探析850t冷剪机电气控制系统设计范文

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摘要：850t冷剪机电气控制系统为集中式控制系统，PLC完成对现场设备的控制，由上位机完成工艺上所要求的参数设定和工艺参数的状态显示。上位机与PLC之间采用工业以太网通讯完成数据交换，通讯协议为TCP/IP以太网络通讯协议，通讯速率为100M。分别可以在操作台和上位监控计算机两处进行操作，控制系统可以运行在手动和自动两种模式下。

关键词：集中式 PLC 上位机 以太网通讯

1前言

850t冷剪具有把已冷却的棒材切分为用户所需的定尺成品功能。剪切是通过刀刃的往复运动来实现的，下剪刃是固定的，上剪刃装在偏心轴驱动的可以移动的滑板上，通过偏心轴的转动，实施剪切的动作，该剪切机可以达到高精确的剪切长度和良好的切边效果。

2各机构运行说明

2．1切头及分段剪切待剪切坯料由剪前输送设备运送到剪机入口，需切头料由对齐挡板齐头后，压紧辊机构得到下压信号，压紧辊机构动作(气动压下)，同时将对齐挡板收起，冷剪制动器制动打开，主传动机构中的空气离合器方可闭合，主传动电机驱动飞轮齿轮及曲轴剪切机构实施剪切动作，剪切完成后曲轴直联的两组接近开关发出信号“1”使压紧辊机构及压板升至高位，并控制电磁阀打开空气离合器，信号“2”闭合空气制动器，将曲轴及剪刃锁定至待机高位，剪刃高位接近开关得到信号，即表示剪机完成一个切头剪切动作周期。而分段剪切动作信号则来自定尺机返回的信号，其动作程序同切头相同。

2．2料尾拨出机构当剪切的坯料进行至尾部时，定尺剪切后留中剪机入口侧的料尾，通过手动操作控制电磁阀发出信号，启动扫尾装置(油缸)使刮板机构动作，将料尾拨入料箱收集，拨料动作完毕(油缸)回程使刮板回转升至剪切辊道台面上方等待下一批料的到来。

2．3剪刃快速更换及锁紧装置该装置采用弹簧锁紧液压打开方式，并配备有多工位的剪刃更换小车，可直接将推出的上下剪刃存放车上，同时将刃磨好的上下剪刃快速装入，以达到快速更换剪刃的目的，液压系统动力由液压站提供［1－2］。

2．4中间溜槽机构及废料收集中间溜槽装置采用由气缸驱动可开闭的闸板机构，在废料收集箱盛满时可关闭溜槽闸板，溜槽料仓暂时收集废料头尾，位于下部的废料车通过导轨及卷扬驱动至吊装位由天车吊出，更换料斗后反向运动至接料位后，开启溜槽闸板，废料落入料斗，溜槽闸板，废料车接料位吊装位均有开关控制。

3动作顺序框图

剪机的初始状态是指:剪机通电，通气;电机，飞轮，冷却风机正常运转;压料装置均处于高位;废料头推出油缸处于回缩状态的待机位;气动系统正常，压力不小于5.5kg/cm2(至剪机旁的气源压力);各电讯号通讯正常;上剪刃处于高位待机;制动器通气工作(工作通路电磁铁得电);离合器打开(闭合工作通路电磁铁失电)，中间溜槽开启溜槽闸板，废料车停于接料位，设备上各部润滑良好，各机构动作自如。图1切头、切尾、切定尺框图4系统功能规格本系统的PLC选用STMATICS7-300系列［3］，是中高档性能范围的可编程控制器。采用模块化及无风扇设

4系统功能规格

本系统的PLC选用STMATICS7-300系列［3］，是中高档性能范围的可编程控制器。采用模块化及无风扇设计，坚固耐用，具有容易扩展和广泛的通讯能力，容易实现分布式结构以及用户的操作。PLC主机CPU采用Intel处理器，具有更—93—快的处理速度和更大的内存空间，模块可带电插拔，从而可简化维护，增加系统的可靠性，而且其坚固的结构保证即使在最恶劣的现场环境下也能可靠的工作。本程控系统的控制主机控制开口机系统和泥炮系统启、停、现场信息的采集与处理，并通过TCP/IP协议同上位机监控系统通讯［4］。内装锂电池具有掉电保护功能。PLC主要模块有:电源模块、CPU模块、以太网通讯模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、编码器模块。PLC点数有15%余量。图2剪刃快速更换及锁紧动作顺序框图5PLC接口信号本PLC系统在处理输入或输出信号时，均按照如下约定进行，开关量输入模块接收通过隔离继电器隔离后送入的开关信号，送回CPU进行处理;开关量输出模块是输出CPU发出的开关指令，通过24V继电器隔离后送出至所控制的设备。模拟量输入模块接收现场传感器送回的4mA～20mA电流信号，或0～10V电压信号，送CPU处理;模拟量输出模块是输出CPU经过逻辑函数处理后，而发出的模拟量指令，可输出4mA～20mA电流信号或0～10V电压信号至所控制设备。双揽冗余:为了保证通讯的可靠性，CPU与I/O模块之间采用双揽冗余I/O通讯方式。通讯介质为同轴电缆，其通讯速率可达1.544M波特率。在一条通讯线路损坏时，不会影响系统的正常运行。注意:PLC系统和液压控制系统之间的DI、DO信号采用继电器隔离，AI、AO、数字编码系统则公用模拟地，两系统电源互相独立。图3中间溜槽及废料收集动作顺序

5PLC接口信号本

PLC系统在处理输入或输出信号时，均按照如下约定进行，开关量输入模块接收通过隔离继电器隔离后送入的开关信号，送回CPU进行处理;开关量输出模块是输出CPU发出的开关指令，通过24V继电器隔离后送出至所控制的设备。模拟量输入模块接收现场传感器送回的4mA～20mA电流信号，或0～10V电压信号，送CPU处理;模拟量输出模块是输出CPU经过逻辑函数处理后，而发出的模拟量指令，可输出4mA～20mA电流信号或0～10V电压信号至所控制设备。双揽冗余:为了保证通讯的可靠性，CPU与I/O模块之间采用双揽冗余I/O通讯方式。通讯介质为同轴电缆，其通讯速率可达1.544M波特率。在一条通讯线路损坏时，不会影响系统的正常运行。注意:PLC系统和液压控制系统之间的DI、DO信号采用继电器隔离，AI、AO、数字编码系统则公用模拟地，两系统电源互相独立。所有DI和DO的信号“1”和“0”分别对应继电器的吸合和释放动作，连接至液压控制系统的触点为常闭触点。DI和DO信号连接方式如图4、图5所示。这种接入方式是为了保证PLC模块的安全，所有开关量信号全部采用继电器隔离，以提高系统抗干扰能力，使现场与控制室内电源各自自成系统，方便安装与维修，还可防止现场短路或错接时损坏PLC模块。

6结论

本控制系统采用总线控制方式，主控制器采集现场信号并发送控制命令，通过上位机完成工艺上所要求的参数设定和工艺参数的状态显示。上位机与PLC之间采用工业以太网通讯完成数据交换。总线控制方式使控制系统在集成方面有了一定的提高，由于集成度有一定的提高，所以元器件也在一定程度上做了适当精简，现场电缆也不在繁琐，使得日常维护量大大减少。

参考文献

［1］周涛，张贵春，廖斌等．液压剪剪刃间隙不稳定分析［J］．冶金设备，2020(5):60－63．

［2］齐温升，许崇江，李业亮．设备网络集中监控的改造和应用［J］．冶金设备，2017(S1):55－57．

［3］吴作明，杜明星．深入浅出西门子STEP7［M］．北京:北京航空航天大学出版社，2012．

［4］苏昆哲．深入浅出西门子WinccV6［M］．北京:北京航空航天大学出版社，2016．

作者：白治慧 宗立杏 向以成 单位：中钢集团西安重机有限公司