72MN自由鍛造水壓機PLC電控動作系統概述

摘 要：隨著市場需求的不斷增加，自由鍛造水壓機的生產技術得到了很大提高。為了更好地提高自由鍛造水壓機的性能，文章闡述了西門子PLC配合編碼器在水壓機電氣控制上的具體應用。

關鍵詞：西門子PLC；編碼器；水壓機

自由鍛造水壓機是我們北方重工集團有限公司原壓延設備分公司的主要產品之一。因其具有工作行程大、在全行程中能對工件施加最大工作力、沒有巨大的沖擊和噪聲、勞動條件較好、環境污染較小、運行成本低等特點，廣泛的應用于機械工程領域中的鍛壓工藝過程，特別適用于鍛壓大型和難變形的工件。

整個水壓機系統分為提供動力的水泵站和壓機本體兩個部分。文章介紹的是壓機本體部分的電氣控制方式。

1 控制系統中需要PLC控制的主要設備元件

（1）伺服液壓站油泵電機2臺，功率：15kW，電壓：AC380V。（2）伺服液壓站循環冷卻電機1臺，功率：2.2kW，電壓：AC380V。（3）2個比例閥，放大板安裝在低壓控制柜中，主要用于液壓伺服泵站中控制主分配器。（4）絕對值型編碼器，采用ELCO品牌供電電壓為DC24V的編碼器，防護等級IP64，最高分辨率4096。主要用于主分配器轉動位置的角度的檢測。（5）壓機各個部分需要的用于溫度、壓力、流量、位移及光電限位等電氣檢測功能元件。

2 具體電氣控制方案

2.1 系統組成

系統中的壓機控制部分由一個低壓控制柜，一個裝有操作手柄和操作按鈕及顯示燈的操作臺，以及一臺西門子MP277觸摸屏。低壓控制柜中的PLC作為主站，操作臺中ET200M作為從站，和MP277觸摸屏通過PROFIBUS-DP通訊網絡連接進行通訊，與外部泵站使用以太網通訊。

操作臺上面主要有：鍛造操作手柄、伺服控制系統啟/停按鈕、快鍛/常鍛轉換旋鈕、壓力轉換旋鈕等操作按鈕。

觸摸屏上主要有：顯示充液罐壓力、中間缸壓力、側缸壓力、等壓力數值；操作手柄和分配器主軸角度顯示；液位指示燈顯示，包括充液罐液位、低壓緩沖器液位、泵站高壓罐液位；有活動橫梁的位置顯示，是以上下平砧貼合為0，計算活動橫梁向上抬起的距離；有報警及故障指示。

2.2 具體動作

水壓機活動橫梁的上下動作的實現主要是通過操作手柄來控制主分配器、主分配器控制閥臺上的電磁閥和氣動閥，再經電磁閥等控制元件控制主側油缸和輔助設備的動作來實現的。

主分配器上裝有絕對值型旋轉編碼器，檢測主分配器時實位置（角度），與操作臺上操作手柄的位置（角度）通過PLC程序的計算和連鎖控制，以達到隨動的作用。

活動橫梁主側油缸的整個運動過程分為加壓、充液、停止、回程共四個步驟。操作臺上的鍛造操作手柄也設置四個位置（區域），由前至后為：加壓、充液、停止、回程。取手柄垂直中間位為停止位，標注為0°角度位置。手，向前0°至-45°的角度區域為充液區域，手柄角度越大充液越快；向前-45°至-90°的角度區域為加壓區域，手柄角度越大進水閥們開度越大，加壓速度越快；向后0°至90°的角度區域為回程區域，手柄角度越大回程速度越快。

絕對值型旋轉編碼器裝配在主分配器上，檢測主分配器的角度位置，用來對應鍛造操作手柄的四個行程。當編碼器處于0°角度位置（機械零位，初始位置需人工校正）為“停止位置”；向前0°至-8°的角度區域為“充液區域”；向前-8°至-16°的角度區域為“加壓區域”；向后 0°至8°的角度區域為“回程區域”。

手柄角度與絕對值編碼器角度采集數值通過PLC換算成相應角度，手柄位置采集量為word格式0-27648，中間位置是讀數為12450，即0°位置，為避免每次手柄歸位時讀數的微小誤差，當手柄處于“零位”時固定送入12450為讀數，不在零位則送入當前時實值為讀數。如圖1所示。

通過計算當量，讀取編碼器讀數并匹配手柄角度。如圖2所示。

當操作人員推動手柄時，手柄角度發生變化，不同于對應的編碼器角度，利用差值通過比例溢流閥驅動主分配器隨之轉動，直至編碼器所處工作位置與手柄的相應位置相同。

此過程中還需要消除手柄微動造成的誤差，設定手柄微動在5°范圍以內不算做操作手柄產生動作。如圖3所示。當差值大于5°送當前量，差值大于最大行程送最大位移量。如圖4、5所示。

具體行程工作如下：（1）充液行程：水壓機操作手將操作手柄由停止位置向前推動到“充液區域”，伺服系統中的比例電磁閥控制接力器旋轉，使主分配器的回程缸排水閥閥門打開，中間缸排水閥和兩側缸排水閥按先后順序關閉，活動橫梁靠自重下降直至到接觸工件位置，主工作缸自動進水，實現活動橫梁空程下降。（2）加壓行程：水壓機操作手將操作手柄由“沖液區域”繼續向前推動到“加壓區域”，伺服系統中的比例電磁閥控制接力器繼續旋轉，主分配器的中間缸進水閥、兩側缸進水閥先后打開，高壓水經過頂端充液閥進入工作缸，開始加壓工作。（3）停止位置：水壓機操作手將操作手柄扳到“停止位置”，伺服系統中的比例電磁閥控制接力器旋轉，驅動分配器主軸轉到原始平衡位置停止。各項電磁閥關閉，活動橫梁保持當前位置不動。當需要其他動作時可以繼續推動操作手柄來執行其他動作。（4）回程行程：工作行程結束時，水壓機操作手將操作手柄經過“充液區域”及“停止位置”往回扳到“回程區域”，伺服系統中的比例電磁閥控制接力器反向旋轉，三個工作缸進水閥依次關閉，隨后工作缸排水閥打開卸壓，然后接力器繼續旋轉，回程缸進水閥打開，高壓水進入側面回程缸，帶動活動橫梁向上運動。迫使主工作缸中大量液體排入低壓緩沖器和下方的充液罐。

我廠生產的自由鍛水壓機已在許多工廠投入運行，經由在實際生產過程中的監測和檢驗，此類控制方式的水壓機操控簡單，技術先進，設備運行性能良好，故障率低，深受用戶好評。文章在同類產品中具有借鑒價值。

參考文獻

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