大口径方管圆管成型机自动控制系统

秦捷

（太原重工股份有限公司技术中心，山西 太原 030024）

生产实践·应用技术

大口径方管圆管成型机自动控制系统

秦捷

（太原重工股份有限公司技术中心，山西 太原 030024）

简要介绍了该设备的结构、功能以及相关的工艺。通过梳理工艺流程，优化了设备的电气硬件配置和软件结构方案，最大限度地节约了生产成本，提高了生产质量和效率。

运动控制器 伺服控制 自动控制 成型机

1 设备结构与功能

大口径方管圆管成型机包括上横梁装置、下横梁装置、调整装置、压下液压缸、机架装置及梯子走台等。

上横梁装置主要由横梁和压头组成，横梁装置在压下液压缸的驱动下，下梁装置一起将钢板压成O形管筒；下横梁装置主要由横梁、传动辊装置等组成，横梁通过丝杆、螺母支承在机架装置上，作为下部支承，与上横梁装置、下横梁装置可根据不同的钢板规格上下移动，传动辊装置主要由辊子、电机、减速机、液压缸及支架等组成；调整装置主要由电机、减速机、万向接轴、丝杆、螺母、导向杆、导向座、液压缸等组成，电机、减速机、传动丝杆系统可满足下横梁装置上下移动行程，导向杆、导向座可保证下横梁装置上下平移移动，液压缸在丝杆系统调整前将下横梁装置升起，调整后将下横梁装置与丝杆接触；机架装置主要由立柱、上支承梁、下支承梁等组成。压下液压缸用于上横梁装置的压下和升起；梯子走台主要由梯子、栏杆、台架、栅格板等组成。

2 工艺流程（见图1）

图1 成型机工艺流程图（图中带圈数字表示步骤顺序）

3 主要控制方式

3.1 变频电机控制

变频控制运用于输入辊道、出料小车。输入辊道和出料小车可根据工艺的要求调整到合适的速度以实现机构功能、适应生产节奏要求。

3.2 伺服电机控制

伺服控制运用于两台推料装置，配置了西门子1PH8型号的伺服电机、西门子S120的变频器和绝对值编码器配合来实现推料的精准定位。

3.3 比例阀位置控制

比例阀位置控制运用于下横梁预凸控制，采用比例阀加位移传感器来实现精确控制。下横梁的升降液压缸，根据工艺要求提前设定好预凸量，在钢板压制过程中对下横梁的变形进行补偿。

3.4 电液伺服控制

电液伺服控制运用于主机6个主缸同步压下和4个回程缸同步回程，配置同步控制器和光栅尺配合控制伺服缸从而实现6缸同步压下和4缸返回的功能。

4 硬件配置

控制系统主要配置Siemens 315T-2DP与IM174接口模块来实现控制功能，系统拓扑图下页如图2所示。Siemens 315T-2DP主要用于逻辑控制，如电机的起停、电磁阀开闭及整个设备的手动、自动逻辑控制。Siemens 315TPLC主要用于运动控制，如高频响方向阀的控制以及同步功能。

西门子SIMATIC S7-300T-CPU，可以理解为：集成了FM定位模板的标准S7-300 CPU，所有的程序编制和开发，都是借助西门子STEP 7软件环境，编程语言是用户所熟悉的LAD、STL、FBD、SCL、Graph、CFC、SFC、Hi Graph。所有的运动控制程序编制，都是借助STEP 7编程库中的S7-Tech Library（T-CPU专用的运动控制指令库—FB块），符合PLC open标准，方便用户直接使用现成的运动控制指令，实现复杂的运动控制任务。可最大程度地降低工程与组态、调试和维护费用。由于这些标准功能块直接集成在SIMATICS7-300T-CPUTechnology系统固件中，因而占用S7-CPU的工作内存很少。

图2315 TCPU控制图

传动系统主要配置的变频器带有Profibus-DP现场总线通讯模块、变频装置控制盘、制动单元；变频装置具有过电压、过电流、欠电压、缺相、变频器过载、变频器过热、电机过载、输出接地、输出短路等保护功能；变频器可以灵活地实现本地和远程控制，切换时不得导致系统的失控和振荡；变频器对电网电压波动应有极强的适应能力，±10%电压波动范围内能满载输出；额定负载下加/减速时间1.5 s（到达额定转速）；变频器具备150%1 min的过载能力。变频器要有在超过额定转速下的断续运转能力，各项温升满足要求；无论变频器在手动或自动控制时，在主电源、控制电源短时失电后，变频器仍保持失电前控制方式及状态，而不需要手动复位或调整；液压站电机功率大于75 kW（含75 kW）的，采用软启动器启动；55～75 kW的电机，采用星-三角启动方式启动；55 kW以下的电机采用接触器直接启动。

根据JCO成型机的结构与功能，在符合安全操作和方便操作的条件下，将成型机的控制划分为主操作台、H3流体控制柜、H4流体控制柜。主操作台设有操作元件和Siemens KTP触摸屏，操作元件主要用于实现手动操作、自动启动、急停及设备动作较频繁的机构进行控制。Siemens KTP触摸屏主要用于安全状态下远程液压站起停、参数设置、系统监控、数据记录及设备动作不频繁的机构进行控制。H3流体控制柜主要用于主机液压系统泵起停、系统手动加载的控制。H4流体系统主要用于辅助设备液压系统泵起停、手动加载的控制。

5 软件配置

西门子step7软件主要用于进行逻辑控制编程，西门子S7_Technology进行运动控制编程（主要用于调试伺服比例阀和伺服电机）。用西门子WINCC软件在画面上对设备的工艺参数设置、显示以及设备故障、报警记录。

STEP 7软件具有以下功能：硬件配置和参数设置、通讯组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断功能等。STEP 7的所有功能均有大量的在线帮助，用鼠标打开或选中某一对象，按F1可以得到该对象的相关帮助。在STEP 7中，用项目来管理一个自动化系统的硬件和软件。STEP 7用SIMATIC管理器对项目进行集中管理，它可以方便地浏览SIMATIC S7、M7、C7和WinAC的数据。实现STEP 7各种功能所需的SIMATIC软件工具都集成在STEP 7中。

S7_Technology软件在SIMATIC CPU内集成了运动控制（Motion Control）功能，以将SIMATIC CPU S7-300的功能与符合PLCopen的运动控制功能结合在一起。基于SIMATIC编程语言LAD、FBD或STL对T-CPU进行编程。在单个应用程序中对PLC和运动控制功能进行编辑。

WINCC软件是通用的应用程序，适合所有工业领域的解决方案；多语言支持，全球通用；可以集成到所有自动化解决方案内；内置所有操作和管理功能，可简单、有效地进行组态；可基于Web持续延展，采用开放性标准，集成简便；集成的Historian系统作为IT和商务集成的平台；可用选件和附加件进行扩展；“全集成自动化”的组成部分，适用于所有工业和技术领域的解决方案。

6 上位机画面

上位机主要画面包括：成型机主画面、成型机液压系统监控画面、成型机曲线记录画面、成型机数据记录画面、成型机故障记录画面、成型机自动化网络画面。

工艺参数设定画面主要包括以下内容：输入辊道速度设定、出料小车速度设定、上横梁1号—6号主缸位置设定、上横梁1号—6号主缸压力设定、上横梁1组、2组回程缸位置设定、上横梁1组、2组回程缸压力设定、下横梁位置设定、板料长度设定、板料宽度设定、板料厚度设定、1号推料小车速度设定、2号推料小车速度设定、1号推料小车步进位移设定、2号推料小车步进位移设定。

7 网络

本设备Profibus网络电气元件组成有变频器、编码器、远程I/O等。PLC、触摸屏、工控机这几个系统之间采用以太网通讯。

PROFIBUS DP是一种功能强大、开放、坚固耐用的总线系统，能保证无问题的通讯。PROFIBUSDP用于和现场设备间的快速、循环数据交换，可从网络上的任何地点进行组态、调试和故障排查。从而自定义的通讯关系不但通用，而且易于实施，更改简便。

工业以太网设计基于IEEE 802.3（Ethernet）的强大的区域和单元网络，使自动化部件彼此连接，并连接到工控机和工作站以及无线通讯部件，可提供同机种和异机种通讯。其特点是连接方法简捷，可快速调试。因采用冗余网络拓扑结构，具有高可用性。采用简单、有效的诊断概念，持续监控网络部件。由于现有网络容易扩展，因而具有高度灵活性，是系统范围内实现联网的基础。由于通过切换技术其性能可伸缩，以太网的通讯性能几乎无限制。

8 结语

成型机就是将弯边后的钢板压成“O”形管筒或将铣边后的钢板折弯成方形管筒，此管主要用于排水、热力工程、结构用管等。合理的电气系统配置会给设备带来事半功倍的效果，熟悉设备工艺会使电气系统设计更符合实际操作，便于优化工艺流程，提高生产效率。

（编辑：张伟）

Automatic Control System of Molding Machine with Large Diameter Circular Tube

Qin Jie
（Technology Center of Taiyuan Heavy Industry Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030024）

This paper briefly introduces the structure，the functions and related technology of the device.Through carding process，electrical hardware configuration and software structure scheme of equipment are optimized to save the production cost maximally and improve the production quality and efficiency.

motion controller，servo control，automatic control，molding machine

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2015.06.26

TG376.9

A

1672-1152（2015）06-0072-03

2015-09-17

秦捷（1984—），男，太原重工股份有限公司技术中心设计员。Email：qinjie840121@126.com