PLC在千吨液压机控制系统改造中的应用*
日期：2006-5-7 23:20:12 来源：本文摘自《PLC&FA》
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某大修厂千吨封头拉深水压机主要用于中厚板、薄板封头热拉深生产。原控制系统以继电器为主控元件，故障率高，维护维修困难,不能实现工艺所必需的压力和流量控制，不能进行点动、手动及半自动操作。鉴于原水压动力系统元部件无厂家生产，将系统传动介质改为液压油，改水压机为液压机，并综合应用PLC控制与比例阀、变量泵技术于千吨水压机控制系统改造中，实现无级调定压力和流量。通过互锁控制及三地操作，保证了设备安全和操作的方便性。
在受到液压机原有本体设备格局的束缚、无法对整体框架进行改造的情况下，将压机本体改造为三梁四柱式结构。执行机构包括主缸、提升缸、顶出缸和大小压边缸。其中，小压边缸置于活动横梁内，用于压制小于Φ1000mm封头;大压边缸固定于活动横梁前后两侧，用于压制大于Φ1000mm封头。改造后的压机拉深封头的一次工作循环为:动梁上行→上料→压边圈快速下行→主缸充液(快速行程)→主缸加压(工作行程)→动深回程→悬空停止。电磁铁动作表如表1所示。
3 PLC电控系统设计
3.1 硬件设计与软件实现
系统中所用的断路器、接触器、热继电器、转换开关、按钮、指示灯等控制元件均选用可靠性高、电气寿命长的IEC标准优质产品。泵站、压机、高位油箱上的配线,采用包塑金属软管,并配有软管接头，打有管夹,可防止线缆拔脱和线缆的机械损伤。压力传感器选用电流输出形式，压力传感器至控制台数字面板表的信号传输采用屏蔽信号电缆，克服了信号传输过程中的衰减和干扰，保证面板表显示数据的准确性。
PLC选用西门子公司的模板式可编程控制器，主要模板包括:一块CPU941模板，三块32点输入模板(430)，一块16/16点输入/输出模板(482)，一块32点输出模板(451)，两块16点输出模板(454)。I/O总点数112/80点，实际使用96/74点,留约10%的裕量，以备功能修改时点数扩展。用户程序模块选用EEPROM(375)，容量为8K，实际程序量约为6K字节。各输入输出模板的编址见表2所示:
压机改造后属万能压机类。除压制封头时，主缸总有一个“保压后卸载”的工艺过程。若卸载过程处理不好，则主缸换向必定产生强烈振动和噪声。传统的方法是采用溢流阀卸荷，难以实现卸荷压力从0-32MPa间的任意变化，所以卸荷的效果欠佳。而采用比例溢流阀则能满足卸荷压力在0-32MPa间的任意控制和调节，再加上PLC控制后,其卸荷功能会更好。比例电磁铁接线如图1所示。
应用软件采用模块化结构，其中的组织块(OB)和程序块(PB)及其控制功能如表3所示。
3.2 三地操作
(1) 本地操作台即主操作台，对所有电动机进行远程启停操作;加热器加热、停止控制;所有工艺过程进行远程自动操作控制(如主缸、提升缸升降,顶出缸顶出、缩回，大小压边缸升降,压制大小封头的工进等);对设备的运行状态进行集中指示(电动机的运行、停止,各缸的进、退,泵的工作、卸荷等)，使设备整体运行状况一目了然;对系统的故障(横梁超上下限，液压系统超压、超高低液位、超高低温等)进行集中声光报警;对主压力、大小压边力、系统压力进行数字显示;对主压力、大小压边力进行远程手动调定;对数字面板表进行定度等。
(2) 机旁操作箱，对主缸、提升缸、大小压边缸、顶出缸的升降，对大小封头工进进行集中点动操作控制，方便生产过程的上料和卸料。
(3) 远地操作台即液压站旁操作箱，对主泵、循环泵、加热器进行本地启停操作控制，本地、远程控制切换，泵的卸荷控制等，方便调试及维修。
1 引言
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某大修厂千吨封头拉深水压机主要用于中厚板、薄板封头热拉深生产。原控制系统以继电器为主控元件，故障率高，维护维修困难,不能实现工艺所必需的压力和流量控制，不能进行点动、手动及半自动操作。鉴于原水压动力系统元部件无厂家生产，将系统传动介质改为液压油，改水压机为液压机，并综合应用PLC控制与比例阀、变量泵技术于千吨水压机控制系统改造中，实现无级调定压力和流量。通过互锁控制及三地操作，保证了设备安全和操作的方便性。
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2 工艺原理分析
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在受到液压机原有本体设备格局的束缚、无法对整体框架进行改造的情况下，将压机本体改造为三梁四柱式结构。执行机构包括主缸、提升缸、顶出缸和大小压边缸。其中，小压边缸置于活动横梁内，用于压制小于Φ1000mm封头;大压边缸固定于活动横梁前后两侧，用于压制大于Φ1000mm封头。改造后的压机拉深封头的一次工作循环为:动梁上行→上料→压边圈快速下行→主缸充液(快速行程)→主缸加压(工作行程)→动深回程→悬空停止。电磁铁动作表如表1所示。
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表1 电磁铁动作表
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3 PLC电控系统设计
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3.1 硬件设计与软件实现
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系统中所用的断路器、接触器、热继电器、转换开关、按钮、指示灯等控制元件均选用可靠性高、电气寿命长的IEC标准优质产品。泵站、压机、高位油箱上的配线,采用包塑金属软管,并配有软管接头，打有管夹,可防止线缆拔脱和线缆的机械损伤。压力传感器选用电流输出形式，压力传感器至控制台数字面板表的信号传输采用屏蔽信号电缆，克服了信号传输过程中的衰减和干扰，保证面板表显示数据的准确性。
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PLC选用西门子公司的模板式可编程控制器，主要模板包括:一块CPU941模板，三块32点输入模板(430)，一块16/16点输入/输出模板(482)，一块32点输出模板(451)，两块16点输出模板(454)。I/O总点数112/80点，实际使用96/74点,留约10%的裕量，以备功能修改时点数扩展。用户程序模块选用EEPROM(375)，容量为8K，实际程序量约为6K字节。各输入输出模板的编址见表2所示:
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表2 各输入输出模板的编址
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压机改造后属万能压机类。除压制封头时，主缸总有一个“保压后卸载”的工艺过程。若卸载过程处理不好，则主缸换向必定产生强烈振动和噪声。传统的方法是采用溢流阀卸荷，难以实现卸荷压力从0-32MPa间的任意变化，所以卸荷的效果欠佳。而采用比例溢流阀则能满足卸荷压力在0-32MPa间的任意控制和调节，再加上PLC控制后,其卸荷功能会更好。比例电磁铁接线如图1所示。
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图1 比例电磁铁接线图
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应用软件采用模块化结构，其中的组织块(OB)和程序块(PB)及其控制功能如表3所示。
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表3 模块及控制功能
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3.2 三地操作
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(1) 本地操作台即主操作台，对所有电动机进行远程启停操作;加热器加热、停止控制;所有工艺过程进行远程自动操作控制(如主缸、提升缸升降,顶出缸顶出、缩回，大小压边缸升降,压制大小封头的工进等);对设备的运行状态进行集中指示(电动机的运行、停止,各缸的进、退,泵的工作、卸荷等)，使设备整体运行状况一目了然;对系统的故障(横梁超上下限，液压系统超压、超高低液位、超高低温等)进行集中声光报警;对主压力、大小压边力、系统压力进行数字显示;对主压力、大小压边力进行远程手动调定;对数字面板表进行定度等。
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(2) 机旁操作箱，对主缸、提升缸、大小压边缸、顶出缸的升降，对大小封头工进进行集中点动操作控制，方便生产过程的上料和卸料。
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(3) 远地操作台即液压站旁操作箱，对主泵、循环泵、加热器进行本地启停操作控制，本地、远程控制切换，泵的卸荷控制等，方便调试及维修。
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