16.3MN 油擠壓機(jī)程序的改進(jìn)及應(yīng)用
運用西門子WINCC V6.0組態(tài)軟件及STEP5.2編程軟件可以對16.3MN油擠壓機(jī)程序的改進(jìn)，解決難熔金屬及其合金棒材、管材和型材的熱擠壓生產(chǎn)中存在的擠壓機(jī)與感應(yīng)爐之間不能通訊及擠壓機(jī)操作人員過多的問題，以提高設(shè)備工效，節(jié)省人力。
16.
3MN油擠壓機(jī)是國防科工委“高新—1”工程建設(shè)研制保障的主要設(shè)備之一,適用于鈦、鉬、鉭、鈮、鋯、鉿等難熔金屬及其合金棒材、管材和型材的熱擠壓生產(chǎn)。在備料——感應(yīng)爐加熱——擠壓機(jī)擠壓——矯直機(jī)矯直的工藝流程中，擠壓工序直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，擠壓機(jī)的高效、穩(wěn)定可靠也決定著產(chǎn)品的成本及生產(chǎn)效率。
控制系統(tǒng)硬件、軟件構(gòu)成
硬件構(gòu)成
本擠壓機(jī)采用上位工業(yè)控制計算機(jī)和可編程控制器PLC兩級控制方式。上位機(jī)選用研華觸摸屏查詢一體工控機(jī)，通過PROFBIUS-DP現(xiàn)場總線與PLC的MPI/DP接口連接，進(jìn)行相互間的通訊，實現(xiàn)擠壓機(jī)狀態(tài)監(jiān)視、綜合故障顯示、報警信息記錄及工藝參數(shù)的設(shè)定、上傳、下載、顯示、儲存等功能。
PLC控制系統(tǒng)以西門子S7
-300可編程控制器為控制核心，由1個S7-300(CPU315-2DP)主板及1個S7-300擴(kuò)展板組成主站，4個ET200M從站及4個WAGO從站，采用PROFBIUS-DP現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)的主從站分布式I/O控制。
軟件構(gòu)成
上位機(jī)組態(tài)軟件以西門子WINCC V6.0設(shè)計監(jiān)視畫面和過程控制變量，它不僅有監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集功能，而且具有組態(tài)、開發(fā)和開放功能。
PLC系統(tǒng)軟件選用西門子STEP7 5.2編程軟件包，用模塊式編程，完成硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、PLC程序編制、監(jiān)視和文檔處理。程序塊包括組織塊、系統(tǒng)診斷塊、功能塊、數(shù)據(jù)塊及壓力、速度、位移、溫度比例轉(zhuǎn)換塊等。
試運行存在的問題
本擠壓機(jī)2006年5月安裝調(diào)試結(jié)束，經(jīng)過半年的試運行，設(shè)備基本滿足難熔金屬材料熱擠壓生產(chǎn)工藝的要求，但個別方面仍需要進(jìn)一步的完善與改進(jìn)，具體問題如下：
■擠壓機(jī)與中頻感應(yīng)爐之間不能通訊。當(dāng)錠坯加熱完后需要出爐時，感應(yīng)爐不能發(fā)送一個“請求出爐”信號給擠壓機(jī)主操作員，擠壓機(jī)也不能應(yīng)答一個“允許出爐”或“禁止出爐”信號給感應(yīng)爐操作員。因此，生產(chǎn)現(xiàn)場需要專人指揮協(xié)調(diào)兩個設(shè)備間的銜接，設(shè)備操作員距離較遠(yuǎn)，現(xiàn)場噪音很大，指揮相當(dāng)?shù)睦щy。如果錠坯出爐太早，則錠坯溫度下降過快，引起擠壓失敗或誘發(fā)安全事故。如果錠坯出爐不及時，擠壓機(jī)空負(fù)荷等待會造成設(shè)備資源的浪費（擠壓機(jī)每小時耗電1100KWH）。
■擠壓機(jī)配備三名操作員，分別在設(shè)備的不同位置完成主機(jī)、輔機(jī)及機(jī)后系統(tǒng)的操作。機(jī)后操作主要完成擠壓制品的出料、傳送、下料等簡單動作，技術(shù)含量低，由專人操作造成人力資源的浪費。如何有效合理的利用設(shè)備資源，提高自動化程度，使設(shè)備高效可靠地工作，機(jī)后操作系統(tǒng)改造勢在必行。
問題分析及解決的措施
通過技術(shù)分析，本著現(xiàn)場布線簡單、充分利用現(xiàn)有硬件資源的原則，在感應(yīng)爐的操作面板上安裝一個帶指示燈的按鈕，用4根信號線連接到擠壓機(jī)PLC從站輸入、輸出接口上，實現(xiàn)擠壓機(jī)與感應(yīng)爐之間I/O通訊，并在觸摸屏上監(jiān)視感應(yīng)爐的狀態(tài)。
WINCC組態(tài)軟件為用戶搭建了一個監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集的自動化平臺，通過PROFIBUS網(wǎng)線實現(xiàn)上位機(jī)與PLC間的資源共享，S7-300PLC用戶程序修改設(shè)計操作便捷。因此，可以在上位機(jī)觸摸屏上設(shè)計一個人機(jī)操作界面，并對PLC程序適當(dāng)?shù)男薷模檬謩娱_關(guān)通過程序?qū)C(jī)后操作臺屏蔽，由主操作員在觸摸屏上完成機(jī)后系統(tǒng)的操作。
程序的設(shè)計
感應(yīng)爐監(jiān)視程序的設(shè)計
（1）設(shè)計控制流程如圖1所示
圖1：感應(yīng)爐監(jiān)視程序的設(shè)計控制流程圖
（2）在STEP7軟件中用語句表編程語言編寫程序如下：
A（
O “請求出爐”I29.7
O“請求出爐指示”M160.5
）
AN T 62
=“請求出爐指示”M160.5
A“請求出爐指示”M160.5
A“允許出爐”M160.6
L S5T#1M
SD T 62
A“請求出爐指示”M160.5
A“允許出爐”M160.6
=“允許出爐指示”Q62.0
（3）在WINCC軟件變量管理器中建立“請求出爐指示”及“允許出爐”布爾型過程變量，地址為M160.5及M160.6。
（4）在Wincc軟件圖形編輯器中設(shè)計中頻感應(yīng)爐監(jiān)控畫面(如圖2所示)。當(dāng)感應(yīng)爐“請求出爐”時，上位機(jī)觸摸屏上顯示“請求出爐”文本及出爐畫面，擠壓機(jī)“允許出爐”應(yīng)答后，感應(yīng)爐“出爐指示燈”亮，延時1分鐘后“出爐指示燈”滅，上位機(jī)觸摸屏上顯示“正在加熱”文本及加熱畫面，單次循環(huán)結(jié)束。
圖2：中頻感應(yīng)爐監(jiān)控畫面
機(jī)后系統(tǒng)操作程序設(shè)計
（1）設(shè)計控制流程如圖3所示。
圖3：機(jī)后系統(tǒng)操作程序設(shè)計控制流程圖
（2）根據(jù)流程圖在STEP7軟件中修改機(jī)后操作程序塊FC11（加粗字體為修改的程序）。
A“操作方式機(jī)后手動”I44.0
A“拉出裝置松開”I45.7
O
AN “操作方式機(jī)后手動”I44.0
A“（觸摸屏）拉出裝置送開”M160.2
=“中手動拉出裝置松開”M11.2
A“操作方式機(jī)后手動”I44.0
A“拉出裝置夾緊”I45.6
O
AN“操作方式機(jī)后手動”144.0
A“（觸摸屏）拉出裝置夾緊”M160.3
=“中手動拉出裝置夾緊”M11.3
A“操作方式機(jī)后手動”I44.0
AN“出料輥道下料拉出移/停”I46.0
O
AN“操作方式機(jī)后手動”I44.0
A“（觸）拉出裝置拉出返回”I160.4
= “中手動出料輥道拉出”M11.4
A（
A“操作方式機(jī)后手動”I44.0
A“出料輥道下料拉出移/停”I46.0
O
AN“操作方式機(jī)后手動”I44.0
AN“（觸）拉出裝置拉出返回”M160.4
)
AN“拉出裝置LS12返回位”I36.3
=“中手動出料輥道拉出復(fù)位”M12.0
A“操作方式機(jī)后手動”I44.0
AN”出料輥道下料前段下料/停”I46.1
O
AN“操作方式機(jī)后手動”I44.0
A“（觸摸屏）前段下料”M160.0
=“中手動出料輥道前段下料”M11.5
A（
A“操作方式機(jī)后手動”I44.0
A“出料輥道下料前段下料/停”I46.1
O
AN“操作方式機(jī)后手動”I44.0
AN“（觸摸屏）前段下料”M160.0
)
AN“中手動出料輥道前下料中”M12.3
=“中手動出料輥道前下料復(fù)位”M12.2
A“操作方式機(jī)后手動”I44.0
AN“出料輥道下料后段下料/停”I46.2
O
AN“操作方式機(jī)后手動”I44.0
A“（觸摸屏）后段下料”M160.1
=“中手動出料輥道后段下料”M11.6
A“操作方式機(jī)后手動”I44.0
A“出料輥道下料后段下料/停”I46.2
AN“中手動出料輥道后下料中”M12.5
O
AN“操作方式機(jī)后手動”I44.0
AN“（觸摸屏）后段下料”M160.1
AN“中手動出料輥道后下料中”M12.5
=“中手動出料輥道后下料復(fù)位”M12.4
（3）在WINCC軟件變量管理器中建立“機(jī)后液壓電機(jī)啟停”、“過渡輥道電機(jī)啟停”、“出料輥道電機(jī)啟停”、“拉出裝置松開”、“拉出裝置夾緊”、“拉出裝置拉出”、“拉出裝置返回”、“前段下料”及“后段下料”等布爾型過程變量，地址分別為Q12.0、M11.1、M11.0、M160.2、M160.3、M160.4、M160.0及M160.1。
（4）在Wincc軟件圖形編輯器中建立機(jī)后系統(tǒng)操作控制畫面(如圖4所示)，建立動態(tài)變量連接，通過觸發(fā)按鈕開關(guān)控制相對應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
圖4
：機(jī)后系統(tǒng)操作控制畫面
結(jié)論
通過對16.3MN油擠壓機(jī)程序的改進(jìn)，解決了生產(chǎn)中存在的問題，充分發(fā)揮了設(shè)備的潛能，使擠壓機(jī)和感應(yīng)加熱爐實現(xiàn)聯(lián)動，提高了生產(chǎn)效率及自動化水平，節(jié)省了人力資源。整個系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試，運行穩(wěn)定，狀態(tài)良好，顯示、控制功能正確。特別是本系統(tǒng)程序改進(jìn)投資少，實用性強、在實際中取得良好的效果。本方案已經(jīng)得到了設(shè)備制造商太原重工集團(tuán)的認(rèn)可，并在新設(shè)備制造中予以采納，可節(jié)省大量的電氣元件，減少現(xiàn)場布線，降低設(shè)備的制造成本。
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