西門子PLC在鋁擠壓機控制中的應用
2012-04-12 00:00:00柴婷婷李卓偉
現代電子技術 2012年5期
摘 要：基于實現生產過程的智能化管理與控制以及提高鋁擠壓制品的質量和產量的目的， 結合27.5MN的鋁擠壓機的生產工藝，采用了SIEMENS S7-400系列PLC的控制系統。著重闡述該類型PLC在自控系統中的硬件構成、控制對象、程序設計以及工藝流程。對編碼器控制、泵起停控制的語句表程序作了詳細介紹。該控制系統實現了設備的連鎖啟停、回路調節、報警等一系列功能。對于當前越來越龐大和復雜的自動化控制系統是一種非常好的解決方案。
關鍵詞：鋁擠壓機； PLC； 工藝流程； 程序設計
中圖分類號：
TN46-34
文獻標識碼：A
文章編號：1004-373X(2012)05
-0189
-03
Application of Siemens PLC in control of aluminum extrusion press
CHAI Ting-ting1， LI Zhuo-wei2
(1.Taiyuan University of Science and Technology， Taiyuan 030024， China;
2.Technology Center， Taiyuan Heavy Industry Co. Ltd.， Taiyuan 030024， China)
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.
Keywords： aluminum extrusion; PLC; technological process
收稿日期：2011-10-20
鋁擠壓技術、擠壓設備已經有近100年的發展歷程了，出現了德國的西馬克(SMS)，德馬克(DEMAG)，日本的宇部興業(UBE)，美國的沙頓(SUTTON)，法國的克萊希姆(CLECIM)等知名公司。我國企業的發展也令人矚目，出現了太原重型機械集團有限公司(簡稱太重)，沈陽重型機器廠，上海重型機械廠，西安重型機械研究所等，對擠壓機的發展和進步都起了重要的推動作用。本文主要介紹了27MN的鋁擠壓機的電氣控制系統，控制采用西門子S7-400系列PLC。
1 主要控制對象
27MN臥式單動短行程前上料鋁擠壓機采用臥式三梁四柱預應力組合框架結構，短行程前上料正向擠壓方式，油泵直接驅動，配置世界先進的機電液控制元件和系統，以及配套齊全的機械化輔助設備，采用PLC與計算機兩級控制，使壓機的速度、位置和壓力得到精確的控制，所采用的主要技術集中體現了當代擠壓機的發展趨勢和先進技術水平，適宜生產制造、利于操作維護，提高生產效率、降低使用成本。本系統共由1個S7-400主站(采用CPU 412-2DP，用于具有對編程、處理速度和通信有額外要求的中型設備)，3個ET200M站，1個WAGO站，1個OP7站構成系統［1］。數字量輸入模塊直接同電氣發訊元件即按鈕、限位開關、壓力繼電器等連接。數字量輸出模塊(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。STEP7硬件組態如圖1所示。
圖1 硬件組態
2 程序設計
本系統采用STEP7組態編程，根據鋁擠壓機控制有壓力控制、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，分別為每部分控制編寫相應的FC(功能Function)、FB(功能塊Function Block)、DB(數據塊Data Block)等，由于系統比較龐大和復雜，這里就不一一介紹詳細的編程細節，只對編碼器控制和泵起停控制的程序予以具體說明。
2.1 編碼器控制
本系統選用TWK拉線式編碼器(選用磁致伸縮位移傳感器)，程序設計方法相同，只是參數有所變化，處理數據程序(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，首先減去初值(程序中是雙整數常數2089731，根據現場采集回來的數字設定初值)，經過雙整數轉換為浮點數，再與系數相乘(程序中是35.255，此系數為傳感器的固有系數)［2］，這樣就得到了實際的行程，放在DB101.DBD0中，當DB101.DBD0小于0時，行程被賦值為0。
2.2 泵起停控制
本系統所有泵的程序類似，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是泵啟動的中間變量，當它通電時，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，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斷開)，泵啟動的同時，延時接通定時器開始計時，在5 s內如果泵啟動命令發出而泵的運行接觸器的輔助觸頭沒有閉合，表明泵有故障，馬上停機，如果輔助觸頭閉合，M70.0(泵啟動指示燈)燈開始常亮。
3 工藝流程
鋁擠壓機生產工藝流程如圖2所示。
首先啟動控制泵，啟動控制泵后才有控制油可以控制其他動作，當延時加載后如果壓力繼電器不發訊，表明有故障停止，如發訊，順序啟動主泵，此時如果壓機不在各自原始位，手動調整至原始位，操作擠壓桶閉合，如果根據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，壓機停止等待到位再動作，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，接著穿孔針到挑墊位置，挑墊片位到位后擠壓桿前進同時穿孔針停止，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，充液閥關閉到位后，填充擠壓，結束后突破擠壓，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，到了擠壓結束位后主側缸卸壓，到達設定壓力值后停止，如壓力值還高繼續卸壓。當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，穿孔針前進到位，潤滑完畢后穿孔針退回，穿孔針潤滑裝置返回，結束一個周期。
4 結 論
鋁擠壓機PLC控制系統實現了設備的連鎖啟停、回路調節、報警等一系列功能。該控制系統運行至今，鋁型材表面及內部質量都完全滿足工藝要求。實踐證明，該系統設計合理，不但提高了鋁型材質量和產量，還提高了擠壓機作業率，同時也改善了工作環境，減輕了勞動強度，為生產提供了強有力的技術保障。對于當前越來越龐大和復雜的自動化控制系統是一種非常好的解決方案。
圖2 生產工藝流程圖
參 考 文 獻
［1］廖常初.S7-300/400 PLC應用技術［M］.2版.北京:機械工業出版社，2008.
［2］崔堅，李佳.西門子工業網絡通信指南［M］.北京:機械工業出版社，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［M］.北京:化學工業出版社，2006.
［5］賈俐俐.擠壓工藝及模具［M］.北京:機械工業出版社，2006.
［6］謝建新，劉靜安.金屬擠壓理論與技術［M］.北京:冶金工業出版社，2002.
［7］廖常初.PLC基礎及應用［M］.北京:機械工業出版社，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.
作者簡介：
柴婷婷 女，1981年出生，山西太原人，碩士，講師。主要研究方向為控制理論與控制工程。
