RZU2500HA框架式液壓機(jī)電氣控制系統(tǒng)改造

李彥軍 李月琴

一、問題的提出

北京北方車輛集團(tuán)有限公司傳動(dòng)分廠使用1臺(tái)RZU2500HA框架式液壓機(jī)（合肥鍛壓機(jī)床廠2003年產(chǎn)）進(jìn)行熱壓成型。液壓機(jī)采用研華工控機(jī)+三菱FX2N系列PLC電氣控制方式，實(shí)現(xiàn)邏輯動(dòng)作和模擬量的控制，以及數(shù)據(jù)設(shè)置。工控機(jī)與PLC采用無協(xié)議通信（RS指令）實(shí)現(xiàn)鏈接，F(xiàn)X2N-232BD接口與工控機(jī)串行接口COM1-232接口通信。熱壓成型時(shí)工件溫度約為900℃，夏季30℃以上時(shí)，設(shè)備附近溫度可達(dá)40℃左右，這樣工控機(jī)溫度始終無法下降，經(jīng)常死機(jī)，導(dǎo)致液壓機(jī)自動(dòng)控制失靈，影響正常生產(chǎn)，為此決定改造液壓機(jī)電氣控制系統(tǒng)。

二、液壓機(jī)電氣控制系統(tǒng)改造

1.改造方案

根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，研華系統(tǒng)穩(wěn)定性不如PLC，特別是處于油污、振動(dòng)或金屬易氧化的空氣等條件惡劣的環(huán)境中，研華板卡易出現(xiàn)問題，使用壽命也會(huì)縮短。三菱FX2NPLC系統(tǒng)配置較低，適用低端控制系統(tǒng)，而且液壓機(jī)上傳感器、電磁閥、比例閥等元件較多，若不用研華板卡采集數(shù)據(jù)而單獨(dú)用1個(gè)FX2N無法滿足設(shè)備需求（根據(jù)電流負(fù)荷，目前1個(gè)FX2N主模塊無法擴(kuò)展用于數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)輸出的特殊模塊），考慮改造方案如下。

表1 程序元件列表

（1）將原工控機(jī)更換為1個(gè)FX2NPLC主站，主站上擴(kuò)展幾個(gè)必要的模塊組成1個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，這樣將原工控機(jī)內(nèi)板卡的功能全部轉(zhuǎn)接到新的PLC主站。新PLC主站與原有電氣柜內(nèi)的FX2N分站通過并行通信數(shù)據(jù)線進(jìn)行連接，交換必要的數(shù)據(jù)。將原觸摸顯示器改為觸摸屏（PLC無法與原顯示器進(jìn)行通信），觸摸屏接到新PLC主站上的RS422通信接口。在觸摸屏可進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示（例如主缸位移等數(shù)據(jù)）和參數(shù)設(shè)定，所有數(shù)據(jù)或參數(shù)都來自兩個(gè)CPU組成的PLC系統(tǒng)。

（2）全部拆除原工控機(jī)和FX2NPLC，更換為西門子S7-300 PLC（或同等水平其他品牌PLC）+觸摸屏控制系統(tǒng)，所有的系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)監(jiān)測均由該P(yáng)LC完成。

方案（1）改動(dòng)小，成本低，決定采用該方案進(jìn)行電氣改造。

2.硬件配置

FX2N-128MR（主模塊）+FX2N-48ER（擴(kuò)展模塊）+FX2N-16ER（擴(kuò)展模塊）構(gòu)成從站PLC系統(tǒng)，控制液壓機(jī)的一系列邏輯動(dòng)作。改造增加部分：①兩個(gè)1HC特殊模塊，分別讀取3#和4#磁柵尺脈沖信號(hào)（滑塊位移數(shù)據(jù)）。②主站FX2N-48MR帶幾個(gè)特殊模塊實(shí)現(xiàn)與從站的并行鏈接。液壓機(jī)電氣控制原理見圖1。

（1）并行鏈接通信（圖2）。兩個(gè)FX2NPLC的數(shù)據(jù)傳輸可在1∶1的基礎(chǔ)上通過100個(gè)M輔助繼電器和10個(gè)D數(shù)據(jù)寄存器完成。并行鏈接中，PLC是主站點(diǎn)時(shí)驅(qū)動(dòng)M8070觸點(diǎn)接通，PLC是從站點(diǎn)時(shí)驅(qū)動(dòng)M8071觸點(diǎn)接通。機(jī)床動(dòng)作控制程序中數(shù)據(jù)交換用到的M輔助繼電器和D數(shù)據(jù)寄存器見表1。

（2）主站功能。①NO.0，F(xiàn)X2N-4AD的4個(gè)通道分別讀取1#～4#主缸壓力傳感器的模擬量數(shù)據(jù)（4～20mA）；②NO.1，F(xiàn)X2N-4AD的1、2號(hào)通道分別讀取系統(tǒng)壓力信號(hào)、液壓墊壓力信號(hào)、液壓墊位移信號(hào)。液壓墊的位移信號(hào)為巴魯夫BTL5-E17模擬量位移傳感器的4～20mA；③NO.2，F(xiàn)X2N-4DA的4個(gè)通道分別輸出-10～+10V信號(hào)給4個(gè)主泵，用于泵的流量控制；④NO.3，F(xiàn)X2N-4DA的4個(gè)通道分別輸出-10～+10V信號(hào)給液壓系統(tǒng)中的4個(gè)比例閥，用于控制流入4個(gè)主缸的流量，已達(dá)調(diào)平效果；⑤NO.4，F(xiàn)X2N-4DA的1、2號(hào)通道分別輸出-10～+10V信號(hào)給系統(tǒng)比例壓力閥和液壓墊比例壓力閥；⑥NO.5、NO.6的FX2N-1HC和FX2N-1HC高速計(jì)數(shù)模塊分別讀取1#和2#磁柵尺脈沖信號(hào)（滑塊位移數(shù)據(jù)）。

表2 特殊模塊的編程設(shè)計(jì)

3.特殊模塊的編程

特殊模塊的編程主要是對BFM緩沖存儲(chǔ)器讀寫控制。以主站NO.0、NO.2和NO.5模塊為例，相應(yīng)特殊模塊的編程設(shè)計(jì)見表2，其他BFM參數(shù)可按初始值不變。對應(yīng)于上述設(shè)定的程序編寫見圖3。

液壓機(jī)電氣系統(tǒng)改造1年半以來，PLC加觸摸屏部分從未出現(xiàn)故障，系統(tǒng)穩(wěn)定性明顯提高。電氣部分維護(hù)更加方便，由于采用模塊化設(shè)計(jì)，即使模塊出現(xiàn)故障也容易查找和更換。