72MN自由锻造水压机PLC电控动作系统概述

摘 要：随着市场需求的不断增加，自由锻造水压机的生产技术得到了很大提高。为了更好地提高自由锻造水压机的性能，文章阐述了西门子PLC配合编码器在水压机电气控制上的具体应用。

关键词：西门子PLC；编码器；水压机

自由锻造水压机是我们北方重工集团有限公司原压延设备分公司的主要产品之一。因其具有工作行程大、在全行程中能对工件施加最大工作力、没有巨大的冲击和噪声、劳动条件较好、环境污染较小、运行成本低等特点，广泛的应用于机械工程领域中的锻压工艺过程，特别适用于锻压大型和难变形的工件。

整个水压机系统分为提供动力的水泵站和压机本体两个部分。文章介绍的是压机本体部分的电气控制方式。

1 控制系统中需要PLC控制的主要设备元件

（1）伺服液压站油泵电机2台，功率：15kW，电压：AC380V。（2）伺服液压站循环冷却电机1台，功率：2.2kW，电压：AC380V。（3）2个比例阀，放大板安装在低压控制柜中，主要用于液压伺服泵站中控制主分配器。（4）绝对值型编码器，采用ELCO品牌供电电压为DC24V的编码器，防护等级IP64，最高分辨率4096。主要用于主分配器转动位置的角度的检测。（5）压机各个部分需要的用于温度、压力、流量、位移及光电限位等电气检测功能元件。

2 具体电气控制方案

2.1 系统组成

系统中的压机控制部分由一个低压控制柜，一个装有操作手柄和操作按钮及显示灯的操作台，以及一台西门子MP277触摸屏。低压控制柜中的PLC作为主站，操作台中ET200M作为从站，和MP277触摸屏通过PROFIBUS-DP通讯网络连接进行通讯，与外部泵站使用以太网通讯。

操作台上面主要有：锻造操作手柄、伺服控制系统启/停按钮、快锻/常锻转换旋钮、压力转换旋钮等操作按钮。

触摸屏上主要有：显示充液罐压力、中间缸压力、侧缸压力、等压力数值；操作手柄和分配器主轴角度显示；液位指示灯显示，包括充液罐液位、低压缓冲器液位、泵站高压罐液位；有活动横梁的位置显示，是以上下平砧贴合为0，计算活动横梁向上抬起的距离；有报警及故障指示。

2.2 具体动作

水压机活动横梁的上下动作的实现主要是通过操作手柄来控制主分配器、主分配器控制阀台上的电磁阀和气动阀，再经电磁阀等控制元件控制主侧油缸和辅助设备的动作来实现的。

主分配器上装有绝对值型旋转编码器，检测主分配器时实位置（角度），与操作台上操作手柄的位置（角度）通过PLC程序的计算和连锁控制，以达到随动的作用。

活动横梁主侧油缸的整个运动过程分为加压、充液、停止、回程共四个步骤。操作台上的锻造操作手柄也设置四个位置（区域），由前至后为：加压、充液、停止、回程。取手柄垂直中间位为停止位，标注为0°角度位置。手，向前0°至-45°的角度区域为充液区域，手柄角度越大充液越快；向前-45°至-90°的角度区域为加压区域，手柄角度越大进水阀们开度越大，加压速度越快；向后0°至90°的角度区域为回程区域，手柄角度越大回程速度越快。

绝对值型旋转编码器装配在主分配器上，检测主分配器的角度位置，用来对应锻造操作手柄的四个行程。当编码器处于0°角度位置（机械零位，初始位置需人工校正）为“停止位置”；向前0°至-8°的角度区域为“充液区域”；向前-8°至-16°的角度区域为“加压区域”；向后 0°至8°的角度区域为“回程区域”。

手柄角度与绝对值编码器角度采集数值通过PLC换算成相应角度，手柄位置采集量为word格式0-27648，中间位置是读数为12450，即0°位置，为避免每次手柄归位时读数的微小误差，当手柄处于“零位”时固定送入12450为读数，不在零位则送入当前时实值为读数。如图1所示。

通过计算当量，读取编码器读数并匹配手柄角度。如图2所示。

当操作人员推动手柄时，手柄角度发生变化，不同于对应的编码器角度，利用差值通过比例溢流阀驱动主分配器随之转动，直至编码器所处工作位置与手柄的相应位置相同。

此过程中还需要消除手柄微动造成的误差，设定手柄微动在5°范围以内不算做操作手柄产生动作。如图3所示。当差值大于5°送当前量，差值大于最大行程送最大位移量。如图4、5所示。

具体行程工作如下：（1）充液行程：水压机操作手将操作手柄由停止位置向前推动到“充液区域”，伺服系统中的比例电磁阀控制接力器旋转，使主分配器的回程缸排水阀阀门打开，中间缸排水阀和两侧缸排水阀按先后顺序关闭，活动横梁靠自重下降直至到接触工件位置，主工作缸自动进水，实现活动横梁空程下降。（2）加压行程：水压机操作手将操作手柄由“冲液区域”继续向前推动到“加压区域”，伺服系统中的比例电磁阀控制接力器继续旋转，主分配器的中间缸进水阀、两侧缸进水阀先后打开，高压水经过顶端充液阀进入工作缸，开始加压工作。（3）停止位置：水压机操作手将操作手柄扳到“停止位置”，伺服系统中的比例电磁阀控制接力器旋转，驱动分配器主轴转到原始平衡位置停止。各项电磁阀关闭，活动横梁保持当前位置不动。当需要其他动作时可以继续推动操作手柄来执行其他动作。（4）回程行程：工作行程结束时，水压机操作手将操作手柄经过“充液区域”及“停止位置”往回扳到“回程区域”，伺服系统中的比例电磁阀控制接力器反向旋转，三个工作缸进水阀依次关闭，随后工作缸排水阀打开卸压，然后接力器继续旋转，回程缸进水阀打开，高压水进入侧面回程缸，带动活动横梁向上运动。迫使主工作缸中大量液体排入低压缓冲器和下方的充液罐。

我厂生产的自由锻水压机已在许多工厂投入运行，经由在实际生产过程中的监测和检验，此类控制方式的水压机操控简单，技术先进，设备运行性能良好，故障率低，深受用户好评。文章在同类产品中具有借鉴价值。

参考文献

[1]SIEMENS S7-300.可编程序控制器手册[S].

[2]SIEMENS.工业以太网通讯手册[S].

[3]SIEMENS.现场总线部件手册[S].

[4]S7-300PLC 2004.深入浅出西门子[S].北京航空航天大学出版社.