王立民，陈春梅，刘文亮，李宏鹏

（天津赛瑞机器设备有限公司，天津 300302）

基于S7－300 PLC的芯棒压力矫直机电气控制系统的设计与实现

王立民，陈春梅，刘文亮，李宏鹏

（天津赛瑞机器设备有限公司，天津 300302）

介绍了西门子S7－300 PLC在芯棒压力矫直机电气控制系统中的应用，着重讨论了系统的控制对象、控制任务、电气系统概述、控制系统硬件组成、控制系统的控制策略、程序编制与调试。

芯棒压力矫直机；PLC控制；S7－300 PLC

芯棒压力矫直机是芯棒热处理设备之一。传统的芯棒压力矫直机控制系统基本上以继电器为主要控制元件，这类控制方式具有故障率高、矫直周期长、控制性能单一、维护麻烦等缺点。2500t芯棒压力矫直机，其电气控制系统采用PLC为控制核心和通过工控机进行监控及参数设定，具有自动化程度高、简化控制线路、减少故障率、提高稳定性、操作简单、缩短矫直周期的特点。

1 控制对象及控制任务

S7－300 PLC用于控制芯棒压力矫直机的液压站、送出料小车、压力矫直机本体。其中，液压站的控制包括油泵启/停控制、电磁溢流阀得电/失电控制、油箱油温控制以及液位高低限和油泵起动故障的声光报警；送出料小车的控制包括小车前进/后退、对心轮升起/下降/旋转及小车间的相互联锁控制；矫直机本体的控制主要包括V型砧座上的间距调整、芯棒挠度检测、芯棒手动/自动矫直等功能。

2 电气控制系统的概述

芯棒压力矫直机电气控制系统由以PLC为核心的控制柜、操作台和工控机构成。电气元件主要采用西门子自动化控制设备、ABB的驱动设备、施耐德的软启和西门子WINCC人机界面，构成了电气控制系统的主体。该电气系统主要完成压力矫直机的运行控制，系统采用PLC完成工艺控制，主要有矫直机运行控制、液压系统控制、小车控制、系统故障诊断及报警等，小车行走采用变频调速，可一起运行，也可单独运行，保证将芯棒较为精确地运送到矫直点；对心轮采用变频调速，可方便地旋转芯棒，便于找到矫直点。

2．1 传动控制

送出料小车行走和旋转电机采用ABB ACS800系列变频器控制，容量比电机功率高，有较高的过载能力，保证运行的稳定性。变频器选用通讯模块和PLC通过PROFIBUS网络进行数据交换，实现调速控制。

2．2 PLC系统

PLC选用西门子S7-300系列的CPU315-2DP对电气系统进行控制。

2．3 液压系统启动

由于液压泵电机功率比较大，为了减少对其他设备的干扰，保证局域电网的正常运行，液压泵的电机采用软启动器起动。

2．4 工控机画面功能

生产工艺参数及设备运行参数的设定、存储、上装及下载控制系统总体及局部设备工作状态的动态显示系统故障及报警信号的显示、记录。

3 控制系统的硬件组成

芯棒压力矫直机电气控制系统的上位机采用研华工控机，除工控机外，控制系统还包括两个PLC的扩展机架，这两个PLC扩展架分别为控制柜PLC机架、操作台PLC机架。其中，控制柜PLC机架包括PS307模块、IM153模块、SM321模块、SM322M模块、FM350模块、SM334模块、信号隔离器，装组后，ET200M模块与应用PROFIBUS技术的现场总线相连，该总线将数据传至操作台可逻辑编程控制器中的CPU315－2DP模块；操作台PLC机架包括PS307模块、CPU315－2DP模块、CP343－1模块、SM321模块、SM322模块、SM331模块、信号隔离器。装组后，CPU315－2DP模块引出对变频器的控制信号线，同时引出与工控机的交互通信线。系统网络组态见图1。

图1 系统网络组态图

4 控制系统的控制策略

4．1 液压站

液压站的液压泵启动时，泵头前的电磁铁溢流阀得电5S后液压泵启动，液压泵启动5S后，泵头前的电磁铁溢流阀失电，此时液压泵正常运行；当液压泵停止时，泵头前的电磁铁溢流阀得电5S后液压泵停止运行，液压泵停止运行5S后泵头前的电磁铁溢流阀失电。当油温需要冷却时，循环泵启动，供水电磁阀得电，进行油温冷却控制。系统的压力通过比例减压阀控制，根据不同的负载，可以在工控机中设定不同的系统压力。为了保障异常状况时的设备安全，液位高低、油温高低、泵前行程开关信号串入了控制系统，当液压系统出现故障时，进行声讯报警，而且相应的报警信息也显示在上位机的监控画面中。

4．2 进出料小车

进出料的行走采用变频器控制，小车间设有相互联锁的行走限位，行走速度通过工控机设定。运行那个小车则首先在操作台上相应选择。进出料的旋转采用变频器控制，旋转速度通过工控机设定。进出料的升降电机的输出轴安装了编码器，经运算后把编码器的脉冲数转换了升降的位移，并显示在工控机上。升降设有高低限位，且低限位为小车的升降高度的0位置。

4．3 压力矫本体

调整V型砧座上的间距时，要把相应的间距数值输入到工控机中。气缸升起时，通过直线位移传感器把位移显示工控机上，主缸动作时通过位移传感器把主缸位移显示在工控机上。挠度检测时，将检测气缸升起，顶起芯棒，配合小车进行挠度检测，把检测的结果反映在工控机的挠度检测曲线上，根据曲线分析芯棒挠度情况，找出要校正的点，并做好标记。矫直前，将调整V型砧座上的间距、芯棒的直径输入工控机，工控机会自动生成芯棒的标准位置。矫直时，将矫正点放置压头下方，气缸升起，此时工控机上芯棒的实际位置与标准位置的差值即为芯棒的挠度值，标准位置与矫直位置的差值为反弯挠度值。手动矫直时，保压时间人为控制。自动矫直运行程序启动后，矫直机自动完成一次矫直过程，保压时间通过工控机设定。矫直机的下压速度通过比例调速阀控制，通过工控机设定矫直速度。

5 程序编制及调试

S7－300PLC使用STEP7编程软件，编程设备采用装有STEP7系列PC机。STEP7由三种编程语言可选择，分别是LAD（梯形图）STL（语句表）、FBD（功能流程图）。三种语言在离线方式下可以随意转换。就三种语言比较而言，LAD和FBD比较直观，接近于常见的继电器硬件连接图，为工程技术人员所熟悉和掌握，STL由S7系列CPU最严密的机器码MC7，这意味着用S7控制器程序，可以优化运行时间和优化控制存储区。

电控程序流程图如图2所示。

所编写的程序采用结构化编程，是用熟悉的标准化软件模块。主要有八部分组成：①小车行走控制。实现小车的运行选择、小车行走的速度控制及小车间行走的联锁控制。②小车旋转控制。实现小车的运行选择、小车旋转的速度联动控制及点动控制。③小车升降控制。实现小车的升降选择、小车升降的高度、矫直时小车虚脱控制。④调整V型砧座间距。实现砧座间距的大小控制。⑤气缸动作。实现气缸的升降控制。⑥液压站控制。实现对液压泵、各油路检测、冷却系统、液压阀的控制。⑦矫直机本体控制。实现手动矫直和自动矫直。⑧报警控制。实现变频器及液压站等报警功能。

图2 电控程序流程图

编程时采用的顺序控制使各个环节相辅相成，较好的达到了预期目的。

6 结语

自2010年5月以来经过近一个月的准备、调试、运行、功能考核，投入使用至今运行良好。本矫直机自动化程度较高，不但可以降低人工的劳动强度，达到安全可靠的生产要求，还可以达到过去人为操作所不能达到的性能，完成挠度检测，自动矫直等功能，满足矫直工艺的检测、矫直等工艺参数和性能。在解放人力、提高市场竞争力、推动企业形象等各方面起到了积极作用。

［1］周万珍,高鸿斌．PLC分析与设计应用[M]．北京：电子工业出版社，2004．

［2］中国工控网.http：//www．gongkong．com．

The design and implementation in the electrical control system of plug gag straightener based on S7－300 PLC

WANG Li－min，CHEN Chun－mei，LIU Wen－liang，LI Hong－peng
（Tianjin SERI Machine＆equipment Co．Ltd，Tianjin300302，China）

This paper main introduce the application of S7－300 PLC which used in electrical control system of plug gag straightener， especially discuss the control object， control task， electrical system， hardware of control systerm， control strategy in control system，programming and debugging．

plug gag straightener； PLC control； S7－300 PLC

TP202

A

1672-9900（2010）05-0069-03

2010－10－13

王立民（1983－），男（汉族），黑龙江宾县人，电气设计师，主要从事冶金设备电气研发、设计及调试工作，（Tel）13612070580。