现场总线在机械压力机电器系统中的应用

0引言

随着电控系统的迅猛发展，电气操作系统要求越来越灵活、方便、可靠。原PLC控制系统已经满足不了现场的需要，它的主要缺点是各开关量与主机连线多，所以造成故障点多，故障排除困难不易维修。现场总线弥补了这个缺陷。而且现场总线是一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式，数字化双向串行，多节点的通讯的总线。现场总线使用数字通讯的方式取代设备的模拟量和开关量的信号。随着其开放性的不断扩大和成本的不断降低，必然会成为工业自动控制领域中的一种主流技术。目前现场总线也已经在机械压力机上开始得到应用。

1 机械压力机的基本工作原理

机械压力机的基本工作原理：是将主飞轮的旋转运动经过曲轴转变成滑块相对工作台的直线上下运动的机械设备，飞轮是靠电机来驱动，滑块的直线上下运动是靠飞轮上的离合器来控制运行和停止，离合器是靠电磁阀控制气源通断来控制。离合器由刹车盘和结合盘组成，根据压力机的吨位和设计厂家不同，离合器的种类也有所不同。离合器工作时是将刹车盘打开，结合盘结合来带动曲轴使滑块动作的，这就是机械压力机的行程动作。刹车阀比结合阀打开早0.02秒。刹车与结合盘分别由两个电磁阀控制，电磁阀是靠PLC内部程序满足条件输出来控制。另外还有保证机械压力机正常工作的凸轮系统，系统，液压保护系统，平衡器系统，微动系统，装模高度调整系统，气垫系统以及移动工作台系统等必要或不必要的功能。

2 现场总线在机械压力机控制系统中的作用

1）利用信息技术及数字信号通信技术，有效提高了系统的测量和控制精度；

2）应用网络技术数据传输可靠、信息响应快速、抗干扰能力增强；

3）具有自动诊断、故障显示功能；

4）更好地满足控制系统信息集成的要求；

5）总线节点具有良好的防护等级，可以直接安装于现场；

6）系统设计调试更加灵活方便、控制性能大幅度提高；

7）系统综合成本大幅度减少；

8）减少了压力机因为PLC与各开关量连线过多引起的故障。

3现场总线在机械压力机控制系统中的应用方法

总体来说除电柜外机械压力机另有4个需要集中控制的节点，位置分别在上横梁，滑块（动梁），操作站，地下室（油箱）。所以总线配置思路就是在电柜配置主站电柜站，在上横梁配置横梁分站和电子凸轮编码器站，在滑块配置滑块分站和装模高度编码器站，在操作站配置操作站分站，在地下室配置油箱分站。一般情况下一个主站六个分站。分站的配置一般采用最近原则（信号采集元件及执行元件离哪个分站最近就由哪个分站控制），才能最大限度降低干扰，节约成本，达到最优效果。

1）电柜站配置

考虑到各分站位置的可利用空间有限，大功率器件的电源输出一般配置在电柜站（包括主电机，微动电机，滑块调整电机，油箱泵站电机，移动工作台电机以及油箱加热电阻）。电柜站PLC组成包括的处理器单元，总线通讯单元，输入单元，输出单元以及特殊单元。

处理器单元主要作用是按照配置的工作程序处理整机的输入及输出信号，所以选型时要考虑整机的输入输出点数，特殊单元的作用及数量，是否使用其他终端（如触摸屏），编制程序文件的大小，与总线单元是否兼容等因素；总线通讯单元主要作用是与各分站的通讯单元实现总线通讯；输入单元的主要作用是采集各电源保护开关的反馈信号，主电机控制器的开关量反馈信号等信号；输出单元主要作用是输出各大功率器件控制器的开关量控制信号；特殊单元依照功能采集或输出模拟量信号等特殊信号。总线通讯单元，输入单元，输出单元及特殊单元的选型要与处理器单元兼容。

2）横梁站配置

横梁站的作用主要是采集主电机温度和转速反馈信号，系统开关反馈信号，飞轮制动限位反馈信号，离合器结合刹车电磁气阀状态反馈信号等输入信号，输出离合器结合刹车电磁气阀执行信号，飞轮制动电磁气阀执行信号等执行信号。根据需要的输入输出点数及特殊信号选用合适的输入输出单元及特殊单元。

3）电子凸轮编码器站配置

采用单圈绝对值编码器作为一个分站，主要作用是负责采集曲柄转角的角度信号，作为电子凸轮，以便在相应的角度实现相应的动作（如单次行程，上死点，下死点等）。选型时要考虑兼容性。

4）滑块站配置

滑块站的主要作用是采集液压保护压力继电器开关信号，液压保护卸荷开关信号，装模高度调整过扭矩开关信号和上下限位信号，上模夹紧器到位开关信号（或压力继电器）等输入信号；输出上模夹紧器动作执行等信号。根据需要的输入输出点数选用合适的输入输出单元。

5）装模高度编码器站配置

采用多圈绝对值编码器作为一个分站，主要作用是负责采集滑块装模高度的数据，一边在相应的高度实现相应的功能（如装模高度上下软限位，装模高度自动调整，高度数值显示等）。选型时要考虑兼容性。

6）操作站分站配置

主要作用是采集操作面板上各按钮开关的开关信号，移动工作台各行程开关及接近开关信号，安全栓开关信号，光电保护装置开关信号，移动按钮站开关信号等输入信号；输出面板上各指示灯执行信号。根据需要的输入输出点数选用合适的输入输出单元。

7）油箱分站配置

主要作用是采集与液压保护等液压系统压力继电器开关信号，油箱油位和温度开关信号，平衡气缸和气垫气压系统压力传感器开关信号或模拟量信号等输入信号；输出液压系统和气压系统电磁阀执行信号；根据需要的输入输出点数及特殊信号选用合适的输入输出单元及特殊单元。

8）程序的设计和编写应在硬件选配前根据要实现的动作需求完成，完成程序的设计后，根据需要的输入输出点数，程序文件的大小，特殊信号的处理等内容选配硬件。

9）硬件选型完成后根据PLC和总线各单元及执行元件的情况设计接线图纸，要注意预留备用线和备用点。

10）总线通讯电缆和终端电阻要严格按照所选品牌型号的要求执行，建议采用原厂配套的总线电缆和终端电阻。

11）硬件安装及接线完成后，使用编程PC及相应的配置软件连接PLC总线通讯单元配置总线组态，根据实际需要设置主站和分站地址编号（与各分站通讯单元的拨码开关设置一致），分配各分站输入输出点数；连接PLC处理器单元，下载程序文件。

12）准备调试阶段再次检查程序及接线，杜绝程序及接线失误导致的短路等危害发生。

13）调试阶段，试验压力机的各种动作，对程序及接线进行为微调整。

4 存在的问题及改善措施

4.1 问题点

出现总线报警，故障代码显示从站没有连接上。

原因分析：

1）由于压力机震动大，总线与耦合器连接点松动；

2）总线通讯电缆有断点。

改进措施：

1）在从站箱体与压力机之间加防震垫，加强从站模块的紧固装置；

2）加强电缆的外层保护。

4.2 问题点：时而出现总线故障

原因分析：

1）总线电缆选择不正确，可能距离远而线径过小；

2）终端电阻不稳定。

改进措施：

1）根据距离选择较粗的通讯电缆，保证终端电压24V，网络通讯速率为125kb/s；

2）选择品质优良的金属膜终端电阻。

5 结论

在机械压力机控制系统中采用现场总线技术，不但提高了压力机控制系统的稳定性、可靠性、扩展性，而且降低了安装调试周期及维修成本，减少了故障的发生率，不但满足了压力机的使用要求，而且使其控制系统得以大大的提高，也使得维修安装人员的技术得到了提高。

参考文献

[1]廖常初.大中型PLC应用教程[M].机械工业出版社：206-300.

[2]秦祖荫.现场总线控制系统的设计和开发[M].国防工业出版社，2003.

[3]阳宪惠.工业数据通讯与控制网络[M].北京：清华大学出版社，2003.