王立民，陳春梅，劉文亮，李宏鵬

（天津賽瑞機器設(shè)備有限公司，天津 300302）

基于S7－300 PLC的芯棒壓力矯直機電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

王立民，陳春梅，劉文亮，李宏鵬

（天津賽瑞機器設(shè)備有限公司，天津 300302）

介紹了西門子S7－300 PLC在芯棒壓力矯直機電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，著重討論了系統(tǒng)的控制對象、控制任務(wù)、電氣系統(tǒng)概述、控制系統(tǒng)硬件組成、控制系統(tǒng)的控制策略、程序編制與調(diào)試。

芯棒壓力矯直機；PLC控制；S7－300 PLC

芯棒壓力矯直機是芯棒熱處理設(shè)備之一。傳統(tǒng)的芯棒壓力矯直機控制系統(tǒng)基本上以繼電器為主要控制元件，這類控制方式具有故障率高、矯直周期長、控制性能單一、維護麻煩等缺點。2500t芯棒壓力矯直機，其電氣控制系統(tǒng)采用PLC為控制核心和通過工控機進行監(jiān)控及參數(shù)設(shè)定，具有自動化程度高、簡化控制線路、減少故障率、提高穩(wěn)定性、操作簡單、縮短矯直周期的特點。

1 控制對象及控制任務(wù)

S7－300 PLC用于控制芯棒壓力矯直機的液壓站、送出料小車、壓力矯直機本體。其中，液壓站的控制包括油泵啟/?？刂啤㈦姶乓缌鏖y得電/失電控制、油箱油溫控制以及液位高低限和油泵起動故障的聲光報警；送出料小車的控制包括小車前進/后退、對心輪升起/下降/旋轉(zhuǎn)及小車間的相互聯(lián)鎖控制；矯直機本體的控制主要包括V型砧座上的間距調(diào)整、芯棒撓度檢測、芯棒手動/自動矯直等功能。

2 電氣控制系統(tǒng)的概述

芯棒壓力矯直機電氣控制系統(tǒng)由以PLC為核心的控制柜、操作臺和工控機構(gòu)成。電氣元件主要采用西門子自動化控制設(shè)備、ABB的驅(qū)動設(shè)備、施耐德的軟啟和西門子WINCC人機界面，構(gòu)成了電氣控制系統(tǒng)的主體。該電氣系統(tǒng)主要完成壓力矯直機的運行控制，系統(tǒng)采用PLC完成工藝控制，主要有矯直機運行控制、液壓系統(tǒng)控制、小車控制、系統(tǒng)故障診斷及報警等，小車行走采用變頻調(diào)速，可一起運行，也可單獨運行，保證將芯棒較為精確地運送到矯直點；對心輪采用變頻調(diào)速，可方便地旋轉(zhuǎn)芯棒，便于找到矯直點。

2．1 傳動控制

送出料小車行走和旋轉(zhuǎn)電機采用ABB ACS800系列變頻器控制，容量比電機功率高，有較高的過載能力，保證運行的穩(wěn)定性。變頻器選用通訊模塊和PLC通過PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)調(diào)速控制。

2．2 PLC系統(tǒng)

PLC選用西門子S7-300系列的CPU315-2DP對電氣系統(tǒng)進行控制。

2．3 液壓系統(tǒng)啟動

由于液壓泵電機功率比較大，為了減少對其他設(shè)備的干擾，保證局域電網(wǎng)的正常運行，液壓泵的電機采用軟啟動器起動。

2．4 工控機畫面功能

生產(chǎn)工藝參數(shù)及設(shè)備運行參數(shù)的設(shè)定、存儲、上裝及下載控制系統(tǒng)總體及局部設(shè)備工作狀態(tài)的動態(tài)顯示系統(tǒng)故障及報警信號的顯示、記錄。

3 控制系統(tǒng)的硬件組成

芯棒壓力矯直機電氣控制系統(tǒng)的上位機采用研華工控機，除工控機外，控制系統(tǒng)還包括兩個PLC的擴展機架，這兩個PLC擴展架分別為控制柜PLC機架、操作臺PLC機架。其中，控制柜PLC機架包括PS307模塊、IM153模塊、SM321模塊、SM322M模塊、FM350模塊、SM334模塊、信號隔離器，裝組后，ET200M模塊與應(yīng)用PROFIBUS技術(shù)的現(xiàn)場總線相連，該總線將數(shù)據(jù)傳至操作臺可邏輯編程控制器中的CPU315－2DP模塊；操作臺PLC機架包括PS307模塊、CPU315－2DP模塊、CP343－1模塊、SM321模塊、SM322模塊、SM331模塊、信號隔離器。裝組后，CPU315－2DP模塊引出對變頻器的控制信號線，同時引出與工控機的交互通信線。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)見圖1。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)圖

4 控制系統(tǒng)的控制策略

4．1 液壓站

液壓站的液壓泵啟動時，泵頭前的電磁鐵溢流閥得電5S后液壓泵啟動，液壓泵啟動5S后，泵頭前的電磁鐵溢流閥失電，此時液壓泵正常運行；當(dāng)液壓泵停止時，泵頭前的電磁鐵溢流閥得電5S后液壓泵停止運行，液壓泵停止運行5S后泵頭前的電磁鐵溢流閥失電。當(dāng)油溫需要冷卻時，循環(huán)泵啟動，供水電磁閥得電，進行油溫冷卻控制。系統(tǒng)的壓力通過比例減壓閥控制，根據(jù)不同的負(fù)載，可以在工控機中設(shè)定不同的系統(tǒng)壓力。為了保障異常狀況時的設(shè)備安全，液位高低、油溫高低、泵前行程開關(guān)信號串入了控制系統(tǒng)，當(dāng)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，進行聲訊報警，而且相應(yīng)的報警信息也顯示在上位機的監(jiān)控畫面中。

4．2 進出料小車

進出料的行走采用變頻器控制，小車間設(shè)有相互聯(lián)鎖的行走限位，行走速度通過工控機設(shè)定。運行那個小車則首先在操作臺上相應(yīng)選擇。進出料的旋轉(zhuǎn)采用變頻器控制，旋轉(zhuǎn)速度通過工控機設(shè)定。進出料的升降電機的輸出軸安裝了編碼器，經(jīng)運算后把編碼器的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換了升降的位移，并顯示在工控機上。升降設(shè)有高低限位，且低限位為小車的升降高度的0位置。

4．3 壓力矯本體

調(diào)整V型砧座上的間距時，要把相應(yīng)的間距數(shù)值輸入到工控機中。氣缸升起時，通過直線位移傳感器把位移顯示工控機上，主缸動作時通過位移傳感器把主缸位移顯示在工控機上。撓度檢測時，將檢測氣缸升起，頂起芯棒，配合小車進行撓度檢測，把檢測的結(jié)果反映在工控機的撓度檢測曲線上，根據(jù)曲線分析芯棒撓度情況，找出要校正的點，并做好標(biāo)記。矯直前，將調(diào)整V型砧座上的間距、芯棒的直徑輸入工控機，工控機會自動生成芯棒的標(biāo)準(zhǔn)位置。矯直時，將矯正點放置壓頭下方，氣缸升起，此時工控機上芯棒的實際位置與標(biāo)準(zhǔn)位置的差值即為芯棒的撓度值，標(biāo)準(zhǔn)位置與矯直位置的差值為反彎撓度值。手動矯直時，保壓時間人為控制。自動矯直運行程序啟動后，矯直機自動完成一次矯直過程，保壓時間通過工控機設(shè)定。矯直機的下壓速度通過比例調(diào)速閥控制，通過工控機設(shè)定矯直速度。

5 程序編制及調(diào)試

S7－300PLC使用STEP7編程軟件，編程設(shè)備采用裝有STEP7系列PC機。STEP7由三種編程語言可選擇，分別是LAD（梯形圖）STL（語句表）、FBD（功能流程圖）。三種語言在離線方式下可以隨意轉(zhuǎn)換。就三種語言比較而言，LAD和FBD比較直觀，接近于常見的繼電器硬件連接圖，為工程技術(shù)人員所熟悉和掌握，STL由S7系列CPU最嚴(yán)密的機器碼MC7，這意味著用S7控制器程序，可以優(yōu)化運行時間和優(yōu)化控制存儲區(qū)。

電控程序流程圖如圖2所示。

所編寫的程序采用結(jié)構(gòu)化編程，是用熟悉的標(biāo)準(zhǔn)化軟件模塊。主要有八部分組成：①小車行走控制。實現(xiàn)小車的運行選擇、小車行走的速度控制及小車間行走的聯(lián)鎖控制。②小車旋轉(zhuǎn)控制。實現(xiàn)小車的運行選擇、小車旋轉(zhuǎn)的速度聯(lián)動控制及點動控制。③小車升降控制。實現(xiàn)小車的升降選擇、小車升降的高度、矯直時小車虛脫控制。④調(diào)整V型砧座間距。實現(xiàn)砧座間距的大小控制。⑤氣缸動作。實現(xiàn)氣缸的升降控制。⑥液壓站控制。實現(xiàn)對液壓泵、各油路檢測、冷卻系統(tǒng)、液壓閥的控制。⑦矯直機本體控制。實現(xiàn)手動矯直和自動矯直。⑧報警控制。實現(xiàn)變頻器及液壓站等報警功能。

圖2 電控程序流程圖

編程時采用的順序控制使各個環(huán)節(jié)相輔相成，較好的達到了預(yù)期目的。

6 結(jié)語

自2010年5月以來經(jīng)過近一個月的準(zhǔn)備、調(diào)試、運行、功能考核，投入使用至今運行良好。本矯直機自動化程度較高，不但可以降低人工的勞動強度，達到安全可靠的生產(chǎn)要求，還可以達到過去人為操作所不能達到的性能，完成撓度檢測，自動矯直等功能，滿足矯直工藝的檢測、矯直等工藝參數(shù)和性能。在解放人力、提高市場競爭力、推動企業(yè)形象等各方面起到了積極作用。

［1］周萬珍,高鴻斌．PLC分析與設(shè)計應(yīng)用[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2004．

［2］中國工控網(wǎng).http：//www．gongkong．com．

The design and implementation in the electrical control system of plug gag straightener based on S7－300 PLC

WANG Li－min，CHEN Chun－mei，LIU Wen－liang，LI Hong－peng
（Tianjin SERI Machine＆equipment Co．Ltd，Tianjin300302，China）

This paper main introduce the application of S7－300 PLC which used in electrical control system of plug gag straightener， especially discuss the control object， control task， electrical system， hardware of control systerm， control strategy in control system，programming and debugging．

plug gag straightener； PLC control； S7－300 PLC

TP202

A

1672-9900（2010）05-0069-03

2010－10－13

王立民（1983－），男（漢族），黑龍江賓縣人，電氣設(shè)計師，主要從事冶金設(shè)備電氣研發(fā)、設(shè)計及調(diào)試工作，（Tel）13612070580。