摘要（yào）：介（jiè）紹某公司80MN 熱模鍛壓力機的工（gōng）作原理和工藝流程，詳細敘述以西門子S7-300 係列PLC為核心的電控係統的組成結構，具體控製功能實現的（de）過程，闡述該係統人機界麵組態配置及程序編（biān）製主要內容，指（zhǐ）出係統的（de）設計要點。

      熱模鍛壓力機是借助模具實現金屬熱成型的鍛壓設備。它廣泛應用於汽車、拖拉機、機車（chē）、石化、軍工等行業，是進行大批量（liàng）、高精度模鍛件生產的首選設備。它（tā）可以進行鐓粗、預鍛、終鍛、切邊（biān）、衝孔等工序。熱模鍛壓力機的用途非常廣泛，在熱模鍛（duàn）壓力（lì）機上可以完（wán）成開式模（mó）鍛、閉式模鍛、擠壓等各種型材的熱模（mó）鍛工藝。在熱模鍛壓力機上進行鍛造（zào）的典型零件有：

     （1）通過鐓粗形式成型的鍛件，如法蘭盤和齒輪毛坯等。
     （2）通過擠壓方式成型的鍛件（jiàn）如一些筒型零件。
     （3）通過預先引伸方式成型的鍛件，如（rú）汽車發（fā）動機的曲軸、前梁等。

       1 、熱模鍛壓力機工作原理

      熱模鍛壓力機主要由壓平機（jī）的主機本體、輔（fǔ）助設備、液壓係統、潤滑係統、氣動係統（tǒng）和（hé）電氣控製係統組成。壓力機本體采用整體實心鑄造機身， “X”型滑塊導軌，雙點（diǎn）支撐結構，具有（yǒu）剛性好、導向（xiàng）精度高、抗偏載（zǎi）能力強等特點。主電機拖動小飛輪旋轉，小飛輪通過皮帶（dài）傳動帶動大飛（fēi）輪，與大飛輪同軸的（de）小齒輪與大齒輪齧合（hé），而大齒（chǐ）輪最終為滑塊提供動力，為了（le）增加慣性，所以大齒輪的尺（chǐ）寸非常大，以保證有足夠的慣性。當電機經過四級啟動電阻啟動完（wán）畢（bì）後，此時轉速（sù）達到額定轉速（sù），通過離合器（qì）與製動器（qì）的配（pèi）合（hé），使滑塊上下運動，滑（huá）塊從上死點運動（dòng）至下死點再回到上死點為一個工作循環，上死點也就是滑塊的上極限位，下死點既為滑塊下極（jí）限位（wèi）。壓力（lì）機滑塊有兩種工作方式：調整與單次，調整工作方式時，滑塊可以（yǐ）點動的停在任何位置；單次（cì）工作方式時，踩下腳踏開關，滑塊完成一個工作循環。由於機械構造的原因，潤滑對熱模鍛壓力（lì）機（jī）尤為重要，在壓機本體上有多處幹油及稀油潤滑監測點和溫（wēn）度監測點，如：曲軸幹（gàn）油潤滑、高速（sù）軸稀油潤（rùn）滑、曲（qǔ）軸溫度（dù）等，這些監測點將開關量（liàng）信號（hào）傳入PLC 控製係統（tǒng），實時反映各個監測點（diǎn）的狀態，以防止潤滑不到位導致（zhì）機械設備損（sǔn）壞。

       2、 工藝流程

      該熱（rè）模鍛壓力機采用（yòng）KUKA機械手上（shàng）料，棒料經過傳送帶進入中頻加熱爐（lú）進行加熱，當溫度達到900℃左右時，棒料從加熱（rè）爐中（zhōng）送（sòng）出，此時上料機械手抓起熱棒料送入壓力機第一個工位，機械手撤出等待鍛壓，壓力機滑（huá）塊向下動作時，滑塊動（dòng）力是靠（kào）電機的帶動，在上下模具接觸到之後，也就是到（dào）達下（xià）死點後，滑塊是靠（kào）慣性向上動作，在向（xiàng）上運行的過程中（zhōng），上下頂料（liào）器頂出，將工件頂出模具。第一工位鍛壓結束後，機械手伸入壓機模具中，將工件移至第二工位，機械手（shǒu）撤出等待，第二工位鍛壓（yā）結（jié）束後，如果有第三工位（wèi），那麽機械手（shǒu）將重（chóng）複上（shàng）述動作（zuò），如果沒有（yǒu）第三工位，那麽上料機械手（shǒu）停止工作，出料機械手將工（gōng）件取出後送入切邊機，進行切邊，出料機械手撤出等待，切（qiē）邊（biān）結束後出料機械（xiè）手將工件取出掛在行走（zǒu）鏈條上，行走鏈條將工件運輸至下一個工藝流程。在鍛造過程中，需（xū）要機械手與壓力機密（mì）切配合，動作互相銜接好，絕不（bú）允許有幹涉，以防止損壞設備（bèi），同時也要做到節省鍛造時間，提高生（shēng）產效率，這就要求在（zài）每個（gè）動作節點，壓力機與機械手都要有實時（shí）數據交換。

      3 、電氣控製係統概述

      熱模鍛（duàn）壓力（lì）機要與輔助機械設備良好配合，實現鍛壓工藝流程，就需要有（yǒu）控製單元及檢測元（yuán）件，另外（wài）根據工藝要求，還必須做好機械、液壓、電氣間的狀態轉換和邏輯連鎖條件，因此，為了保（bǎo）證該係統能夠長期可靠（kào）的運行（háng），該控製係（xì）統由一個西（xī）門子S7-300 係列CPU 模塊、數字量輸（shū）入和輸出模塊、電源模塊和位置輸入模（mó）塊、模擬量輸入輸出模塊等組成，所有（yǒu）開關量和模擬量信號均由CPU 進行處理，由CPU 完成（chéng）對熱（rè）模鍛壓力機工藝流程的（de）邏輯控製，並與係統人機界麵（miàn）進（jìn）行數據通訊。PLC的中（zhōng）央處（chù）理模塊選用CPU315-2 DP 型，它可適應複雜的大量編程和（hé）高速指令處理的要求，該CPU 執行一條（tiáo）二進製指令僅需0.1 ms，具有128 kB RAM，I/O 擴展能力可達16 K 數字量或1K 模擬量I/O。CPU 模塊內置的（de）遠程（chéng）DP接口可（kě）通過PROFIBUS DP 電纜直接聯接遠程I/O 站ET200M 及觸摸屏，組成分布（bù）式現場總線，總線（xiàn）的最大傳（chuán）輸速率是12 Mbps。該總線結構遵循PROFIBUS DP 協議，即設（shè）備旁邊的遠程I/O 從（cóng）站及觸摸屏到PLC 櫃的CPU 之間采用PROFIBUS 通訊電纜連接，這種連接方式的（de）優點（diǎn）是現場電氣元件的電（diàn）纜就近進入（rù）從站的I/O 模塊，現場遠程（chéng）I/O 從站到電氣室的PLC 櫃之間（jiān）隻需連接一根通訊電纜，而不是將所（suǒ）有現場（chǎng）電纜都（dōu）接入PLC 櫃，這樣不僅節省了（le）大量的電纜，降低工程造價，而且（qiě）還減少了故障點，從而（ér）降低了設備運行的安全隱患。

      3.1 電氣控製係統組成

                                                 圖 1：PLC 係統硬件配置

  
      3.2 PLC係統控製（zhì）介紹

     （1）對壓（yā）機本體上的電（diàn）磁閥，液壓站閥組，稀油站、幹油站電磁（cí）閥，離合器與（yǔ）製動（dòng）器的控製，都是（shì）由CPU 通過PLC 輸出（chū）模塊控製相應的繼電器回路，再由繼電器的（de）輔助觸點去控製相應的（de）電磁閥通、斷電來（lái）完成。操作箱上的數顯表能夠直接明了的顯示出曲軸轉角度（dù）數及下頂料（liào）調整高度。

      （2）主傳動電機、封閉高度調整電機、液壓泵電（diàn）機、稀油潤滑泵電機、幹油（yóu）潤滑泵電機、循環泵電機（jī）、模座拖動電（diàn）機（jī）、空壓機電（diàn）機、加熱器的啟動停止是通過操作箱上的選擇開關、操作按鈕（niǔ）等相（xiàng）應的元（yuán）器件，將對應的信號傳輸給相關的數字量輸入模塊，然後由CPU 通過數字量輸出模塊（kuài）控製相應的繼電器回路，由繼電器的輔助觸點（diǎn）實現對相應設備的啟停控製。

      （3）壓（yā）機本體曲軸轉角和頂料高度調（diào）整的測量與（yǔ）控製是通過絕對值旋轉編碼器，將信號傳給位置輸入模塊，旋轉編碼器分別采用單圈絕對值式和多圈絕（jué）對值式，如果選擇12 位的單圈絕對值式旋轉編碼器，那麽它旋（xuán）轉360 度就會產生4096 個脈衝，每旋轉（zhuǎn）一周（zhōu）過（guò）後會重新計數，通過記錄（lù）的脈衝數，就可以算（suàn）出當前的（de）角度（dù）是（shì）多（duō）少，從而來控製離合器與製動器的動作，來實（shí）現壓機滑塊（kuài）的動作；多圈絕對值式旋轉編碼器是同樣的原理，不同的是在旋轉一周之後不會重新計數，而是不斷（duàn）的累加脈衝（chōng）數。

      （4）壓機本體及液壓站有較多的監測點，這些檢（jiǎn）測點將溫度信號、壓力信號、流量信號、液（yè）位（wèi）信號（hào）送到模擬量輸（shū）入模塊，有4-20mA 的電流信（xìn）號（hào）、0-10V 的（de）電（diàn）壓信號及PT100 等，通過（guò）編程計算（suàn）後在觸摸屏上反映出各（gè）個監測點的實時（shí）狀態。如果檢測到的實（shí）際數值超過了設定值，那麽將觸發故障報警停機條件，以保（bǎo）護機械設備不受損壞。比如：曲軸溫度檢測（cè）點溫度達到71 度，超過（guò）設定的70 度，那麽機旁操作箱上的蜂鳴器響起，報故障的（de）同時壓力機（jī）停止一切動作。
 

      （5）下頂（dǐng）料器的頂出（chū）速（sù）度（dù）如（rú）果可調整，那麽將通過PLC 的模擬量輸出模（mó）塊，控製（zhì）比例閥的輸入電壓或電流，來改變比例閥的（de）開口度，從而實現對速度和方向的控製，此功能是可選擇的，一般情況下頂出速度無需調整，所以大多不選用造價較高的（de）比例閥（fá）控（kòng）製。

      （6）安裝在壓力機（jī）本體上的噸位儀用來監控（kòng）設備（bèi）的受力情況，在四個立柱的上麵安裝有四個（gè）電阻式應力貼片，這四塊貼片在受（shòu）力不同的情況（kuàng）下（xià）產生變形不同，導致電阻阻值不同，通過特殊導線連接到噸位儀上，噸位（wèi）儀顯示出每次鍛造時四個立柱（zhù）的受力（lì）情（qíng）況，如果出現四個立柱受力不平均的嚴重偏載（zǎi）情況（kuàng），噸（dūn）位（wèi）儀輸出信號給PLC，觸發故障報警（jǐng）條件，壓力機停止工作。
 

      3.3 人機界麵係統

      本壓力機在機旁操作箱上（shàng）設有一台12 英寸的觸摸屏，由操作人員對機組生產工藝參數進行設定、對設備狀態進行實施監控及診斷。畫麵內容包括：熱模鍛壓力機主監控畫麵，生產工藝參（cān）數輸入（rù）畫麵，調整模式畫麵，單次（cì）模式畫麵，故障顯示（shì）畫麵，故障分類畫麵，溫度顯示畫麵，曲軸轉角畫麵，液壓潤滑畫麵及換模畫麵等。本觸摸屏（píng）選用（yòng）西門子（zǐ）MP 係列（liè），人機界麵（miàn）所采（cǎi）用的軟（ruǎn）件是WINCC FLEXIBLE2008 SP2，此軟件具有數據采（cǎi）集、監控和控製自動化過程等功能，並有中文操作係統，可實現全中文操作畫麵，便於工作人員使用和（hé）維護。

      4 、軟件編程（chéng）內容

                                       圖 2：壓力機本體S7-300 程序結構圖
 

      5 、結束語

     該熱模鍛壓力機的電控係統（tǒng）以可編程序控製器（qì）為核（hé）心，硬件（jiàn）配置合理、軟件（jiàn）功能強大，完全實現了對熱（rè）模（mó）鍛壓力機工作過程的控製，極大的保證了設備加工對象的多（duō）樣性、生產節（jiē）奏的快速性、運行的可（kě）靠性。通過實踐證明，該（gāi）控製（zhì）係統運行（háng）穩定（dìng）可靠、維護簡單方便，設備使用（yòng）效果良好，產品質量達到了指定要求。