中国科技期刊数据库 工业C
基于PLC 的多向模锻压机模拟机
樊玉新
中国二十二冶集团有限公司，河北 唐山 063000
摘要：为了更好的向客户演示说明40MN 多向模锻压机的工作过程与工作原理，设计了基于PLC 的多向模锻压机模拟机系统。 关键词：多向模锻压机；PLC ；步进电机 中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1671-5810（2015）43-0097-01
引言
多向模锻技术又称多柱塞模锻，是20世纪50年代美国Cameron 公司提出并实现的锻造新技术。与普通模锻不同，其在模具闭合后，几个冲头自不同方向同时或先后对毛坯进行挤压，从而在一次加热后完成复杂工艺，锻造复杂零件。它是一种在密闭型腔中的模锻挤压过程，是真正意义的闭式模锻。多向模锻技术完全符合装备制造技术向精密、高效、低耗、低排放发展的趋势。
近年来，国内外电力工业、造船工业、航空工业、重型机械制造业等行业对大型锻件及大型模锻件的需求日益增多。作为机械制造业的重要基础产业，大型锻件的生产制造发展迅速，大型精密锻件的生产制造发展尤为突出。40MN 多向模锻液压机能够生产大口径高温高压阀体精密锻件、石油井口锻件、超超临界火电高温高压管道三通等锻件。
为了更好的模拟并向客户展示二十二冶集团精密锻造有限公司已投产的40MN 多向模锻压机的工作过程、工作原理与工作状态，本文设计了基于PLC 的多向模锻压机模拟机系统。
1 系统组成
40MN 多向模锻压机主要由机架主体、液压系统、电气控制系统等三部分构成。锻压机机架主体结构主要由缠绕机架、动梁、工作台及工作缸构成，锻压机机架采用预应力钢丝缠绕结构形式。工作缸包括中间穿孔缸、合模缸、左穿孔缸和右穿孔缸。液压系统主要为各部件提供传动力。电气控制系统主要控制锻压机完成压制工作，主站采用S7-300，从站采用ET200。本模拟机系统中，各个缸的运动分别由5台步进电机控制，其中合模缸由2台步进电机控制；其电气控制系统的主站采用S7-300，从站采用S7-200。
2 电气控制系统 2. 1 系统组成
模拟机电气控制系统主要由主机、步进电机控制模块、通讯模块、触摸屏等组成。主机采用S7-300 CPU ，步进电机控制模块采用S7-200 CPU ，通讯模块采用EM277，通讯方式采用DP 通讯，触摸屏采用MP277。模拟机电气控制系统组成如表1所示。
表1 模拟机电气控制系统组成表
序号 名称 型号规格 备注 1 主站 CPU
314C -2DP
2 从站 CPU 222
3 通讯模块 EM277 通讯方式采用DP 通讯 4
触摸屏
MP277
2. 2 系统工作原理
通讯模块EM277通过PROFIBUS 建立起S7-200 CPU 与S7-300 CPU 的通讯，使S7-300可采集到S7-200的信号。S7-300 CPU 与触摸屏MP277进行人机交流，然后根据控制工艺向每个S7-200 CPU 发送指令，S7-200 CPU 采集到S7-300 CPU 的信号、指令后，对数据进行运算处理，然后输出给执行机构（步进电机驱动器）。执行机构（步进电机驱动器）又发送相应的脉冲指令给各个步进电机，控制各个步进电机的动作，从而实现各个缸的顶出、回程动作。
S7-200 CPU 集成了2路独立的20kHz 高速脉冲输出，两个高速脉冲输出口分别通过Q0. 0、Q0. 1两个输出端子输
出，可选择PTO （脉冲串）和PWM （脉宽调制）方式。PTO 方式每次只能发出固定脉冲，脉冲开始发送后直到发送完毕才能开始新的脉冲串；PWM 方式相对灵活，在脉冲发送期间可随时改变脉冲周期及宽度，其中脉冲周期可以选择微秒级或毫秒级。
触摸屏MP277主要对模拟机的工作过程进行模拟控制。通过软件工具库的工具调用以及相关项的设定或通过宏定义设计出控制人机界面，主要用于显示设备、系统状态的实时信息及产生相应的开关信息或输入数值、字符与PLC 进行数据交换，从而实现对电机的转向、转速和行程的监控，即各个缸的顶出、回程过程及顶出时的速度设定。步进电机控制图和PLC 系统网络图如图1所示。
脉冲
S7-200CPU222
驱动器步进电机
图1 步进电机控制图
3 工作方式
锻压机工作方式包括手动和半自动。
手动工作时，按下对应的顶出、回程按钮，完成各个液压缸的顶出、回程动作，此时为点动控制。常按手动合模缸下行按钮，可通过压力设置完成保压动作；常按手动中间穿孔缸下行或手动水平侧缸顶出按钮，可通过压力设置和顶出限位来完成缸体的顶出到位过程。手动回程时，当到达回程手动停限位时，回程结束。
程序默认半自动状态的初始位置为合模缸回程手动停位或自动停位、两水平侧缸回程手动停位或自动停位以及中间穿孔缸上限位。首先检查锻压机是否处于上述限位位置，若满足条件，系统在系统运行状态栏中显示“半自动可以运行”。确认各缸体位置后，切换到半自动状态。按下半自动运行按钮可实现一个压制周期的循环。半自动状态回程时，到达各液压缸体回程自动停限位时，回程结束。
4 结束语
多向模锻压机模拟机在“第五届中国国际流体机械展览会”及“2011中国国际工业博览会”上的运行表明：该系统能很好的模拟展示多向模锻压机的工作过程，操作方便，运行准确，演示到位，达到了预定的目标。
参考文献
[1]王凤喜，钟玉水. 航空工业的发展与模锻件的需求[J ].锻压机械，1997（5）：3-5.
[2]俞新陆, 等. 液压机的结构与控制[M ].北京：机械工业出版社，1989：38-48.
[3]支凤春，刘宪文. 国外多向模锻设备[J ].一重技术，1995（4）：10-15.
作者简介：樊玉新（1982-），女，河北唐山人，硕士，助理工程师，主要从事电气自动控制研究。
2015年43期 97
中国科技期刊数据库 工业C
基于PLC 的多向模锻压机模拟机
樊玉新
中国二十二冶集团有限公司，河北 唐山 063000
摘要：为了更好的向客户演示说明40MN 多向模锻压机的工作过程与工作原理，设计了基于PLC 的多向模锻压机模拟机系统。 关键词：多向模锻压机；PLC ；步进电机 中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1671-5810（2015）43-0097-01
引言
多向模锻技术又称多柱塞模锻，是20世纪50年代美国Cameron 公司提出并实现的锻造新技术。与普通模锻不同，其在模具闭合后，几个冲头自不同方向同时或先后对毛坯进行挤压，从而在一次加热后完成复杂工艺，锻造复杂零件。它是一种在密闭型腔中的模锻挤压过程，是真正意义的闭式模锻。多向模锻技术完全符合装备制造技术向精密、高效、低耗、低排放发展的趋势。
近年来，国内外电力工业、造船工业、航空工业、重型机械制造业等行业对大型锻件及大型模锻件的需求日益增多。作为机械制造业的重要基础产业，大型锻件的生产制造发展迅速，大型精密锻件的生产制造发展尤为突出。40MN 多向模锻液压机能够生产大口径高温高压阀体精密锻件、石油井口锻件、超超临界火电高温高压管道三通等锻件。
为了更好的模拟并向客户展示二十二冶集团精密锻造有限公司已投产的40MN 多向模锻压机的工作过程、工作原理与工作状态，本文设计了基于PLC 的多向模锻压机模拟机系统。
1 系统组成
40MN 多向模锻压机主要由机架主体、液压系统、电气控制系统等三部分构成。锻压机机架主体结构主要由缠绕机架、动梁、工作台及工作缸构成，锻压机机架采用预应力钢丝缠绕结构形式。工作缸包括中间穿孔缸、合模缸、左穿孔缸和右穿孔缸。液压系统主要为各部件提供传动力。电气控制系统主要控制锻压机完成压制工作，主站采用S7-300，从站采用ET200。本模拟机系统中，各个缸的运动分别由5台步进电机控制，其中合模缸由2台步进电机控制；其电气控制系统的主站采用S7-300，从站采用S7-200。
2 电气控制系统 2. 1 系统组成
模拟机电气控制系统主要由主机、步进电机控制模块、通讯模块、触摸屏等组成。主机采用S7-300 CPU ，步进电机控制模块采用S7-200 CPU ，通讯模块采用EM277，通讯方式采用DP 通讯，触摸屏采用MP277。模拟机电气控制系统组成如表1所示。
表1 模拟机电气控制系统组成表
序号 名称 型号规格 备注 1 主站 CPU
314C -2DP
2 从站 CPU 222
3 通讯模块 EM277 通讯方式采用DP 通讯 4
触摸屏
MP277
2. 2 系统工作原理
通讯模块EM277通过PROFIBUS 建立起S7-200 CPU 与S7-300 CPU 的通讯，使S7-300可采集到S7-200的信号。S7-300 CPU 与触摸屏MP277进行人机交流，然后根据控制工艺向每个S7-200 CPU 发送指令，S7-200 CPU 采集到S7-300 CPU 的信号、指令后，对数据进行运算处理，然后输出给执行机构（步进电机驱动器）。执行机构（步进电机驱动器）又发送相应的脉冲指令给各个步进电机，控制各个步进电机的动作，从而实现各个缸的顶出、回程动作。
S7-200 CPU 集成了2路独立的20kHz 高速脉冲输出，两个高速脉冲输出口分别通过Q0. 0、Q0. 1两个输出端子输
出，可选择PTO （脉冲串）和PWM （脉宽调制）方式。PTO 方式每次只能发出固定脉冲，脉冲开始发送后直到发送完毕才能开始新的脉冲串；PWM 方式相对灵活，在脉冲发送期间可随时改变脉冲周期及宽度，其中脉冲周期可以选择微秒级或毫秒级。
触摸屏MP277主要对模拟机的工作过程进行模拟控制。通过软件工具库的工具调用以及相关项的设定或通过宏定义设计出控制人机界面，主要用于显示设备、系统状态的实时信息及产生相应的开关信息或输入数值、字符与PLC 进行数据交换，从而实现对电机的转向、转速和行程的监控，即各个缸的顶出、回程过程及顶出时的速度设定。步进电机控制图和PLC 系统网络图如图1所示。
脉冲
S7-200CPU222
驱动器步进电机
图1 步进电机控制图
3 工作方式
锻压机工作方式包括手动和半自动。
手动工作时，按下对应的顶出、回程按钮，完成各个液压缸的顶出、回程动作，此时为点动控制。常按手动合模缸下行按钮，可通过压力设置完成保压动作；常按手动中间穿孔缸下行或手动水平侧缸顶出按钮，可通过压力设置和顶出限位来完成缸体的顶出到位过程。手动回程时，当到达回程手动停限位时，回程结束。
程序默认半自动状态的初始位置为合模缸回程手动停位或自动停位、两水平侧缸回程手动停位或自动停位以及中间穿孔缸上限位。首先检查锻压机是否处于上述限位位置，若满足条件，系统在系统运行状态栏中显示“半自动可以运行”。确认各缸体位置后，切换到半自动状态。按下半自动运行按钮可实现一个压制周期的循环。半自动状态回程时，到达各液压缸体回程自动停限位时，回程结束。
4 结束语
多向模锻压机模拟机在“第五届中国国际流体机械展览会”及“2011中国国际工业博览会”上的运行表明：该系统能很好的模拟展示多向模锻压机的工作过程，操作方便，运行准确，演示到位，达到了预定的目标。
参考文献
[1]王凤喜，钟玉水. 航空工业的发展与模锻件的需求[J ].锻压机械，1997（5）：3-5.
[2]俞新陆, 等. 液压机的结构与控制[M ].北京：机械工业出版社，1989：38-48.
[3]支凤春，刘宪文. 国外多向模锻设备[J ].一重技术，1995（4）：10-15.
作者简介：樊玉新（1982-），女，河北唐山人，硕士，助理工程师，主要从事电气自动控制研究。
2015年43期 97