關(guān)于某36MN鋁型材擠壓機(jī)的電氣控制系統(tǒng)研究

杜鴻運(yùn)　白一波　付玉梅

摘 要：本文依據(jù)鋁型材擠壓機(jī)的基本生產(chǎn)工藝，探討了PLC、上位計(jì)算機(jī)在整個(gè)電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并分析了36MN鋁擠壓機(jī)電氣控制系統(tǒng)的構(gòu)成、基本特點(diǎn)及主要功能。通過PLC與上位計(jì)算機(jī)之間的緊密配合，能使整個(gè)生產(chǎn)過程的管理與控制變得更加智能化，同時(shí)此控制系統(tǒng)還能依據(jù)相關(guān)要求，為工藝人員更好操作提供準(zhǔn)確、全面的工藝參數(shù)，因而能夠顯著提升鋁錠的綜合利用率與合格率。

關(guān)鍵詞：36MN；鋁型材擠壓機(jī)；電氣控制系統(tǒng)

在設(shè)計(jì)36MN鋁擠壓機(jī)電氣控制系統(tǒng)時(shí)，選用了兩極控制，即工業(yè)可編程序控制器與上位工業(yè)控制機(jī)。針對上位工業(yè)控制機(jī)而言，其選用的是最新型的一體化工控機(jī)，而針對工業(yè)可編程序控制器（PLC）來講，其運(yùn)用的是光洋SU-6M PLC（日本產(chǎn)）。該系統(tǒng)將性能參數(shù)作為工藝過程控制與設(shè)備控制的基本目標(biāo)，有著良好的功能表現(xiàn)，因而大幅提升了產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，使整個(gè)工作周期得到大幅縮短。

1.生產(chǎn)設(shè)備及工藝分析

針對此設(shè)備而言，其由多部分構(gòu)成，不僅有推錠裝置、快換擠壓桿裝置、模架、擠壓桿，而且還有供錠器、運(yùn)錠裝置、換模裝置、主剪及擠壓筒等。

2.控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成

2.1擠壓速度閑環(huán)控制的基本原理及應(yīng)用

擠壓機(jī)速度控制系統(tǒng)如圖1所示。針對擠壓機(jī)生產(chǎn)而言，其核心特點(diǎn)即為：在實(shí)際擠壓生產(chǎn)階段，當(dāng)處于實(shí)際擠壓狀態(tài)時(shí)，須根據(jù)實(shí)際情況及需要，保持恒定、平穩(wěn)的擠壓速度，如果速度不穩(wěn)，不僅會(huì)造成型材出現(xiàn)變形情況，而且還會(huì)產(chǎn)生波紋，另外，型材的表面也會(huì)變得比較粗糙，因而會(huì)對整個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。因此，這便需要設(shè)備在面對各種類型的擾動(dòng)狀況下，能夠以一種自動(dòng)、高效的方式對偏差進(jìn)行糾正。圖1當(dāng)中速度給定即為設(shè)定的數(shù)字量；針對電壓Ug而言，由上位機(jī)給定，而對于輸出量來講，則由泵頭傳感器進(jìn)行監(jiān)測，且向反饋電壓Uf進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將此電壓反饋至輸入端，并與給定量進(jìn)行比較；而針對其偏差電壓而言，則經(jīng)放大器對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，以此使擠壓速度適中控制在給定速度上。

2.2運(yùn)錠裝置變頻調(diào)速控制分析

針對運(yùn)錠裝置而言，其在變頻調(diào)速方面，主要采用的是施耐德變頻器來完成此操作，針對此裝置而言，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)低速、平穩(wěn)的運(yùn)行，而且還有比較廣的調(diào)速范圍，可以以較快速度且比較準(zhǔn)確的進(jìn)行送錠操作，并能準(zhǔn)確停車，以較快速度返回至初始地，由此可知，此裝置能夠?qū)崿F(xiàn)各種所需速度。針對異步電動(dòng)機(jī)來講，其轉(zhuǎn)速n（r/min）可用公式表示為：

n=60f1（1-s）/p（1）。在此公式當(dāng)中，f1所表示的是電子頻率（Hz）；s表示的是轉(zhuǎn)差率；p表示的是極對數(shù)。如果轉(zhuǎn)差率處于一種相對恒定的狀態(tài)，且將定子頻率進(jìn)行均勻的改變時(shí)，便能以一種比較平滑的方式，對電機(jī)相應(yīng)同步轉(zhuǎn)速進(jìn)行適當(dāng)性改變；對于異步電動(dòng)機(jī)而言，其定子反電動(dòng)勢E（V）是：W=4.44fWK 。在此公式當(dāng)中，f所表示的是定子電源頻率（Hz）；W表示的是定子繞組每相匝數(shù)；K表示的是比例系數(shù)； 表示的是氣隙磁通。而定子電壓U（V）用公式表示為UE+Ir（2）。在此公式當(dāng)中，r所表示的是定子電阻（ ）；I表示的是電動(dòng)機(jī)電流（A）。利用公式（2），經(jīng)換算與推導(dǎo)，可得到U-Ir=4.4fWK ，如果使 維持恒定狀態(tài)，當(dāng)f發(fā)生改變時(shí)，定子反電動(dòng)勢E需有一定程度的改變，因E難以控制與檢測，在現(xiàn)實(shí)運(yùn)用過程中，需伴隨f的降低，而使U的變化予以適當(dāng)降低。

2.3SU-6M可編程控制器

針對SU-6M可編程控制器來講，即為PLC（光洋KOYO公司產(chǎn)），本系統(tǒng)將其應(yīng)用在壓機(jī)的工作安全聯(lián)鎖控制、顯示、報(bào)警及邏輯控制等。此PLC主要有高速計(jì)數(shù)器模塊、模擬量輸入/輸出模塊、開關(guān)量信號輸入/輸出模塊及通訊模塊等構(gòu)成。SU-6M將DC24V作為其開關(guān)量輸入，而將繼電器輸出作為其輸出。

2.4擠壓筒感應(yīng)加熱控制

在整個(gè)擠壓機(jī)中，擠壓筒起到非常重要的作用，因在實(shí)際擠壓中，從鑄錠鐓粗至擠壓完成，擠壓筒需承受高摩擦、高壓及高溫等方面的綜合作用，用梯度式多段曲線加熱控制方式，能降低擠壓筒溫度分布梯度，使內(nèi)、外套的熱膨脹差縮小，預(yù)防外套或內(nèi)套脫出情況，還能避免裂紋的產(chǎn)生，因而能使擠壓筒使用壽命得到大幅提升。

2.5壓機(jī)的操作控制

針對壓機(jī)的操作控制而言，其主要有三種工作方式，分別為半自動(dòng)、手動(dòng)與調(diào)整，如果與初始條件相滿足，按下啟動(dòng)按鈕，便能進(jìn)行一次擠壓過程。當(dāng)處于半自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，如果需要暫時(shí)中斷工作，即需要對某些情況進(jìn)行處理時(shí)，按下中斷按鈕，終止壓機(jī)工作，當(dāng)處理好相關(guān)問題后，再按下中斷按鈕，此時(shí)，其便會(huì)重新恢復(fù)工作狀態(tài)。

3.擠壓機(jī)控制系統(tǒng)中的上位機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1上位機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成

針對上位機(jī)系統(tǒng)而言，其主要有通訊電纜、計(jì)算機(jī)擠壓系統(tǒng)軟件、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等構(gòu)成。上位機(jī)經(jīng)串口，連接與PLC，RS232為其通訊協(xié)議，其通訊速率是19000波特率。針對計(jì)算機(jī)擠壓系統(tǒng)軟件來講，其主要有兩部分構(gòu)成，其一監(jiān)控系統(tǒng)，其二為輔助系統(tǒng)，共同將擠壓任務(wù)完成。對于輔助系統(tǒng)而言，其面向PLC與管理而設(shè)定，能夠?qū)崿F(xiàn)OLC I/O監(jiān)測、模具及班次選擇與設(shè)定參數(shù)的下載、工藝和設(shè)定數(shù)據(jù)的管理與編輯等；針對監(jiān)控系統(tǒng)而言，其主要面向監(jiān)測，能夠顯示擠壓機(jī)工作狀態(tài)時(shí)注入液、電、機(jī)等模擬量，除此之外，還能對當(dāng)前班次、生產(chǎn)情況進(jìn)行準(zhǔn)確記錄。

3.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理

能夠定期對控制數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)的備份，并且還能提供還原功能，預(yù)防系統(tǒng)出現(xiàn)損壞狀況時(shí)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)能夠及時(shí)恢復(fù)，將損失降至最低。

3.3工藝參數(shù)的管理

針對工藝參數(shù)而言，其主要?jiǎng)澐譃槿N，即鑄錠參數(shù)、模具參數(shù)及型材參數(shù)，它們處于一一對應(yīng)的關(guān)系。在工藝參數(shù)管理窗體下，能夠使各類型型材的參數(shù)、工藝計(jì)算的輸入與編輯得以實(shí)現(xiàn)，并且能夠?qū)嵤┐鎯?chǔ)與數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。

4.結(jié)語

綜上，針對此控制系統(tǒng)而言，其已經(jīng)在鋁型擠壓生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了管理與生產(chǎn)的高效化與自動(dòng)化，如此一來，不僅能夠大幅降低產(chǎn)品成本，而且還能節(jié)約大量能耗，有助于整體產(chǎn)量的提升。

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