關于某36MN鋁型材擠壓機的電氣控制系統研究

杜鴻運　白一波　付玉梅

摘 要：本文依據鋁型材擠壓機的基本生產工藝，探討了PLC、上位計算機在整個電氣控制系統中的應用，并分析了36MN鋁擠壓機電氣控制系統的構成、基本特點及主要功能。通過PLC與上位計算機之間的緊密配合，能使整個生產過程的管理與控制變得更加智能化，同時此控制系統還能依據相關要求，為工藝人員更好操作提供準確、全面的工藝參數，因而能夠顯著提升鋁錠的綜合利用率與合格率。

關鍵詞：36MN；鋁型材擠壓機；電氣控制系統

在設計36MN鋁擠壓機電氣控制系統時，選用了兩極控制，即工業可編程序控制器與上位工業控制機。針對上位工業控制機而言，其選用的是最新型的一體化工控機，而針對工業可編程序控制器（PLC）來講，其運用的是光洋SU-6M PLC（日本產）。該系統將性能參數作為工藝過程控制與設備控制的基本目標，有著良好的功能表現，因而大幅提升了產品的質量與產量，使整個工作周期得到大幅縮短。

1.生產設備及工藝分析

針對此設備而言，其由多部分構成，不僅有推錠裝置、快換擠壓桿裝置、模架、擠壓桿，而且還有供錠器、運錠裝置、換模裝置、主剪及擠壓筒等。

2.控制系統的基本構成

2.1擠壓速度閑環控制的基本原理及應用

擠壓機速度控制系統如圖1所示。針對擠壓機生產而言，其核心特點即為：在實際擠壓生產階段，當處于實際擠壓狀態時，須根據實際情況及需要，保持恒定、平穩的擠壓速度，如果速度不穩，不僅會造成型材出現變形情況，而且還會產生波紋，另外，型材的表面也會變得比較粗糙，因而會對整個產品質量造成嚴重影響。因此，這便需要設備在面對各種類型的擾動狀況下，能夠以一種自動、高效的方式對偏差進行糾正。圖1當中速度給定即為設定的數字量；針對電壓Ug而言，由上位機給定，而對于輸出量來講，則由泵頭傳感器進行監測，且向反饋電壓Uf進行轉換，將此電壓反饋至輸入端，并與給定量進行比較；而針對其偏差電壓而言，則經放大器對執行機構進行控制，以此使擠壓速度適中控制在給定速度上。

2.2運錠裝置變頻調速控制分析

針對運錠裝置而言，其在變頻調速方面，主要采用的是施耐德變頻器來完成此操作，針對此裝置而言，不僅能夠實現低速、平穩的運行，而且還有比較廣的調速范圍，可以以較快速度且比較準確的進行送錠操作，并能準確停車，以較快速度返回至初始地，由此可知，此裝置能夠實現各種所需速度。針對異步電動機來講，其轉速n（r/min）可用公式表示為：

n=60f1（1-s）/p（1）。在此公式當中，f1所表示的是電子頻率（Hz）；s表示的是轉差率；p表示的是極對數。如果轉差率處于一種相對恒定的狀態，且將定子頻率進行均勻的改變時，便能以一種比較平滑的方式，對電機相應同步轉速進行適當性改變；對于異步電動機而言，其定子反電動勢E（V）是：W=4.44fWK 。在此公式當中，f所表示的是定子電源頻率（Hz）；W表示的是定子繞組每相匝數；K表示的是比例系數； 表示的是氣隙磁通。而定子電壓U（V）用公式表示為UE+Ir（2）。在此公式當中，r所表示的是定子電阻（ ）；I表示的是電動機電流（A）。利用公式（2），經換算與推導，可得到U-Ir=4.4fWK ，如果使 維持恒定狀態，當f發生改變時，定子反電動勢E需有一定程度的改變，因E難以控制與檢測，在現實運用過程中，需伴隨f的降低，而使U的變化予以適當降低。

2.3SU-6M可編程控制器

針對SU-6M可編程控制器來講，即為PLC（光洋KOYO公司產），本系統將其應用在壓機的工作安全聯鎖控制、顯示、報警及邏輯控制等。此PLC主要有高速計數器模塊、模擬量輸入/輸出模塊、開關量信號輸入/輸出模塊及通訊模塊等構成。SU-6M將DC24V作為其開關量輸入，而將繼電器輸出作為其輸出。

2.4擠壓筒感應加熱控制

在整個擠壓機中，擠壓筒起到非常重要的作用，因在實際擠壓中，從鑄錠鐓粗至擠壓完成，擠壓筒需承受高摩擦、高壓及高溫等方面的綜合作用，用梯度式多段曲線加熱控制方式，能降低擠壓筒溫度分布梯度，使內、外套的熱膨脹差縮小，預防外套或內套脫出情況，還能避免裂紋的產生，因而能使擠壓筒使用壽命得到大幅提升。

2.5壓機的操作控制

針對壓機的操作控制而言，其主要有三種工作方式，分別為半自動、手動與調整，如果與初始條件相滿足，按下啟動按鈕，便能進行一次擠壓過程。當處于半自動工作狀態時，如果需要暫時中斷工作，即需要對某些情況進行處理時，按下中斷按鈕，終止壓機工作，當處理好相關問題后，再按下中斷按鈕，此時，其便會重新恢復工作狀態。

3.擠壓機控制系統中的上位機系統的應用

3.1上位機系統構成

針對上位機系統而言，其主要有通訊電纜、計算機擠壓系統軟件、工業控制計算機等構成。上位機經串口，連接與PLC，RS232為其通訊協議，其通訊速率是19000波特率。針對計算機擠壓系統軟件來講，其主要有兩部分構成，其一監控系統，其二為輔助系統，共同將擠壓任務完成。對于輔助系統而言，其面向PLC與管理而設定，能夠實現OLC I/O監測、模具及班次選擇與設定參數的下載、工藝和設定數據的管理與編輯等；針對監控系統而言，其主要面向監測，能夠顯示擠壓機工作狀態時注入液、電、機等模擬量，除此之外，還能對當前班次、生產情況進行準確記錄。

3.2系統數據管理

能夠定期對控制數據、工藝數據、系統數據的備份，并且還能提供還原功能，預防系統出現損壞狀況時，系統數據與生產數據能夠及時恢復，將損失降至最低。

3.3工藝參數的管理

針對工藝參數而言，其主要劃分為三種，即鑄錠參數、模具參數及型材參數，它們處于一一對應的關系。在工藝參數管理窗體下，能夠使各類型型材的參數、工藝計算的輸入與編輯得以實現，并且能夠實施存儲與數據庫當中。

4.結語

綜上，針對此控制系統而言，其已經在鋁型擠壓生產中得到廣泛應用，實現了管理與生產的高效化與自動化，如此一來，不僅能夠大幅降低產品成本，而且還能節約大量能耗，有助于整體產量的提升。

參考文獻：

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