1 引言
某大修廠千噸封頭拉深水壓機(jī)主要用于中厚板、薄板封頭熱拉深生產(chǎn)。原控制系統(tǒng)以繼電器為主控元件，故障率高，維護(hù)維修困難,不能實(shí)現(xiàn)工藝所必需的壓力和流量控制，不能進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)、手動(dòng)及半自動(dòng)操作。鑒于原水壓動(dòng)力系統(tǒng)元部件無廠家生產(chǎn)，將系統(tǒng)傳動(dòng)介質(zhì)改為液壓油，改水壓機(jī)為液壓機(jī)，并綜合應(yīng)用PLC控制與比例閥、變量泵技術(shù)于千噸水壓機(jī)控制系統(tǒng)改造中，實(shí)現(xiàn)無級調(diào)定壓力和流量。通過互鎖控制及三地操作，保證了設(shè)備安全和操作的方便性。

2 工藝原理分析
在受到液壓機(jī)原有本體設(shè)備格局的束縛、無法對整體框架進(jìn)行改造的情況下，將壓機(jī)本體改造為三梁四柱式結(jié)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括主缸、提升缸、頂出缸和大小壓邊缸。其中，小壓邊缸置于活動(dòng)橫梁內(nèi)，用于壓制小于Φ1000mm封頭;大壓邊缸固定于活動(dòng)橫梁前后兩側(cè)，用于壓制大于Φ1000mm封頭。改造后的壓機(jī)拉深封頭的一次工作循環(huán)為:動(dòng)梁上行→上料→壓邊圈快速下行→主缸充液(快速行程)→主缸加壓(工作行程)→動(dòng)深回程→懸空停止。電磁鐵動(dòng)作表如表1所示。

表1 電磁鐵動(dòng)作表

3 PLC電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 硬件設(shè)計(jì)與軟件實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)中所用的斷路器、接觸器、熱繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕、指示燈等控制元件均選用可靠性高、電氣壽命長的IEC標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。泵站、壓機(jī)、高位油箱上的配線,采用包塑金屬軟管,并配有軟管接頭，打有管夾,可防止線纜拔脫和線纜的機(jī)械損傷。壓力傳感器選用電流輸出形式，壓力傳感器至控制臺(tái)數(shù)字面板表的信號傳輸采用屏蔽信號電纜，克服了信號傳輸過程中的衰減和干擾，保證面板表顯示數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
PLC選用西門子公司的模板式可編程控制器，主要模板包括:一塊CPU941模板，三塊32點(diǎn)輸入模板(430)，一塊16/16點(diǎn)輸入/輸出模板(482)，一塊32點(diǎn)輸出模板(451)，兩塊16點(diǎn)輸出模板(454)。I/O總點(diǎn)數(shù)112/80點(diǎn)，實(shí)際使用96/74點(diǎn),留約10%的裕量，以備功能修改時(shí)點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展。用戶程序模塊選用EEPROM(375)，容量為8K，實(shí)際程序量約為6K字節(jié)。各輸入輸出模板的編址見表2所示:

表2 各輸入輸出模板的編址

壓機(jī)改造后屬萬能壓機(jī)類。除壓制封頭時(shí)，主缸總有一個(gè)“保壓后卸載”的工藝過程。若卸載過程處理不好，則主缸換向必定產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)和噪聲。傳統(tǒng)的方法是采用溢流閥卸荷，難以實(shí)現(xiàn)卸荷壓力從0-32MPa間的任意變化，所以卸荷的效果欠佳。而采用比例溢流閥則能滿足卸荷壓力在0-32MPa間的任意控制和調(diào)節(jié)，再加上PLC控制后,其卸荷功能會(huì)更好。比例電磁鐵接線如圖1所示。

圖1 比例電磁鐵接線圖

應(yīng)用軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，其中的組織塊(OB)和程序塊(PB)及其控制功能如表3所示。

表3 模塊及控制功能

3.2 三地操作
(1) 本地操作臺(tái)即主操作臺(tái)，對所有電動(dòng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程啟停操作;加熱器加熱、停止控制;所有工藝過程進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)操作控制(如主缸、提升缸升降,頂出缸頂出、縮回，大小壓邊缸升降,壓制大小封頭的工進(jìn)等);對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行集中指示(電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行、停止,各缸的進(jìn)、退,泵的工作、卸荷等)，使設(shè)備整體運(yùn)行狀況一目了然;對系統(tǒng)的故障(橫梁超上下限，液壓系統(tǒng)超壓、超高低液位、超高低溫等)進(jìn)行集中聲光報(bào)警;對主壓力、大小壓邊力、系統(tǒng)壓力進(jìn)行數(shù)字顯示;對主壓力、大小壓邊力進(jìn)行遠(yuǎn)程手動(dòng)調(diào)定;對數(shù)字面板表進(jìn)行定度等。
(2) 機(jī)旁操作箱，對主缸、提升缸、大小壓邊缸、頂出缸的升降，對大小封頭工進(jìn)進(jìn)行集中點(diǎn)動(dòng)操作控制，方便生產(chǎn)過程的上料和卸料。
(3) 遠(yuǎn)地操作臺(tái)即液壓站旁操作箱，對主泵、循環(huán)泵、加熱器進(jìn)行本地啟停操作控制，本地、遠(yuǎn)程控制切換，泵的卸荷控制等，方便調(diào)試及維修。

4 PLC可靠性保護(hù)措施
系統(tǒng)采用多種措施,以保護(hù)PLC及其輸出點(diǎn)。如每一模板都設(shè)一單極自動(dòng)開關(guān)(2A/3A/5A)進(jìn)行短路保護(hù);當(dāng)輸出點(diǎn)需驅(qū)動(dòng)交流接觸器線圈時(shí)，經(jīng)直流中間繼電器轉(zhuǎn)換，且接觸器線圈兩端并聯(lián)阻容吸收塊。454模板單點(diǎn)最大輸出電流為2A(24VDC),可直接驅(qū)動(dòng)閥用電磁鐵(DC24V/1A)，考慮到輸出點(diǎn)的保護(hù)，電磁鐵線圈并接吸收二極管，且串聯(lián)2A熔斷管。
4.1 電動(dòng)機(jī)組保護(hù)
三臺(tái)160SCY14-1B型高壓變量柱塞泵，加之閥臺(tái)控制，可以實(shí)現(xiàn)對流量的無級調(diào)節(jié)。三泵兩用一備進(jìn)行冗余，由三臺(tái)75kW電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并采用卸荷啟動(dòng)、卸荷停止方式，啟動(dòng)負(fù)載較輕。同時(shí)三臺(tái)電動(dòng)機(jī)采用自動(dòng)Y-△降壓啟動(dòng)方式，一方面提高了泵和電動(dòng)機(jī)的使用壽命，另一方面可減少對電網(wǎng)的沖擊。電動(dòng)機(jī)組、液壓站及站旁操作臺(tái)如圖2所示。

圖2 電動(dòng)機(jī)組、液壓站及站旁操作臺(tái)

4.2 機(jī)械設(shè)備的保護(hù)
活動(dòng)橫梁上、下各設(shè)兩極限位,即上極限位、工作上限位、工作下限位、下極限位。每一極限位采用兩個(gè)行程開關(guān)，進(jìn)行冗余，分別安裝在相對的兩立柱上。當(dāng)活動(dòng)橫梁行進(jìn)到工作上限位或工作下限位時(shí)，就有液壓閥回中位，聲光報(bào)警。若因液壓閥卡死而造成活動(dòng)橫梁行進(jìn)到工作上位或工作下位時(shí)不能停止，活動(dòng)橫梁繼續(xù)上行或下行到達(dá)上極限位或下極限位時(shí)，停泵保護(hù)。加之系統(tǒng)中設(shè)置了壓力繼電器的保護(hù)措施，提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性，可避免設(shè)備事故的發(fā)生。壓制過程如圖3所示:

圖3 液壓機(jī)壓制過程

系統(tǒng)設(shè)有指示燈故障測試和運(yùn)行狀態(tài)報(bào)警控制，并采用嚴(yán)格的電氣聯(lián)鎖，加之采用了多種編程技巧及三地點(diǎn)操作優(yōu)先級管理程序組織塊保證即使是誤操作也不會(huì)發(fā)生任何意外事故。

5 結(jié)束語
改造后壓機(jī)可實(shí)現(xiàn)液流方向、流量及壓力的就地、遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)動(dòng)調(diào)模、手動(dòng)和半自動(dòng)操作。使該電控系統(tǒng)具有較高的先進(jìn)性和自動(dòng)化程度，運(yùn)行安全可靠，操作簡單方便，維護(hù)維修性好。自改造后，設(shè)備一直運(yùn)行良好。