西门子PLC在铝挤压机控制中的应用

摘 要：基于实现生产过程的智能化管理与控制以及提高铝挤压制品的质量和产量的目的, 结合27.5MN的铝挤压机的生产工艺,采用了SIEMENS S7-400系列PLC的控制系统。着重阐述该类型PLC在自控系统中的硬件构成、控制对象、程序设计以及工艺流程。对编码器控制、泵起停控制的语句表程序作了详细介绍。该控制系统实现了设备的连锁启停、回路调节、报警等一系列功能。对于当前越来越庞大和复杂的自动化控制系统是一种非常好的解决方案。

关键词：铝挤压机； PLC； 工艺流程； 程序设计

中图分类号：

TN46-34

文献标识码：A

文章编号：1004-373X(2012)05

-0189

-03

Application of Siemens PLC in control of aluminum extrusion press

CHAI Ting-ting1, LI Zhuo-wei2

(1.Taiyuan University of Science and Technology, Taiyuan 030024, China;

2.Technology Center, Taiyuan Heavy Industry Co. Ltd., Taiyuan 030024, China)

Abstract：

In order to realize intelligent management and control of technological process and improve higher productive efficiency and quality of aluminum profiles, according to 27.5MN aluminum extrusion, SIEMENS S7-400 PLC was adopted. The hardware constitution, controlled object, program design and technological process of the PLC in automatic control system are discussed. At the same time, encoder control and pump start-stop control programs of the system are introduced in detail. Aluminum extrusion can accomplish start-stop control linkage, closed-loop control, automation alarm and a series of functions. It is a very good solution for more and more large and complex automatic control system.

Keywords： aluminum extrusion; PLC; technological process

收稿日期：2011-10-20

铝挤压技术、挤压设备已经有近100年的发展历程了，出现了德国的西马克(SMS),德马克(DEMAG),日本的宇部兴业(UBE),美国的沙顿(SUTTON),法国的克莱希姆(CLECIM)等知名公司。我国企业的发展也令人瞩目，出现了太原重型机械集团有限公司(简称太重)，沈阳重型机器厂，上海重型机械厂，西安重型机械研究所等，对挤压机的发展和进步都起了重要的推动作用。本文主要介绍了27MN的铝挤压机的电气控制系统，控制采用西门子S7-400系列PLC。

1 主要控制对象

27MN卧式单动短行程前上料铝挤压机采用卧式三梁四柱预应力组合框架结构，短行程前上料正向挤压方式，油泵直接驱动，配置世界先进的机电液控制元件和系统，以及配套齐全的机械化辅助设备，采用PLC与计算机两级控制，使压机的速度、位置和压力得到精确的控制，所采用的主要技术集中体现了当代挤压机的发展趋势和先进技术水平，适宜生产制造、利于操作维护，提高生产效率、降低使用成本。本系统共由1个S7-400主站(采用CPU 412-2DP,用于具有对编程、处理速度和通信有额外要求的中型设备)，3个ET200M站，1个WAGO站，1个OP7站构成系统［1］。数字量输入模块直接同电气发讯元件即按钮、限位开关、压力继电器等连接。数字量输出模块(WAGO)直接控制电磁阀、控制继电器、指示灯等。模拟量输入模块直接同压力传感器、速度给定电位器等相连。模拟量输出模块直接给比例阀放大器信号。STEP7硬件组态如图1所示。

图1 硬件组态

2 程序设计

本系统采用STEP7组态编程，根据铝挤压机控制有压力控制、位置控制、速度控制、模拟等温控制、挤压筒温度控制等控制系统，分别为每部分控制编写相应的FC(功能Function)、FB(功能块Function Block)、DB(数据块Data Block)等，由于系统比较庞大和复杂，这里就不一一介绍详细的编程细节，只对编码器控制和泵起停控制的程序予以具体说明。

2.1 编码器控制

本系统选用TWK拉线式编码器(选用磁致伸缩位移传感器),程序设计方法相同，只是参数有所变化，处理数据程序(STL 语句表statement list)如下:

A(

L L#2089731

L PID 512

-D

T DB100.DBD 96

AN OV

SAVE

CLR

A BR

)

JNB _001

L DB100.DBD 96

DTR

T DB100.DBD 88

A(

L DB100.DBD 88

L 3.525500e+001

/R

T DB100.DBD 92

AN OV

SAVE

CLR

A BR

)

JNB _002

L DB100.DBD 92

RND

T DB100.DBD 0

A(

L DB100.DBD 0

L L#0

)

JNB _003

L 0

T DB100.DBD 0

其中PID516是编码器采集回来的SSI信号，首先减去初值(程序中是双整数常数2089731，根据现场采集回来的数字设定初值)，经过双整数转换为浮点数，再与系数相乘(程序中是35.255，此系数为传感器的固有系数)［2］，这样就得到了实际的行程，放在DB101.DBD0中，当DB101.DBD0小于0时，行程被赋值为0。

2.2 泵起停控制

本系统所有泵的程序类似，这里写出一段，其他程序以此类推。程序如下：

A(

O M 70.0

O Q 1.2

)

AN M 70.1

A M 30.3

= L 0.0

A L 0.0

BLD 102

= Q 1.2

A L 0.0

BLD 102

L S5T#5S

SD T 11

A L 0.0

A T 11

AN I 13.2

R Q 1.2

A L 0.0

A(

A M 100.5

AN I 13.2

O I 13.2

)

= M 70.2

其中M70.0是泵启动的中间变量，当它通电时，M70.1(泵停止命令)没有得电，并且M30.3(泵站工作正常)得电的情况下，Q1.2(该泵启动，并且Q1.2命令自保，只有在泵停止命令或泵站工作不正常时断开)，泵启动的同时，延时接通定时器开始计时，在5 s内如果泵启动命令发出而泵的运行接触器的辅助触头没有闭合，表明泵有故障，马上停机，如果辅助触头闭合，M70.0(泵启动指示灯)灯开始常亮。

3 工艺流程

铝挤压机生产工艺流程如图2所示。

首先启动控制泵，启动控制泵后才有控制油可以控制其他动作，当延时加载后如果压力继电器不发讯，表明有故障停止，如发讯,顺序启动主泵，此时如果压机不在各自原始位，手动调整至原始位，操作挤压桶闭合，如果根据拉线式编码器测定到了减速位，减速后到了锁紧位锁紧，如果不到锁紧位，压机停止等待到位再动作，如到位供锭器供锭，到位后才可供锭器供垫，到位后穿孔针前进，接着穿孔针到挑垫位置，挑垫片位到位后挤压杆前进同时穿孔针停止，到供垫器下降位后供垫器下降或到供锭器退回位后供锭器退回，此时判断供垫器下降到位了没有，没有则挤压杆停，有则判断供锭器是否退回到位，到位后如果可以穿孔了，则穿孔针前进，充液阀关闭到位后，填充挤压，结束后突破挤压，完成后开始正常挤压，编码器取值到终端减速位后停止挤压；如未到，开始终端挤压，到了挤压结束位后主侧缸卸压，到达设定压力值后停止，如压力值还高继续卸压。当挤压桶卸压完成后穿孔针退回，到位后挤压筒松开脱料，脱料到位，充液阀打开到位，挤压杆退回，到位，挤压桶松开到剪切位，垫片接收器上升到位，主剪打垫，到打垫位，垫片接收器下降，到下位，主剪剪切，同时垫片回送，垫片。主剪到下位后主剪上升，穿孔针装置下降，穿孔针前进到位，完毕后穿孔针退回，穿孔针装置返回，结束一个周期。

4 结 论

铝挤压机PLC控制系统实现了设备的连锁启停、回路调节、报警等一系列功能。该控制系统运行至今,铝型材表面及内部质量都完全满足工艺要求。实践证明,该系统设计合理,不但提高了铝型材质量和产量,还提高了挤压机作业率,同时也改善了工作环境,减轻了劳动强度,为生产提供了强有力的技术保障。对于当前越来越庞大和复杂的自动化控制系统是一种非常好的解决方案。

图2 生产工艺流程图

参 考 文 献

［1］廖常初.S7-300/400 PLC应用技术［M］.2版.北京:机械工业出版社,2008.

［2］崔坚,李佳.西门子工业网络通信指南［M］.北京:机械工业出版社,2005.

［3］［美］FRAN K D PETRUZELLA.Programmable Logic Controllers［M］.侯世英,译.北京:人民邮电出版,2007.

［4］魏军.金属挤压机［M］.北京:化学工业出版社，2006.

［5］贾俐俐.挤压工艺及模具［M］.北京:机械工业出版社,2006.

［6］谢建新,刘静安.金属挤压理论与技术［M］.北京:冶金工业出版社,2002.

［7］廖常初.PLC基础及应用［M］.北京:机械工业出版社,2007.

［8］Siemens AG. Communication with SIMATIC system manual \[M\]. \[S.l.\]: Siemens AG, 2006.

［9］Siemens AG. conigurong hardware and communication step 7 manual \[M\]. \[S.l.\]: Siemens AG, 2006.

［10］Siemens AG. function block diagram(fbd)fors7-300 and s7-400 programming reference manual \[M\]. \[S.l.\]: Siemens AG, 2006.

作者简介：

柴婷婷 女，1981年出生，山西太原人，硕士，讲师。主要研究方向为控制理论与控制工程。