基于PLC的液压成型控制系统的设计.pdf

2 0 1 3年第 5期 工业仪表与 自动化装置 3 9 基 于 P L C 的液压成 型控制 系统 的设 计 高敬更， 陈欣， 乔立凤， 温定筠， 杨春光， 黄葆文 甘肃省 电力公司电力科学研究院， 兰州 7 3 0 0 5 0 摘要 主要采用 s 72 0 0 P L C开发 阳极环液压成型 自动控制 系统 ， 电解铝行业 中需要消耗大量 阳极环 ， 普通的手动生产方式平均每分钟可生产一块 阳极环， 通过 P L C技 术进行重新设计后 可以 使 生产效率提升 3倍 ， 在降低操作工人工作强度 的同时， 也使得生产的稳定性更加 可靠。 关键词 阳极环 ； P L C； 自动控制 ； 液压成型 ； 电解铝 中图分类号 T P 2 7 3 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 3 0 5 0 0 3 9 0 4 The r e s e a r c h o f t he hy dr a u l i c m o l d i ng c o n t r o l s y s t e m t e c hn o nl o g y ba s e d o n PLC G A O J i n g g e n g ， C HE N X i n ，Q I A O L i n g ， WE N D i n g j u n ，Y A N G C h u n g u a n g ， HU A N G B a o w e n G a n s u E l e c t r i c P o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e ， L a n z h o u 7 3 0 0 5 0 ， C h i n a Ab s t r ac t T he p a p e r i n t r o d uc e s t h e u s e o f S 7 2 0 0 s e r i e s PLC o n a n o d e r i n g h y d r a u l i c mo l d i n g a n t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m ，e l e c t r o l y t i c a l umi n u m i n d u s t r y n e e ds t o c o ns u me a l a r g e a mo u n t o f a n o d e r i n g， t h e o r d i n a r y ma nu a l mo d e o f p r o d uc t i o n c a n p r o d u c e a n a n o d e r i n g p e r mi n u t e，r ed e s i g n b y PL C t e c h n o l o g y a l l o ws t h e p r o d u c t i o n e ffi c i e nc y t r i pl e，s t a b i l i t y o f pr o d u c t i o n，b u t a l s o ma k e s mo r e r e l i a b l e whi l e r e d u c i n g o p e r a t i n g wo r k e r s wo r k i n t e n s i t y ． Ke y wo r dsa n o d e r i n g；PLC；a u t o ma t i c c o n t r o l ；h y d r a u l i c mo l d i n g；e l e c t r o l y t i c a l umi n u m 0 引言 阳极环作为电解铝行业 中阳极块 的辅助部分 ， 在电解铝行业中消耗量极大 。但 目前 ， 由于重视不 够 ， 阳极环的生产 自动化程度不高 ， 需要人工极大地 参与， 生产效率低下 ， 工人劳动强度大。鉴于以上问 题 ， 随着可编程控制器在工业控制 中的应用和推广 ， 针对 阳极环生产 的特点 ， 以及 s 72 0 0系列 P L C具 有可靠性高 ， 抗干扰能力强 ， 配置灵 活， 编程简单 ， 维 修方便 ， 易于扩展 等特 点 ， 采 用 S 72 0 0系列 P L C 作为控制核 心开发 了阳极环 液压成 型 自动控制 系 统。阳极环液压成 型 自动控 制系统研 发调试成 功 后 ， 大大促进了企业的生产效率 ， 降低 了工人的劳动 强度 ， 因此具有一定的现实意义。 1 系统的基本结构和控制要求 1 ． 1控制系统 的机械结构 阳极环液压成型自动控制系统的机械部分主要 由床身、 给料电机 、 水平液压缸 、 竖直液压缸 、 油泵电 机、 液压站冷却系统等组成。油泵电机为水平液压 收稿 日期 2 0 1 3一 O 11 8 作者简介 高 敬更 1 9 8 3 ， 男 ， 河 南 南 阳人 ， 硕士 研究 生 ， 工程 师 ， 从 事电能计量工作。 缸与竖直液压缸提供动力 ， 水 平液压缸与竖直液压 缸配合生产 阳极环 。阳极环液压成 型 自动控制 系统概貌如图 1所示。 图 1 阳极 环液压成型概貌图 1 ． 2 控制系统的控制要求 阳极环液压成型 自动控制 系统 中， 水平缸分别 有左限位 、 保压停止位 、 保压保护位 、 右限位 、 右保护 位 ； 竖直缸分为下限位 、 上 限位 、 上限保护位。系统 分为手动与 自动两种生产方式 ， 手动方式 主要用于 系统调试 ， 自动方式在不需要太多的人工干预情况 下 自动完成阳极环的生产 。 当转换开关在 自动控制方式下 ， 需手动在触摸 屏给出自动程序启动命令。当自动命令发出后， 电 磁溢油阀打开， 给料电机启动命令发出， 循环泵启动 命令发出， 在给料电机与循环泵运行前提下， 液压缸 4 0 工业仪表与自动化装置 2 0 1 3年第 5期 所驱动机械装置执行 以下初始化动作 1 首先竖直 液压缸下降 ， 竖直液压缸到下限位之后 ， 水平液压缸 前进到右限位 ， 将磨 具 中的原料清 除干净 ； 2 水 平 液压缸到右限位后立 即后退 ， 当水平液压缸后退到 保压位时， 竖直液压缸开始上升到上限位停止 ， 水平 液压缸继续后退直到左限位 ； 3 当水平液压缸到左 限位并且竖直液压缸到上限位后 ， 初始化动作结束 ， 开始生产阳极环 。 在初始化动作完成且给料电机与循环泵运行条 件下 ， 阳极环的 自动生产过程如下 1 水平液压缸 前进到保压位后停止 ； 2 水平液压缸保 压一定时 间 此时间可在触摸屏调整 后 ， 竖直液压缸下降直 到下 限位 ； 3 竖直液压缸到达下限位后 ， 水平液压 缸从保压位继续前进将生产的阳极环推出模具并到 达水平右限位 ， 此 时 ， 一个 阳极环生产成 功； 4 水 平液压缸到右限位后立即后退 ， 到达保压位后 ， 竖直 液压缸上升 ， 水平液压缸继续后退 ， 当水平液压缸从 模具 中退出之后 ， 给料 电机 同时将原料压进模具之 中， 水平液压缸到达左 限位 同时竖直液压缸 到达上 限位 ， 水平液压缸前进 ， 开始新的阳极环的生产 。 自动控制方式下 的保护措施 水平液压缸产生 的压强最大可达到 1 5 MP a ， 可根据 阳极环所需要的 质量和密度调整水平液压缸左限位和力量 。为了设 备 的安全 ， 控制系统在硬件与软件 中均作了完善 的 保护措施。 1 硬件方 面 1 在水 平右限位后端设 置水平 右保护位行程开关 ， 在水平右限位开关失灵情况下 ， 水平液压缸会碰到右保护位开关 ； 2 在保压 位限 位后端设置保压保护位 ， 在保 压位 限位开关失灵情 况下 ， 保压保护位行程开关起作用 ； 3 竖直缸 的上 限位上侧设置竖直上保护位行程开关 ， 起到竖直方 向的保护作 用 ， 防止竖 直液压缸将 整个机床 顶起。 在任何一个保护位 限位开关不该动作情况下动作 ， 系统均整体停机 ， 同时报警铃输出， 提醒工作人员检 查行程开关是否仍处于正常运行状态。 2 软件方面， 为了防止 P L C在运行 中出现特定 输入端 口烧坏导致从现场采集 到不真实 的状态 ， 在 步进程序中， 加入了大量的保护点， 在特定的步骤 中， 只能特定的点可以有输入 ， 当有些不正常的输入 存在时， 系统整体停机， 同时报警铃输出， 提醒工作 人员检修设备 。 手动控制方式 即需要工作人员通过触摸屏手 动控制液压电机、 给料电机、 循环泵的启停 ， 手动命 令水平液压缸的前进与后退 ， 竖直液压缸 的上 升与 下降。手动方式主要在设备调试时使用。 2 P LC控制系统的设计 2 ． 1 P L C输入输出端 口配置设计 根据控制系统要求 ， 选择西 门子 s 72 0 0 2 2 6 P L C， P L C的输入 、 输出端子统计如表 1 、 表 2所示 。 表 1 P LC输入端 子统 计 表 2 P L C输 出端子统计 2 ． 2控制系统的硬件电路设计 阳极环液压成型 自动控制系统硬件 电路如图 2 所示 。 简洁的控制 电路使得控制系统便于维护 ， 各设 备运行可靠， 油泵电机为控制系统提供液压动力， 循 环泵提供循环水通 过液压油管为液压油降温 ， 使得 液压油不至于过热。分别通过继电器控制相应的电 液 阀的通断实现水平缸与竖直缸 的相应动作 ， 来完 成产品的生产。硬件电路取消了传统控制系统的按 钮与指示灯的设计 ， 除了电源旋钮 、 手动 自动切换旋 钮与急停按钮 ， 不再设置其他 的按钮 ， 控制柜设置 3 盏指示灯 ， 分别为 电源指示灯 ， 系统运行指示灯 ， 系 统故障指示灯 ， 其 中系统故障指示灯 与报警铃声会