大口徑方管圓管成型機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)

秦捷

（太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西 太原 030024）

生產(chǎn)實(shí)踐·應(yīng)用技術(shù)

大口徑方管圓管成型機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)

秦捷

（太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西 太原 030024）

簡要介紹了該設(shè)備的結(jié)構(gòu)、功能以及相關(guān)的工藝。通過梳理工藝流程，優(yōu)化了設(shè)備的電氣硬件配置和軟件結(jié)構(gòu)方案，最大限度地節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)質(zhì)量和效率。

運(yùn)動(dòng)控制器 伺服控制 自動(dòng)控制 成型機(jī)

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)與功能

大口徑方管圓管成型機(jī)包括上橫梁裝置、下橫梁裝置、調(diào)整裝置、壓下液壓缸、機(jī)架裝置及梯子走臺(tái)等。

上橫梁裝置主要由橫梁和壓頭組成，橫梁裝置在壓下液壓缸的驅(qū)動(dòng)下，下梁裝置一起將鋼板壓成O形管筒；下橫梁裝置主要由橫梁、傳動(dòng)輥裝置等組成，橫梁通過絲桿、螺母支承在機(jī)架裝置上，作為下部支承，與上橫梁裝置、下橫梁裝置可根據(jù)不同的鋼板規(guī)格上下移動(dòng)，傳動(dòng)輥裝置主要由輥?zhàn)?、電機(jī)、減速機(jī)、液壓缸及支架等組成；調(diào)整裝置主要由電機(jī)、減速機(jī)、萬向接軸、絲桿、螺母、導(dǎo)向桿、導(dǎo)向座、液壓缸等組成，電機(jī)、減速機(jī)、傳動(dòng)絲桿系統(tǒng)可滿足下橫梁裝置上下移動(dòng)行程，導(dǎo)向桿、導(dǎo)向座可保證下橫梁裝置上下平移移動(dòng)，液壓缸在絲桿系統(tǒng)調(diào)整前將下橫梁裝置升起，調(diào)整后將下橫梁裝置與絲桿接觸；機(jī)架裝置主要由立柱、上支承梁、下支承梁等組成。壓下液壓缸用于上橫梁裝置的壓下和升起；梯子走臺(tái)主要由梯子、欄桿、臺(tái)架、柵格板等組成。

2 工藝流程（見圖1）

圖1 成型機(jī)工藝流程圖（圖中帶圈數(shù)字表示步驟順序）

3 主要控制方式

3.1 變頻電機(jī)控制

變頻控制運(yùn)用于輸入輥道、出料小車。輸入輥道和出料小車可根據(jù)工藝的要求調(diào)整到合適的速度以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)功能、適應(yīng)生產(chǎn)節(jié)奏要求。

3.2 伺服電機(jī)控制

伺服控制運(yùn)用于兩臺(tái)推料裝置，配置了西門子1PH8型號(hào)的伺服電機(jī)、西門子S120的變頻器和絕對(duì)值編碼器配合來實(shí)現(xiàn)推料的精準(zhǔn)定位。

3.3 比例閥位置控制

比例閥位置控制運(yùn)用于下橫梁預(yù)凸控制，采用比例閥加位移傳感器來實(shí)現(xiàn)精確控制。下橫梁的升降液壓缸，根據(jù)工藝要求提前設(shè)定好預(yù)凸量，在鋼板壓制過程中對(duì)下橫梁的變形進(jìn)行補(bǔ)償。

3.4 電液伺服控制

電液伺服控制運(yùn)用于主機(jī)6個(gè)主缸同步壓下和4個(gè)回程缸同步回程，配置同步控制器和光柵尺配合控制伺服缸從而實(shí)現(xiàn)6缸同步壓下和4缸返回的功能。

4 硬件配置

控制系統(tǒng)主要配置Siemens 315T-2DP與IM174接口模塊來實(shí)現(xiàn)控制功能，系統(tǒng)拓?fù)鋱D下頁如圖2所示。Siemens 315T-2DP主要用于邏輯控制，如電機(jī)的起停、電磁閥開閉及整個(gè)設(shè)備的手動(dòng)、自動(dòng)邏輯控制。Siemens 315TPLC主要用于運(yùn)動(dòng)控制，如高頻響方向閥的控制以及同步功能。

西門子SIMATIC S7-300T-CPU，可以理解為：集成了FM定位模板的標(biāo)準(zhǔn)S7-300 CPU，所有的程序編制和開發(fā)，都是借助西門子STEP 7軟件環(huán)境，編程語言是用戶所熟悉的LAD、STL、FBD、SCL、Graph、CFC、SFC、Hi Graph。所有的運(yùn)動(dòng)控制程序編制，都是借助STEP 7編程庫中的S7-Tech Library（T-CPU專用的運(yùn)動(dòng)控制指令庫—FB塊），符合PLC open標(biāo)準(zhǔn)，方便用戶直接使用現(xiàn)成的運(yùn)動(dòng)控制指令，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)?？勺畲蟪潭鹊亟档凸こ膛c組態(tài)、調(diào)試和維護(hù)費(fèi)用。由于這些標(biāo)準(zhǔn)功能塊直接集成在SIMATICS7-300T-CPUTechnology系統(tǒng)固件中，因而占用S7-CPU的工作內(nèi)存很少。

圖2315 TCPU控制圖

傳動(dòng)系統(tǒng)主要配置的變頻器帶有Profibus-DP現(xiàn)場總線通訊模塊、變頻裝置控制盤、制動(dòng)單元；變頻裝置具有過電壓、過電流、欠電壓、缺相、變頻器過載、變頻器過熱、電機(jī)過載、輸出接地、輸出短路等保護(hù)功能；變頻器可以靈活地實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程控制，切換時(shí)不得導(dǎo)致系統(tǒng)的失控和振蕩；變頻器對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)應(yīng)有極強(qiáng)的適應(yīng)能力，±10%電壓波動(dòng)范圍內(nèi)能滿載輸出；額定負(fù)載下加/減速時(shí)間1.5 s（到達(dá)額定轉(zhuǎn)速）；變頻器具備150%1 min的過載能力。變頻器要有在超過額定轉(zhuǎn)速下的斷續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)能力，各項(xiàng)溫升滿足要求；無論變頻器在手動(dòng)或自動(dòng)控制時(shí)，在主電源、控制電源短時(shí)失電后，變頻器仍保持失電前控制方式及狀態(tài)，而不需要手動(dòng)復(fù)位或調(diào)整；液壓站電機(jī)功率大于75 kW（含75 kW）的，采用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)；55～75 kW的電機(jī)，采用星-三角啟動(dòng)方式啟動(dòng)；55 kW以下的電機(jī)采用接觸器直接啟動(dòng)。

根據(jù)JCO成型機(jī)的結(jié)構(gòu)與功能，在符合安全操作和方便操作的條件下，將成型機(jī)的控制劃分為主操作臺(tái)、H3流體控制柜、H4流體控制柜。主操作臺(tái)設(shè)有操作元件和Siemens KTP觸摸屏，操作元件主要用于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作、自動(dòng)啟動(dòng)、急停及設(shè)備動(dòng)作較頻繁的機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。Siemens KTP觸摸屏主要用于安全狀態(tài)下遠(yuǎn)程液壓站起停、參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄及設(shè)備動(dòng)作不頻繁的機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。H3流體控制柜主要用于主機(jī)液壓系統(tǒng)泵起停、系統(tǒng)手動(dòng)加載的控制。H4流體系統(tǒng)主要用于輔助設(shè)備液壓系統(tǒng)泵起停、手動(dòng)加載的控制。

5 軟件配置

西門子step7軟件主要用于進(jìn)行邏輯控制編程，西門子S7_Technology進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制編程（主要用于調(diào)試伺服比例閥和伺服電機(jī)）。用西門子WINCC軟件在畫面上對(duì)設(shè)備的工藝參數(shù)設(shè)置、顯示以及設(shè)備故障、報(bào)警記錄。

STEP 7軟件具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通訊組態(tài)、編程、測(cè)試、啟動(dòng)和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷功能等。STEP 7的所有功能均有大量的在線幫助，用鼠標(biāo)打開或選中某一對(duì)象，按F1可以得到該對(duì)象的相關(guān)幫助。在STEP 7中，用項(xiàng)目來管理一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件和軟件。STEP 7用SIMATIC管理器對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行集中管理，它可以方便地瀏覽SIMATIC S7、M7、C7和WinAC的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)STEP 7各種功能所需的SIMATIC軟件工具都集成在STEP 7中。

S7_Technology軟件在SIMATIC CPU內(nèi)集成了運(yùn)動(dòng)控制（Motion Control）功能，以將SIMATIC CPU S7-300的功能與符合PLCopen的運(yùn)動(dòng)控制功能結(jié)合在一起?；赟IMATIC編程語言LAD、FBD或STL對(duì)T-CPU進(jìn)行編程。在單個(gè)應(yīng)用程序中對(duì)PLC和運(yùn)動(dòng)控制功能進(jìn)行編輯。

WINCC軟件是通用的應(yīng)用程序，適合所有工業(yè)領(lǐng)域的解決方案；多語言支持，全球通用；可以集成到所有自動(dòng)化解決方案內(nèi)；內(nèi)置所有操作和管理功能，可簡單、有效地進(jìn)行組態(tài)；可基于Web持續(xù)延展，采用開放性標(biāo)準(zhǔn)，集成簡便；集成的Historian系統(tǒng)作為IT和商務(wù)集成的平臺(tái)；可用選件和附加件進(jìn)行擴(kuò)展；“全集成自動(dòng)化”的組成部分，適用于所有工業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域的解決方案。

6 上位機(jī)畫面

上位機(jī)主要畫面包括：成型機(jī)主畫面、成型機(jī)液壓系統(tǒng)監(jiān)控畫面、成型機(jī)曲線記錄畫面、成型機(jī)數(shù)據(jù)記錄畫面、成型機(jī)故障記錄畫面、成型機(jī)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)畫面。

工藝參數(shù)設(shè)定畫面主要包括以下內(nèi)容：輸入輥道速度設(shè)定、出料小車速度設(shè)定、上橫梁1號(hào)—6號(hào)主缸位置設(shè)定、上橫梁1號(hào)—6號(hào)主缸壓力設(shè)定、上橫梁1組、2組回程缸位置設(shè)定、上橫梁1組、2組回程缸壓力設(shè)定、下橫梁位置設(shè)定、板料長度設(shè)定、板料寬度設(shè)定、板料厚度設(shè)定、1號(hào)推料小車速度設(shè)定、2號(hào)推料小車速度設(shè)定、1號(hào)推料小車步進(jìn)位移設(shè)定、2號(hào)推料小車步進(jìn)位移設(shè)定。

7 網(wǎng)絡(luò)

本設(shè)備Profibus網(wǎng)絡(luò)電氣元件組成有變頻器、編碼器、遠(yuǎn)程I/O等。PLC、觸摸屏、工控機(jī)這幾個(gè)系統(tǒng)之間采用以太網(wǎng)通訊。

PROFIBUS DP是一種功能強(qiáng)大、開放、堅(jiān)固耐用的總線系統(tǒng)，能保證無問題的通訊。PROFIBUSDP用于和現(xiàn)場設(shè)備間的快速、循環(huán)數(shù)據(jù)交換，可從網(wǎng)絡(luò)上的任何地點(diǎn)進(jìn)行組態(tài)、調(diào)試和故障排查。從而自定義的通訊關(guān)系不但通用，而且易于實(shí)施，更改簡便。

工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)計(jì)基于IEEE 802.3（Ethernet）的強(qiáng)大的區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)，使自動(dòng)化部件彼此連接，并連接到工控機(jī)和工作站以及無線通訊部件，可提供同機(jī)種和異機(jī)種通訊。其特點(diǎn)是連接方法簡捷，可快速調(diào)試。因采用冗余網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有高可用性。采用簡單、有效的診斷概念，持續(xù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)部件。由于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)容易擴(kuò)展，因而具有高度靈活性，是系統(tǒng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。由于通過切換技術(shù)其性能可伸縮，以太網(wǎng)的通訊性能幾乎無限制。

8 結(jié)語

成型機(jī)就是將彎邊后的鋼板壓成“O”形管筒或?qū)娺吅蟮匿摪逭蹚澇煞叫喂芡?，此管主要用于排水、熱力工程、結(jié)構(gòu)用管等。合理的電氣系統(tǒng)配置會(huì)給設(shè)備帶來事半功倍的效果，熟悉設(shè)備工藝會(huì)使電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)更符合實(shí)際操作，便于優(yōu)化工藝流程，提高生產(chǎn)效率。

（編輯：張偉）

Automatic Control System of Molding Machine with Large Diameter Circular Tube

Qin Jie
（Technology Center of Taiyuan Heavy Industry Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030024）

This paper briefly introduces the structure，the functions and related technology of the device.Through carding process，electrical hardware configuration and software structure scheme of equipment are optimized to save the production cost maximally and improve the production quality and efficiency.

motion controller，servo control，automatic control，molding machine

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2015.06.26

TG376.9

A

1672-1152（2015）06-0072-03

2015-09-17

秦捷（1984—），男，太原重工股份有限公司技術(shù)中心設(shè)計(jì)員。Email：qinjie840121@126.com