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(dòng)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(gè)水壓機(jī)系統(tǒng)分為提供動(dòng)力的水泵站和壓機(jī)本體兩個(gè)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(tái)，功率：15kW，電壓：AC380V。（2）伺服液壓站循環(huán)冷卻電機(jī)1臺(tái)，功率：2.2kW，電壓：AC380V。（3）2個(gè)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(jí)IP64，最高分辨率4096。主要用于主分配器轉(zhuǎn)動(dòng)位置的角度的檢測。（5）壓機(jī)各個(gè)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(gè)低壓控制柜，一個(gè)裝有操作手柄和操作按鈕及顯示燈的操作臺(tái)，以及一臺(tái)西門子MP277觸摸屏。低壓控制柜中的PLC作為主站，操作臺(tái)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(tái)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(dòng)橫梁的位置顯示，是以上下平砧貼合為0，計(jì)算活動(dòng)橫梁向上抬起的距離；有報(bào)警及故障指示。

2.2 具體動(dòng)作

水壓機(jī)活動(dòng)橫梁的上下動(dòng)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(tái)上的電磁閥和氣動(dòng)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(dòng)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(shí)實(shí)位置（角度），與操作臺(tái)上操作手柄的位置（角度）通過PLC程序的計(jì)算和連鎖控制，以達(dá)到隨動(dòng)的作用。

活動(dòng)橫梁主側(cè)油缸的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程分為加壓、充液、停止、回程共四個(gè)步驟。操作臺(tái)上的鍛造操作手柄也設(shè)置四個(gè)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(gè)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(shí)讀數(shù)的微小誤差，當(dāng)手柄處于“零位”時(shí)固定送入12450為讀數(shù)，不在零位則送入當(dāng)前時(shí)實(shí)值為讀數(shù)。如圖1所示。

通過計(jì)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(dòng)手柄時(shí)，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(dòng)主分配器隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)造成的誤差，設(shè)定手柄微動(dòng)在5°范圍以內(nèi)不算做操作手柄產(chǎn)生動(dòng)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(dòng)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(dòng)橫梁靠自重下降直至到接觸工件位置，主工作缸自動(dòng)進(jìn)水，實(shí)現(xiàn)活動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)橫梁保持當(dāng)前位置不動(dòng)。當(dāng)需要其他動(dòng)作時(shí)可以繼續(xù)推動(dòng)操作手柄來執(zhí)行其他動(dòng)作。（4）回程行程：工作行程結(jié)束時(shí)，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(gè)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(dòng)活動(dòng)橫梁向上運(yùn)動(dòng)。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(jià)值。

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