基于PLC金屬擠壓機的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)摘要編程控制器自誕生至今不過三十多年，因其具有高集成度、體積小、容量大、速度快、使用方便、高性能等優(yōu)點，一直備受人們的重視與重視，至今有關(guān)PLC的技術(shù)也逐漸趨于完善。由于我國的技術(shù)水平的提高，目前已經(jīng)在國內(nèi)外很多地區(qū)得到了應(yīng)用。與國內(nèi)同類產(chǎn)品的某些金屬擠壓機不同，在控制與監(jiān)測上，大多是通過工業(yè)電腦進(jìn)行或遙控，以實現(xiàn)對其進(jìn)行控制，并對其進(jìn)行監(jiān)測。近幾年來，金屬擠壓技術(shù)有了長足的發(fā)展，各種不同的擠壓成型工藝應(yīng)運而生。金屬液壓機技術(shù)具有較高的擠壓速度、較長的錠子和較薄的壓余量，從而使擠壓設(shè)備的生產(chǎn)效率得到了顯著的提高，有著良好的應(yīng)用前景。本文設(shè)計了一種新型的金屬擠壓機床，并進(jìn)行了電子控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。首先對金屬擠壓機的生產(chǎn)過程及控制要求進(jìn)行了分析，并對其進(jìn)行了電控系統(tǒng)的設(shè)計。在此基礎(chǔ)上，本文對其主要的控制目標(biāo)、PLC的選擇、液壓系統(tǒng)的分析、控制電路的設(shè)計進(jìn)行了較為詳盡的討論。所研制的電控系統(tǒng)具有穩(wěn)定、可靠的特點，與以往的擠壓機相比，提高了擠壓機的工作效率，為開發(fā)金屬擠壓機提供了技術(shù)保障。關(guān)鍵詞：PLC；金屬擠壓機；電氣控制系統(tǒng)目錄TOC\o"1-3"\h\u81651緒論 2323331.1研究背景及意義 2144331.2國內(nèi)外金屬擠壓機電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 3316591.3研究內(nèi)容 4186652金屬擠壓機電氣控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 563532.1金屬擠壓機機械結(jié)構(gòu)簡介 5193032.2金屬擠壓機機械結(jié)構(gòu)功能 6125862.3金屬擠壓機電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計思路 966572.4金屬擠壓機電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計方案 964072.4.1不同的控制方式比較 960172.4.2一種用于該金屬擠壓機電控的設(shè)計 10288983金屬擠壓機電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 12204813.1PLC分析與選型 12296403.2液壓系統(tǒng)分析 12317993.2.1液壓控制技術(shù)介紹 1287193.2.2金屬擠壓機液壓系統(tǒng)工作原理 13255463.2.3液壓系統(tǒng)的技術(shù)特點 14293783.3控制系統(tǒng)電路設(shè)計 14162733.3.1電氣原理 14187943.3.2軟硬件的設(shè)計 197014金屬擠壓機電氣控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 2269394.1控制流程圖 22271794.1.1輸入取樣相位 22176484.1.2實施進(jìn)程的階段 22275104.1.3PreferencePreference 22264554.1.4PLC輸入輸出的反應(yīng)速度 23106324.2設(shè)備動作程序 24299244.3程序監(jiān)控與測試 27694總結(jié) 3222652參考文獻(xiàn) 33

1緒論1.1研究背景及意義傳統(tǒng)的金屬液壓機是指擠壓產(chǎn)品的出口方向與擠壓軸的移動方向相反，更確切地說，擠壓產(chǎn)品與擠壓筒之間沒有相對移動的擠壓過程是金屬液壓機?，F(xiàn)代金屬擠壓機通常有兩個壓軸：模具軸和擠壓軸。在擠壓過程中，模具的軸是不變的，擠壓軸與擠壓圓筒同時運動，從而實現(xiàn)擠壓。20世紀(jì)末期，全球金屬成形產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了一個嶄新的階段；在經(jīng)濟高速發(fā)展的時代，各種金屬擠壓產(chǎn)品在國民經(jīng)濟中的應(yīng)用越來越廣泛。隨著產(chǎn)品用途的擴大，客戶對產(chǎn)品的要求越來越高，產(chǎn)品質(zhì)量也越來越好；精密擠壓產(chǎn)品的需求量也在不斷增長。目前，國內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為，采用金屬液壓機工藝對銅合金、鋁合金線坯、棒材、型材和管材進(jìn)行擠壓是最好的。由于金屬液壓機時，擠壓筒壁與坯錠之間沒有摩擦力，因此，擠壓時所需的擠壓力小于前向擠壓時，可增大坯錠直徑，減小坯料溫度，因此，從原料和設(shè)備上看，采用金屬擠壓機具有改善產(chǎn)品品質(zhì)的優(yōu)勢。隨著擠壓加工技術(shù)的發(fā)展，電力控制技術(shù)和電力自動化設(shè)備的發(fā)展迅速，PLC的控制系統(tǒng)也在不斷更新；電力電子器件的開發(fā)和應(yīng)用，是一個新的發(fā)展方向。水力與電控之間的聯(lián)系也日益緊密，金屬擠壓工藝必須在各方面的技術(shù)發(fā)展中得到發(fā)展。隨著新工藝、新部件的應(yīng)用，電子控制技術(shù)的發(fā)展，使擠壓機的大型化、成套化、自動化等成為可能。隨著市場的日益加劇，對設(shè)備的輕量化、模塊化、高品質(zhì)、高效率的要求，對擠壓設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、效率和控制提出了更高的要求。隨著逆向擠壓技術(shù)的不斷發(fā)展，對擠壓機的電控系統(tǒng)的研究和設(shè)計也越來越迫切。合理、精確的電氣控制系統(tǒng)能使設(shè)備的動作速度得到更好的控制，從而達(dá)到控制要求；提高控制精度、提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量，是今后金屬擠壓設(shè)備推廣的關(guān)鍵。本課題的研究目標(biāo)和意義是：利用現(xiàn)代先進(jìn)的控制技術(shù)和技術(shù)手段，對金屬擠壓機的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，以期達(dá)到對機械加工過程的要求，將多種設(shè)計手段有機地結(jié)合起來，并能在生產(chǎn)過程中采集有關(guān)的信息，為今后的技術(shù)發(fā)展作好技術(shù)上的鋪墊。1.2國內(nèi)外金屬擠壓機電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀金屬擠壓工藝是多態(tài)的；金屬擠壓成型工藝復(fù)雜，從誕生到發(fā)展到現(xiàn)在，僅僅一百多年的歷史，經(jīng)歷了翻天覆地的變化，正壓成型技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛的一種擠壓工藝。自1870年英國首次采用金屬液壓機擠壓技術(shù)，到今天，金屬液壓機技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)了一百多年，最早是用于銅材和錫材的擠壓成形，但后來技術(shù)上的發(fā)展受到了制約。二十世紀(jì)七十年代以后，工業(yè)界對金屬的金屬液壓機過程進(jìn)行了再評價，同時也帶來了最近數(shù)十年的工業(yè)發(fā)展；隨著電液技術(shù)的迅速發(fā)展，專用擠壓機的出現(xiàn)，擠壓工具的不斷完善，逆向擠壓工藝的出現(xiàn)，使擠壓機在工業(yè)上的應(yīng)用和發(fā)展迅速，對擠壓機的需求也越來越大。美國，德國，日本，以及蘇聯(lián)的俄國等工業(yè)強國，已經(jīng)開始設(shè)計和生產(chǎn)金屬擠壓機。美國在金屬擠壓設(shè)備的設(shè)計和制造上走在世界前列，1926年發(fā)明了一種可用于模具的金屬擠壓設(shè)備，1971年，“T-A-C”型金屬擠壓機的問世，極大地推動了該設(shè)備的發(fā)展。美國的金屬液壓機技術(shù)不僅可以用來制造鋁合金、銅合金，還可以用來制造航空航天用的鋁合金、銅合金。目前，世界上最大的金屬擠壓機是俄國200MN的前蘇聯(lián)和美鋁Alcoa的140MN金屬擠壓機。金屬液壓機技術(shù)是二十世紀(jì)六十年代以來的一項重要課題，八十年代初期，東北輕合金廠和西北鋁廠先后完成了50MN的逆向壓力機的改造，采用金屬液壓機生產(chǎn)單孔、雙孔的硬鋁合金棒材，既能滿足軍隊學(xué)生的要求，又能為鋁、鋁合金的金屬液壓機技術(shù)提供技術(shù)支持。二十多年前，我國從80年代末開始引入國外的廢鋼壓機。中國入世已經(jīng)多年，隨著全球經(jīng)濟一體化的加速，但目前國內(nèi)的水力壓力機發(fā)展?fàn)顩r還不盡如人意。介紹了Y81-63-81-400型液壓壓機在冶金行業(yè)的應(yīng)用；YD81-63-D81-650型壓機，其結(jié)構(gòu)簡單，通常用閉蓋式閉鎖銷取代豎直擠壓機，可分為手工或半自動兩種。大功率的軋機主要用于大型鋼廠：例如：寶鋼；太鋼，萊鋼，廣鋼，杭鋼等大型鋼廠，均采用了高強的壓機、門式剪切機等設(shè)備，一是對生產(chǎn)中剩余的邊角料進(jìn)行壓機；二是向社會購買廢舊鋼材，煉鋼廠所占有的壓機、剪切機僅占整個社會所需的一小部分，但全部為高功率設(shè)備。社會對高自動化、高生產(chǎn)率、以生產(chǎn)線為基礎(chǔ)的廢鋼綜合處理設(shè)備的需求將越來越受到人們的青睞。韓國大模科技有限公司的DMS系列金屬沖壓機，具有360°的自由轉(zhuǎn)動和高功率，適用于大型鋼鐵廠的物料加工；詹陽動力重工業(yè)公司的履帶式液壓抓鋼機配有電磁吸盤和散料抓斗，一機多用，深受廣大鋼鐵企業(yè)歡迎。意大利考爾瑪公司生產(chǎn)的液壓剪斷機，集沖壓與剪切于一體，是廢舊金屬加工設(shè)備的發(fā)展趨勢。建議中國廢鋼利用協(xié)會、廢鋼加工設(shè)備委員會等單位，組織全國范圍內(nèi)的廢鋼生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)；產(chǎn)值和生產(chǎn)能力的調(diào)查，包括各種類型的生產(chǎn)單位；工程師，銷售區(qū)域，等等。在全國人口普查的基礎(chǔ)上，組織業(yè)內(nèi)專家制訂“十一五”鋼鐵加工設(shè)備的發(fā)展計劃，并與質(zhì)量監(jiān)督檢驗、生產(chǎn)、銷售許可證制度相結(jié)合，逐步實現(xiàn)鋼鐵加工設(shè)備的生產(chǎn)和銷售許可證制度。1.3研究內(nèi)容本文以金屬擠壓機為研究對象，具體內(nèi)容是對金屬擠壓機自動控制系統(tǒng)進(jìn)行總體方案設(shè)計，介紹主要參數(shù)、計算規(guī)定、硬件系統(tǒng)組成和選型等。自動控制系統(tǒng)的詳細(xì)介紹，以及自動控制系統(tǒng)。完成方式是設(shè)計PLC控制方案、液壓傳動系統(tǒng)/電氣連接和手機軟件操作方案。根據(jù)關(guān)鍵運營目標(biāo)績效指標(biāo)的分析和模型，明確控制措施和運營程序，并根據(jù)管理程序的建立、輸出數(shù)據(jù)信息的收集和主要參數(shù)對績效指標(biāo)進(jìn)行認(rèn)證和調(diào)整設(shè)計計劃，以及組織運動的觀察。.完成金屬擠壓機各機構(gòu)的精準(zhǔn)適配和技術(shù)規(guī)程，進(jìn)行金屬擠壓機自動控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。

2金屬擠壓機電氣控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案2.1金屬擠壓機機械結(jié)構(gòu)簡介在擠壓機上，金屬擠壓是一種很有意義的類型，它比前推擠壓設(shè)備具有更高的工作效率和更高的生產(chǎn)率。在擠壓過程中，其模具的軸心是靜止的，擠壓圓筒與擠壓棒（塞子）共同移動，從而使擠壓的速率更高，使鑄錠長度更長，壓余更細(xì)。由于坯錠和擠壓機缸沒有任何的相對移動，僅有接近死區(qū)的那一段有相對的滑動，因此，坯料的變形區(qū)域分布在模具周圍，并具有較好的流動性，從而使擠壓產(chǎn)品具有更好的產(chǎn)品質(zhì)量。圖2-1金屬擠壓機結(jié)構(gòu)圖圖2-2液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖金屬擠壓機的優(yōu)勢如下：1.由于擠壓筒體和坯錠之間沒有摩擦，所以擠壓的壓力明顯低于前擠壓。可以在低溫下維持高擠壓壓力，用于擠壓不易變形的物料；2.在擠壓件的縱向上，金屬的變形均一，其組織和機械性能基本相同；3.壓殘廢渣等明顯減少，成品率高于向前擠壓；4.可以使用更長的錠子，有利于提高設(shè)備的效率，保證產(chǎn)品的持續(xù)。當(dāng)然，與前向擠壓方法相比，金屬液壓機方法也有如下的缺陷：1.金屬擠壓機的擠壓筒必須能運動，擠壓筒體的沖程應(yīng)該比擠壓筒長稍大，以確保金屬液壓機時的生產(chǎn)率。所以，沒有一種擠壓設(shè)備適合金屬液壓機；2.金屬擠壓產(chǎn)品具有較差的表面品質(zhì)；3.可以使錠坯尺寸和質(zhì)量增大，壓余損失少，擠壓速度高，從而對輔助時間的增大有一定的補償作用，從而使單個坯件的工作時間延長；4.中空擠壓棒的強度限制了擠壓鋁合金的最大外接圓直徑。2.2金屬擠壓機機械結(jié)構(gòu)功能該金屬擠壓機是一種預(yù)緊式組合式機架，主要工作筒；通過對側(cè)缸、伸縮缸、擠壓梁裝置、擠壓缸、擠壓缸移動缸、移動模架裝置、主剪裝置、下導(dǎo)向架裝置等組成，通過對設(shè)備機構(gòu)和工作原理的剖析，可以得到電力控制的要求。1.主工作缸、側(cè)缸：一主工作缸，其安裝在后梁的中央，二活塞側(cè)缸橫向地安裝在主工作缸的左右，主液壓缸和側(cè)缸均為壓縮梁運動提供燃油，在空載時使用側(cè)缸，在壓力作用下使用主液壓缸。2.擠壓桶運動氣缸：在后橫梁的上、下側(cè)安裝有四個活塞型運動氣缸，用于壓縮運動的燃油供給。3.伸長圓柱：位于后橫梁之上的兩個左右對稱設(shè)置的伸縮筒，用于給主剪切運動提供燃油；4.壓縮橫梁：包括擠壓梁和它的輔助機構(gòu)和一個擠壓襯墊構(gòu)成的受力件，它與主柱塞和側(cè)缸活塞桿形成一體，并在壓緊梁上分別裝有一個頂和一個擠壓擋塊。5.擠壓機筒機構(gòu)：通過三個按鍵的定位，將該擠壓機殼的核心與該擠壓機座的運動氣缸的柱塞桿連接在一起。6.前橫桿機構(gòu)：下部引導(dǎo)機構(gòu)為模具支架運動機構(gòu)提供支持和引導(dǎo)，在前橫桿后表面的上部安裝了一個擠壓管限制機構(gòu)，兩個頂液壓缸將模具固定在前橫桿的壓力墊上。該裝置采用液力驅(qū)動與電子控制相配合，采用電液比例調(diào)節(jié)器控制的多個軸向活塞泵按照某種組合方式配置并配合工作，能保證各個執(zhí)行器的工作轉(zhuǎn)速和工作壓力。其它具有代表性的電力系統(tǒng)的控制機構(gòu)：每一臺水泵的起動馬達(dá)；送錠機器人的伺服馬達(dá)；進(jìn)錠變頻電機，推錠變頻電機，各液壓缸傳動裝置控制電磁閥，比例閥。該擠壓機主要部件的工作過程為：供錠段將鋼錠送至擠壓機上，擠壓簡向前，模軸后撤，襯板升高，擠壓軸將坯料和襯墊推入擠壓桶內(nèi)，擠壓結(jié)束，主缸卸下壓力，主柱后撤，壓力與剩余分開，整個工作周期結(jié)束。該金屬擠壓機的主要擠壓部件的工作過程如下面所述：圖2-3金屬擠壓機動作流程圖該金屬擠壓機是一種預(yù)緊式組合式機架，主要工作筒；通過對側(cè)缸、伸縮缸、擠壓梁裝置、擠壓缸、擠壓缸移動缸、移動模架裝置、主剪裝置、下導(dǎo)向架裝置等組成，通過對設(shè)備機構(gòu)和工作原理的剖析，可以得到電力控制的要求。1.主工作缸、側(cè)缸：一主工作缸，其安裝在后梁的中央，二活塞側(cè)缸橫向地安裝在主工作缸的左右，主液壓缸和側(cè)缸均為壓縮梁運動提供燃油，在空載時使用側(cè)缸，在壓力作用下使用主液壓缸。2.擠壓桶運動氣缸：在后橫梁的上、下側(cè)安裝有四個活塞型運動氣缸，用于壓縮運動的燃油供給。3.伸長圓柱：位于后橫梁之上的兩個左右對稱設(shè)置的伸縮筒，用于給主剪切運動提供燃油；4.壓縮橫梁：包括擠壓梁和它的輔助機構(gòu)和一個擠壓襯墊構(gòu)成的受力件，它與主柱塞和側(cè)缸活塞桿形成一體，并在壓緊梁上分別裝有一個頂和一個擠壓擋塊。5.擠壓機筒機構(gòu)：通過三個按鍵的定位，將該擠壓機殼的核心與該擠壓機座的運動氣缸的柱塞桿連接在一起。6.前橫桿機構(gòu)：下部引導(dǎo)機構(gòu)為模具支架運動機構(gòu)提供支持和引導(dǎo)，在前橫桿后表面的上部安裝了一個擠壓管限制機構(gòu)，兩個頂液壓缸將模具固定在前橫桿的壓力墊上。該裝置采用液力驅(qū)動與電子控制相配合，采用電液比例調(diào)節(jié)器控制的多個軸向活塞泵按照某種組合方式配置并配合工作，能保證各個執(zhí)行器的工作轉(zhuǎn)速和工作壓力。其它具有代表性的電力系統(tǒng)的控制機構(gòu)：每一臺水泵的起動馬達(dá)；送錠機器人的伺服馬達(dá)；進(jìn)錠變頻電機，推錠變頻電機，各液壓缸傳動裝置控制電磁閥，比例閥。該擠壓機主要部件的工作過程為：供錠段將鋼錠送至擠壓機上，擠壓簡向前，模軸后撤，襯板升高，擠壓軸將坯料和襯墊推入擠壓桶內(nèi)，擠壓結(jié)束，主缸卸下壓力，主柱后撤，壓力與剩余分開，整個工作周期結(jié)束。該金屬擠壓機的主要擠壓部件的工作過程如下面所述。2.3金屬擠壓機電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計思路在進(jìn)行電子控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，應(yīng)從單動式逆變器的工作流程入手；通過對電控系統(tǒng)的控制及過程的需要，確定各電控系統(tǒng)的輸入、輸出裝置，選取符合功能要求的PLC型號，畫出電拖及PLC的電控原理，然后按照其工作特性和技術(shù)要求，編制相應(yīng)的控制流程，編寫相應(yīng)的控制流程，編寫相應(yīng)的控制程序，通過硬件安裝、接線后進(jìn)行調(diào)試，并將測試結(jié)果與技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行比較，調(diào)整相應(yīng)的控制指標(biāo)，最后形成一套完善的控制方案，保證裝置能夠正常工作。2.4金屬擠壓機電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計方案2.4.1不同的控制方式比較常規(guī)的繼電器控制：由繼電器的機械式接觸元件的串行或并聯(lián)，再加上延遲繼電器的遲滯，組成一個控制邏輯，實際上是用硬體導(dǎo)線來完成設(shè)定的邏輯。盡管該控制電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，但由于工藝水平低，不能滿足本廠的多個機電控點和工藝復(fù)雜的需要，故在此裝置的設(shè)計中并未考慮此項技術(shù)。PLC：PLC是集電腦與自動技術(shù)于一體的先進(jìn)技術(shù)，其發(fā)展迅速，不僅能簡單地實現(xiàn)邏輯；該系統(tǒng)具有定時、計數(shù)、數(shù)字操作、數(shù)據(jù)處理等多種操作方式，并能夠與各種生產(chǎn)廠的數(shù)字、仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行連接，達(dá)到自動化的目的。尤其是VLSI技術(shù)的飛速發(fā)展和信息網(wǎng)絡(luò)時代的來臨，使得PLC的性能得到了極大的提高，使得PLC在實際中的應(yīng)用更加普遍。PLC采用模塊化的結(jié)構(gòu)，體積小，成本可控，目前市面上已有的CPU能很好地適應(yīng)這一系統(tǒng)的需求。工業(yè)電腦和PLC兩個層次的控制：該裝置采用了工業(yè)電腦和PLC兩個層次的控制，它包括了工業(yè)控制和可編程控制器兩個層次，利用PLC與PC機協(xié)同工作，對擠壓機的工作進(jìn)行實時的、智能化的控制。主機設(shè)定擠壓速率；沖程；擠壓壓力、壓縮溫度等數(shù)據(jù)，并能實時地進(jìn)行壓力和失效信息的展示。該控制器具有較大的編程容量和較高的運算速度，并與相應(yīng)的輸入/輸出模塊相連通，從而實現(xiàn)對各個傳感器的控制，例如按鈕、接近開關(guān)、壓力傳感器、位移傳感器、編碼器等。綜合對比以后,本文決定選取FX2N32MR可編程控制器，作為控制系統(tǒng)。圖2-4FX2N

32MR2.4.2一種用于該金屬擠壓機電控的設(shè)計金屬擠壓機是一種大規(guī)模的煉鋼機械，整個生產(chǎn)過程中，有很多電氣控制的地方，工藝比較繁瑣。液壓系統(tǒng)的泵站集中，但是各個控制閥分布較散，管路長度較大，執(zhí)行器的操作范圍較大，其運行的穩(wěn)定性也較高。為了達(dá)到完全自動化，需要使用很多一次部件，例如：油泵和電磁閥門等；比例閥控制器，限位開關(guān)，液位計，壓力計，編碼器，和其他的測量部件都要進(jìn)行控制。對生產(chǎn)過程的需求也十分苛刻，包括機械、液壓、電氣之間的各種狀態(tài)變換以及各種邏輯連接的情況。為此，采用三菱FX2N系列中FX2N-128MRPLC進(jìn)行PLC控制，以保證其長時間、穩(wěn)定、可靠地工作，達(dá)到設(shè)計的目的。3金屬擠壓機電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1PLC分析與選型在選用PLC的機型時，應(yīng)從以下三個角度進(jìn)行考慮：一是要考慮選用PLC的機型，以達(dá)到整個擠壓機的控制需求；其次，既要確保擠壓機的控制體系，又能完成各種作業(yè)，又要做到更加經(jīng)濟、更加安全、使用簡便、維護(hù)方便；在保證安全穩(wěn)定運行的同時，還應(yīng)便于以后對其進(jìn)行升級和更新。PLC的結(jié)構(gòu)形式、應(yīng)用功能、控制點數(shù)、通訊方式等都需要加以重視，能否實現(xiàn)實時編程也成為控制系統(tǒng)能否達(dá)到控制要求的重要因素。采用三菱公司FX2N32MR可編程控制器，該控制器具有41個輸入和31個輸出。該編程控制器具有64端口，其輸出端口均為64端口，可以充分地實現(xiàn)對控制器的需求。由于設(shè)備的配置是分散的，管理是集中的，而且是公開的，所以采用了堆焊PLC的結(jié)構(gòu)?；谏鲜龅睦碚摚菊撐倪x取三菱FX2N型FX2N-128MR型PLC為主要的擠壓設(shè)備，該PLC內(nèi)置FX-400BL型鋰離子電池，用于斷電后的保護(hù)，使用期限大約5年，在電池的電壓下降后，“BAT.V”的指示燈會閃爍，這時要及時進(jìn)行更換。利用GX開發(fā)工具對選定的PLC進(jìn)行組、態(tài)、定義、編程、下載、調(diào)試等操作，并能與PC監(jiān)控軟件WinCC進(jìn)行通訊，可以建立一個比較完善的、開放的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。3.2液壓系統(tǒng)分析3.2.1液壓控制技術(shù)介紹本課題構(gòu)造了一種金屬擠壓器，其可減小被壓縮對象的空間；因操作條件而減少的主要工作內(nèi)容；閥門提升，給出等系統(tǒng)均采用液壓系統(tǒng)。從根本上講，液壓系統(tǒng)的基本原理就是用水力很容易地控制能量輸送。在能源問題方面；水力輸送一般是機械式的能源輸送和電氣式的能源輸送。動力特性：機械和水力機械各有特點，電動起動裝置與液壓氣動裝置相同，具有無級變速功能。另外，它既能維持動力，又能保證一定的轉(zhuǎn)速和扭矩?？偟膩碚f，液壓法的優(yōu)勢可以歸納為：1.可以進(jìn)行無限速度的改變，有更多的區(qū)域，也就是說，在很大的范圍內(nèi)，你可以調(diào)整自己的力量和扭矩。2.良好的管理，有力；快速；通過快速的響應(yīng)速度，可以精確地控制方向。另外，與電氣、機械的管理方式相比，可以更好地適應(yīng)，特別是與電氣信息的完美結(jié)合，能夠得到更好的反應(yīng)特性。3.操作安全，操作感覺良好。4.具有某種結(jié)構(gòu)和特性的彈性。5.可以用標(biāo)準(zhǔn)零件構(gòu)成具有任意復(fù)雜能力的回路。3.2.2金屬擠壓機液壓系統(tǒng)工作原理金屬擠壓機的液壓系統(tǒng)是其最重要的制動器部件，它的作用是使金屬擠壓機能夠進(jìn)行推動；翻車等，由液壓缸體、油泵、馬達(dá)和不同的閥門組成。根據(jù)系統(tǒng)的工作要求和特點，給出了機械系統(tǒng)的機械電路，如圖3-1所示。圖3-1金屬擠壓機液壓系統(tǒng)原理圖主液壓缸體作業(yè)機制為：先通ST2進(jìn)油，液壓機1→節(jié)流閥，2→液壓換向閥，21左位→換向閥，27→速率調(diào)節(jié)閘閥，23→主液壓系統(tǒng)體，39，左控制回路液壓系統(tǒng)體，39右側(cè)→換向閘閥，33→電磁感應(yīng)方位換向閘閥，21，左側(cè)→卸料閘閥，29→油箱。再次進(jìn)入ST4逐步進(jìn)油，液壓油泵體，1→單向閘閥，2→換向閘閥，21左側(cè)→換向閘閥，27→調(diào)節(jié)率閘閥，22→換向閘閥、24→關(guān)鍵液壓系統(tǒng)本體、39、左控制回路液壓系統(tǒng)本體、39右側(cè)→換向閘閥、33→電磁感應(yīng)方位切換閘閥、21、左側(cè)→排放閘閥、29→油箱。然后回到SB6進(jìn)入油壓油泵體1→單向閘閥2→換向閘閥21右側(cè)→換向閘閥28→調(diào)節(jié)率閘閥32→關(guān)鍵液壓系統(tǒng)體39，右控制回路液壓系統(tǒng)本體，39左→換向閘閥，30→方位轉(zhuǎn)換閘閥，21，右→排放閘閥，29→油箱。ST3快速回油道液壓油泵體1→單向閘閥2→換向閘閥21右側(cè)→換向閘閥33→關(guān)鍵液壓系統(tǒng)體39右控制回路液壓系統(tǒng)體39左側(cè)→換向閘閥、30→換向閘閥、21、右側(cè)→卸料閘閥、34→換向閘閥、33→關(guān)鍵液壓系統(tǒng)本體、39→右腔。3.2.3液壓系統(tǒng)的技術(shù)特點經(jīng)過多次的完善和試驗，現(xiàn)已完成的水力控制裝置具有以下特征：1.本液壓系統(tǒng)主要是由壓力來實現(xiàn)，它是由一個由蓄電池減壓閥構(gòu)成的卸荷回路和一個單向閥內(nèi)部的一個平衡回路和一個閥門氣缸的一個密封環(huán)路組成。2.利用0功能的三向四通式電磁式換向閥來控制操縱桿的操縱桿。在全油狀態(tài)下，閥門處于中間狀態(tài)，其起動平穩(wěn)程度和調(diào)速位置的準(zhǔn)確性均大大改善。三汽缸換向閥門采用并聯(lián)油回路。壓力區(qū)容積明顯減小，提高了反應(yīng)速率。3.將沖程切換器與電磁式換向器彼此配合，使得豎直油缸和橫向油缸能夠平穩(wěn)地完成操作的需要。在完成起動之前，氣門升降裝置和推出裝置都要在返程時完全停住。4.采用常力式為可變式軸向活塞泵供油方式，達(dá)到了滿足技術(shù)指標(biāo)和節(jié)能指標(biāo)。5.完全的液壓驅(qū)動機器，電子和水力的完全組合使得這種結(jié)構(gòu)大大改進(jìn)。3.3控制系統(tǒng)電路設(shè)計3.3.1電氣原理1.低電壓主電源開關(guān)箱，主功率箱+Q1（見附圖3-2)，主功率箱+Q2（見附圖3-3）為各自的低壓電器控制室和PLC柜提供電力。圖3-2總電源柜+Q1在圖3-2中，Q1是主電源開關(guān)柜。德力西MT40（4000A）框架式斷路器作為其維修的關(guān)鍵部件。電流等級4000A，分?jǐn)嗄芰?50KA。它可以為控制模塊提供完整的維護(hù)。有利于維護(hù)和監(jiān)督，負(fù)責(zé)給P1~P4配電，P1~P4為液壓傳動系統(tǒng)的主油泵電機和輔泵電機等電氣設(shè)備配電；圖3-3總電源柜+Q2圖3-3中的+Q2也是一個總成的電源箱，施耐德MT16（1600A）型斷路器，具有1600A的電壓等級，65KA的開關(guān)量，能夠為控制裝置提供完整的防護(hù)，方便維修和監(jiān)視，+P5~+P8為其他部件的主油、水泵馬達(dá)、擠壓缸等電器。2.將主油、水泵馬達(dá)、副水泵馬達(dá)等電器與低壓電器控制箱相連。P1函數(shù)（見附圖3至4及3至5)，兩個主要水泵馬達(dá)的起動，采用星形三角形起動，采用施耐德。圖3-4+P1原理圖主電路原理圖圖3-5+P1控制電路原理圖1#、2#兩個主泵馬達(dá)的起動控制采用星形起動方式，兩個主泵馬達(dá)主電路與其驅(qū)動線路相同，以M1也就是1#水泵的自控為實例，說明其主電路的主電路是以KM011,KM012,KM013，以及熱繼電器FR01作為主電路，KM013為Y起動，KM012為導(dǎo)通，KM012為導(dǎo)通，KM012為導(dǎo)通，KM012為導(dǎo)通，KM012為導(dǎo)通，KM013為導(dǎo)通，KM012為導(dǎo)通，KM012為導(dǎo)通，KM013為導(dǎo)通，KM012為導(dǎo)通，KM012為導(dǎo)通，KM013為導(dǎo)通，KM012為導(dǎo)通，KM012為導(dǎo)通，KM012與KM013無法在同一時間導(dǎo)通。FR01的功能是過載，QF01用于電機的短路。本發(fā)明的工作原理如下：關(guān)閉QF01,KA01關(guān)閉，KM013關(guān)閉，KM011關(guān)閉，電機繞組在星型連接狀態(tài)下起動，而定時繼電器KM011開始延遲；KM011延遲時結(jié)束，當(dāng)KM13被KM011的正常關(guān)閉接觸后，關(guān)閉KM012，使其轉(zhuǎn)換成△型并開始工作。3.+P2箱（見附圖3-6,3-7)：一次起動和二次起動的控制。圖3-6+P2主電路原理圖圖3-7+P2控制電路原理圖9#水泵起動控制系統(tǒng)使用了星形起動電路，它的主電路由AC觸點KM091,KM092,KM093，以及熱繼FR09,KM091作為主電路的供電，KM093為Y起動，KM092為導(dǎo)通，KM092與KM093無法在同一時間打開。FR09用于提供過負(fù)荷的防護(hù)，QF09用于電機的短路。其工作原理如下：關(guān)閉QF09,KA07關(guān)閉，KM093關(guān)閉，KM091關(guān)閉，電機繞組在星型連接狀態(tài)下起動，而定時繼電器KM091開始延遲；KM091延遲時間結(jié)束，KM93通過時間繼電器的常閉接觸而關(guān)閉后，KM0972被關(guān)閉，使線路轉(zhuǎn)換成△型并開始工作。當(dāng)KA10和KA11供電時，兩個輔助水泵就會啟動。4.+P3箱（見附圖3至8、3至9)：起動控制的副泵馬達(dá)和變頻調(diào)速裝置。圖3-8+P3主電路原理圖圖3-9+P3控制電路原理圖M12;M13;M14、M15是通過繼電保護(hù)KA12,KA13,KA14,KA15,KA15的常開式觸電關(guān)閉時，其工作速率是不能調(diào)整的；通過變頻調(diào)速裝置對副泵馬達(dá)M16、M19進(jìn)行驅(qū)動和控制，并通過變頻調(diào)速器來實現(xiàn)對其工作轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。5.在附圖4至10中所示的PLC箱（+P4）。+P4內(nèi)置S7-400處理器；基板，ET200M從站相關(guān)模塊，所有變量泵控制比例閥門的控制板和控制板安裝支架，直流24V穩(wěn)壓電源，空開，中間繼電器，指示燈等。4-10比例閥控制輸出原理圖圖4.10是比例閥控制的原理示意圖，當(dāng)擠壓機運行時，必須按擠壓工藝要求調(diào)整可變泵的流量控制比例閥，VT5~VT7是比例閥控制器，用于控制可變泵的流量，從而實現(xiàn)PID控制。該輸出變量由PLC仿真量輸出模塊對應(yīng)的信道分配到可變泵流量控制比例閥門的模擬量指定端，從而實現(xiàn)可變泵的流量輸出量的調(diào)整。3.3.2軟硬件的設(shè)計表3-1是PLC在金屬擠壓機上的輸入和輸出分配表格。表3-1I/O輸入、輸出信號及其地址編號表輸入地址號功能說明地址號功能說明X0預(yù)壓上限X30預(yù)壓升按鈕XI預(yù)壓下限X31預(yù)壓降按鈕X2主壓上限X32主壓升按鈕X3主壓下限X33主壓降按鈕X4抬箱上限X34給料右行按鈕X5左轉(zhuǎn)限位X35產(chǎn)品右行2按鈕X6右轉(zhuǎn)限位X36抬箱按鈕X7給料右行到位X37左轉(zhuǎn)按鈕X1O落箱到位X40右轉(zhuǎn)按鈕X11產(chǎn)品右行2到位X41落箱按鈕X12擁包壓力傳感器X42擁包按鈕XI3預(yù)壓右行到位X43預(yù)壓右行按鈕XI4頂包降下限X44頂包降按釧X15包布壓力傳感器X45頂包開按鈕X16頂包上限X46放包布X17進(jìn)料門關(guān)閉壓力傳感器X47預(yù)壓右行按鈕X2O手動X50頸壓右行到位X21回原點X25何愿點起動X22胞步運行X26自動起動X23單周期X27停止X24連續(xù)輸出地址號功能說明地址號功能說明YO給料右行Y10產(chǎn)品右行2Yl進(jìn)科門美Y1I捆包Y2預(yù)壓升YI2預(yù)壓右行Y3預(yù)壓降Y13頂包降Y4主壓開Y14頂包升Y5主壓降YI5防包布Y6左轉(zhuǎn)Y16預(yù)壓右行Y7右轉(zhuǎn)PLC作為最重要的控制單元，其配線不僅要滿足自己的用電需要，還要有各路不同型號和規(guī)格的電纜向各個單元傳遞控制信號，PLC接線圖如圖3-11所示。圖3-11PLC接線圖

4金屬擠壓機電氣控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1控制流程圖PLC一旦投入使用，則在整個操作過程中，PLCCPU將會按照下列三個步驟進(jìn)行：一是輸入取樣，二是使用者程式；一共有三個步驟，分別是輸入、執(zhí)行、輸出刷新。4.1.1輸入取樣相位可以將輸入取樣歸納為狀態(tài)與資料的讀取與儲存。也就是說，PLC把所有的輸入和資料都按一定的次序存儲在相應(yīng)的單位里。讀取和存儲完成以后，可以進(jìn)行以下兩個階段的運行，即：運行和更新。在取樣時，假定若在取樣時，若所述輸入的脈沖訊號為一離散訊號，則該訊號的訊息必須大于一次訊號的訊息，使該訊號的訊息可以不受到限制而被讀取。通過這種方式，存儲在I/O的映射區(qū)域中的相應(yīng)單位中的狀態(tài)和資料，即便是在輸入狀況和資料改變時也不會受到任何的影響。4.1.2實施進(jìn)程的階段使用者程式的實施。PLC對使用者程式（階梯圖形）的掃描總是從上到下，并且總是連續(xù)地進(jìn)行，并且在執(zhí)行使用者程式的此步驟期間，因為當(dāng)對每個階梯圖形進(jìn)行掃描時，其左側(cè)的每個接觸部由上至下，由左至右組成的一條控制路徑，因此，存在并且僅存在于IO圖像區(qū)域中的輸入點的狀況及資料是不改變的。通過對控制電路的邏輯操作，可以得到三種不同的結(jié)果：一是判定特定的命令，決定是否要實施；二是可以在RAM中相應(yīng)的相應(yīng)的狀態(tài)進(jìn)行升級；三是能夠在輸入/O映射區(qū)域中相應(yīng)的輸出線圈的狀況進(jìn)行升級。而且，上下一行的階梯圖形與下面一行的階梯圖形由一個新的邏輯線圈的狀況和一個數(shù)據(jù)的程序的運行行為完全反一-上排的階梯圖形將對使用這個線圈的人產(chǎn)生影響；而下一行的階梯圖形則要等待下一次的循環(huán)，以供上面一行的階梯圖形使用。這表明了其它的輸入點和其它軟件裝置在RAM和I/O映射區(qū)域中顯示的狀況和計算所儲存的數(shù)據(jù)存在著不同的可能。4.1.3PreferencePreference刷新了。這就是PLC實際的輸出，與PLC的運行流程不同，但其效果卻是一樣的。首先，CPU根據(jù)IO映射區(qū)域中相應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)到輸出的情況，進(jìn)行所有的鎖存回路的升級，再由該輸出回路激活相應(yīng)的外接裝置。因此，當(dāng)%M4的升級在同一時間內(nèi)被完成，第一次的掃描周期為1次，第二次的循環(huán)為4次。一般來說，PLC的掃描循環(huán)包含了自動檢測和通信；輸入采樣，用戶程序執(zhí)行，輸出刷新五個步驟，是一種傳統(tǒng)的控制圖表，如繼電器接觸、線圈等。4.1.4PLC輸入輸出的反應(yīng)速度PLC在開關(guān)量的輸出部分均使用了光電絕緣技術(shù)，該技術(shù)的目的在于防止PLC的干擾，保證PLC的可靠，同時采用了掃描技術(shù)，與普通的微機的工業(yè)控制方式相比，具有很大的區(qū)別。PLC的IO響應(yīng)周期較大，其響應(yīng)時間通常比單一的掃描周期要長。IO反應(yīng)是指PLC的輸出信號的反應(yīng)，即從輸入到輸出的變化所花費的時間。下面的4-1中顯示了一個金屬擠壓機的控制流程。圖4-1金屬擠壓機控制流程圖4.2設(shè)備動作程序可編程控制器（PLC）是金屬擠壓機機的控制核心，依據(jù)控制程序，通過對位移傳感器反饋的信號進(jìn)行邏輯判斷去控制電磁閥，并通過電磁閥控制油缸完成自動金屬擠壓機的全過程，如下圖4-2為金屬擠壓機控制程序梯形圖。圖4-2控制程序梯形圖4.3程序監(jiān)控與測試此次程序仿真盡仿真自動模式。(1)首先強制打開X014，及主程序中的自動模式按鈕。(2)開啟之后進(jìn)入自動模式。開始檢測系統(tǒng)的初始狀態(tài)，不在初始狀態(tài)的將其還原初始狀態(tài)。(3)強制打開X000,X010,X012,及主程序中的啟動按鈕，主缸返回上限，頂出缸返回下限。(4)主缸下行，達(dá)到一定壓力時，壓力繼電器發(fā)出信號，保壓開始，保壓120s。(5)保壓結(jié)束之后，主缸返回。(6)主缸返回上限，碰到限位開關(guān)之后，主缸停留10s后，頂出缸頂出。(7)頂出缸碰到頂出缸限位開關(guān)之后，頂出缸停留10s。(8)10s之后，頂出缸返回。(9)頂出缸返回下限后，程序返回第一步，程序繼續(xù)循環(huán)。

總結(jié)金屬擠壓機是維持金屬材料擠壓的最關(guān)鍵設(shè)備，金屬材料的擠壓加工技術(shù)是一種高質(zhì)量、高效率、低成本的生產(chǎn)工藝。近年來，我國在擠出機設(shè)計和生產(chǎn)方面發(fā)展迅速，已成為擠出機生產(chǎn)強國，但與世界領(lǐng)先水平仍有差距。隨著電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，環(huán)境污染問題和能源危機日益不容樂觀。員工成本的增加、高效率、較高的機械自動化、節(jié)能和智能化系統(tǒng)是金屬擠壓機發(fā)展趨勢的關(guān)鍵新趨勢。本文從金屬擠壓機的制造技術(shù)入手，從電拖動和水力工作原理出發(fā)，運用PLC控制技術(shù)，并結(jié)合機械設(shè)備的電氣控制設(shè)計和使用實踐，得出了如下結(jié)論：在擠壓速率下；給錠子機械臂；本文重點對擠壓壓力進(jìn)行了理論和控制參數(shù)的分析與計算，并對其控制方案進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計，其中包括電力拖動方案、PLC控制方案以及控制部件選擇；對該電子控制系統(tǒng)中所用的控制軟件進(jìn)行了預(yù)先編寫和模擬；在裝置調(diào)試期間，根據(jù)不同的毛坯和產(chǎn)品的特性，調(diào)節(jié)各種控制參數(shù)，其中包括分段擠壓速度的調(diào)試，供錠伺服機械手帶負(fù)荷調(diào)試，以及在滿足保護(hù)要求的情況下，調(diào)試最佳參數(shù)。最后，通過對該型壓機的電氣設(shè)計的完整性和正確性進(jìn)行了檢驗，得出了適合該型壓機的電氣控制方案。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)加強各方面的協(xié)作，做好軟件模擬和生產(chǎn)操作參數(shù)的，以進(jìn)一步提高逆壓機的生產(chǎn)效率。在實現(xiàn)擠出機結(jié)構(gòu)特點和系統(tǒng)軟件的設(shè)計方案，并經(jīng)過現(xiàn)場測試達(dá)到預(yù)期目標(biāo)后，已宣布建成投產(chǎn)。根據(jù)公司發(fā)展和市場需要，正向改為正反擠壓，選用多孔結(jié)構(gòu)模具，主機配熱壓（如放線機和輥道）以改善擠壓。制造智能化水平，提高液壓機和自動控制系統(tǒng)，完成整條生產(chǎn)線設(shè)備的智能化系統(tǒng)，將是未來科研發(fā)展趨勢的重點。根據(jù)型式和形式設(shè)計方案，零部件的集成和成套設(shè)備的供應(yīng)，完成裝配式建筑安裝，減少安裝時間，控制成本，對完成一些獨特功能的擠出機進(jìn)行特殊產(chǎn)品開發(fā)也是下一步。分析的具體位置。

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