2 具體動作
水壓機(jī)活動橫梁的上下動作的實(shí)現(xiàn)主要是通過操作手柄來控制主分配器、主分配器控制閥臺上的電磁閥和氣動閥,再經(jīng)電磁閥等控制元件控制主側(cè)油缸和輔助設(shè)備的動作來實(shí)現(xiàn)的。
主分配器上裝有絕對值型旋轉(zhuǎn)編碼器,檢測主分配器時實(shí)位置(角度),與操作臺上操作手柄的位置(角度)通過PLC程序的計算和連鎖控制,以達(dá)到隨動的作用。
活動橫梁主側(cè)油缸的整個運(yùn)動過程分為加壓、充液、停止、回程共四個步驟。操作臺上的鍛造操作手柄也設(shè)置四個位置(區(qū)域),由前至后為:加壓、充液、停止、回程。取手柄垂直中間位為停止位,標(biāo)注為0°角度位置。手,向前0°至-45°的角度區(qū)域?yàn)槌湟簠^(qū)域,手柄角度越大充液越快;向前-45°至-90°的角度區(qū)域?yàn)榧訅簠^(qū)域,手柄角度越大進(jìn)水閥們開度越大,加壓速度越快;向后0°至90°的角度區(qū)域?yàn)榛爻虆^(qū)域,手柄角度越大回程速度越快。
絕對值型旋轉(zhuǎn)編碼器裝配在主分配器上,檢測主分配器的角度位置,用來對應(yīng)鍛造操作手柄的四個行程。當(dāng)編碼器處于0°角度位置(機(jī)械零位,初始位置需人工校正)為“停止位置”;向前0°至-8°的角度區(qū)域?yàn)椤俺湟簠^(qū)域”;向前-8°至-16°的角度區(qū)域?yàn)椤凹訅簠^(qū)域”;向后 0°至8°的角度區(qū)域?yàn)椤盎爻虆^(qū)域”。
手柄角度與絕對值編碼器角度采集數(shù)值通過PLC換算成相應(yīng)角度,手柄位置采集量為word格式0-27648,中間位置是讀數(shù)為12450,即0°位置,為避免每次手柄歸位時讀數(shù)的微小誤差,當(dāng)手柄處于“零位”時固定送入12450為讀數(shù),不在零位則送入當(dāng)前時實(shí)值為讀數(shù)。如圖1所示。
通過計算當(dāng)量,讀取編碼器讀數(shù)并匹配手柄角度。如圖2所示。
當(dāng)操作人員推動手柄時,手柄角度發(fā)生變化,不同于對應(yīng)的編碼器角度,利用差值通過比例溢流閥驅(qū)動主分配器隨之轉(zhuǎn)動,直至編碼器所處工作位置與手柄的相應(yīng)位置相同。
此過程中還需要消除手柄微動造成的誤差,設(shè)定手柄微動在5°范圍以內(nèi)不算做操作手柄產(chǎn)生動作。如圖3所示。當(dāng)差值大于5°送當(dāng)前量,差值大于最大行程送最大位移量。如圖4、5所示。
具體行程工作如下:(1)充液行程:水壓機(jī)操作手將操作手柄由停止位置向前推動到“充液區(qū)域”,伺服系統(tǒng)中的比例電磁閥控制接力器旋轉(zhuǎn),使主分配器的回程缸排水閥閥門打開,中間缸排水閥和兩側(cè)缸排水閥按先后順序關(guān)閉,活動橫梁靠自重下降直至到接觸工件位置,主工作缸自動進(jìn)水,實(shí)現(xiàn)活動橫梁空程下降。(2)加壓行程:水壓機(jī)操作手將操作手柄由“沖液區(qū)域”繼續(xù)向前推動到“加壓區(qū)域”,伺服系統(tǒng)中的比例電磁閥控制接力器繼續(xù)旋轉(zhuǎn),主分配器的中間缸進(jìn)水閥、兩側(cè)缸進(jìn)水閥先后打開,高壓水經(jīng)過頂端充液閥進(jìn)入工作缸,開始加壓工作。(3)停止位置:水壓機(jī)操作手將操作手柄扳到“停止位置”,伺服系統(tǒng)中的比例電磁閥控制接力器旋轉(zhuǎn),驅(qū)動分配器主軸轉(zhuǎn)到原始平衡位置停止。各項(xiàng)電磁閥關(guān)閉,活動橫梁保持當(dāng)前位置不動。當(dāng)需要其他動作時可以繼續(xù)推動操作手柄來執(zhí)行其他動作。(4)回程行程:工作行程結(jié)束時,水壓機(jī)操作手將操作手柄經(jīng)過“充液區(qū)域”及“停止位置”往回扳到“回程區(qū)域”,伺服系統(tǒng)中的比例電磁閥控制接力器反向旋轉(zhuǎn),三個工作缸進(jìn)水閥依次關(guān)閉,隨后工作缸排水閥打開卸壓,然后接力器繼續(xù)旋轉(zhuǎn),回程缸進(jìn)水閥打開,高壓水進(jìn)入側(cè)面回程缸,帶動活動橫梁向上運(yùn)動。迫使主工作缸中大量液體排入低壓緩沖器和下方的充液罐。
我廠生產(chǎn)的自由鍛水壓機(jī)已在許多工廠投入運(yùn)行,經(jīng)由在實(shí)際生產(chǎn)過程中的監(jiān)測和檢驗(yàn),此類控制方式的水壓機(jī)操控簡單,技術(shù)先進(jìn),設(shè)備運(yùn)行性能良好,故障率低,深受用戶好評。文章在同類產(chǎn)品中具有借鑒價值。
參考文獻(xiàn)
[1]SIEMENS S7-300.可編程序控制器手冊[S].
[2]SIEMENS.工業(yè)以太網(wǎng)通訊手冊[S].
[3]SIEMENS.現(xiàn)場總線部件手冊[S].
[4]S7-300PLC 2004.深入淺出西門子[S].北京航空航天大學(xué)出版社.