关于某36MN铝型材挤压机的电气控制系统研究

杜鸿运　白一波　付玉梅

摘 要：本文依据铝型材挤压机的基本生产工艺，探讨了PLC、上位计算机在整个电气控制系统中的应用，并分析了36MN铝挤压机电气控制系统的构成、基本特点及主要功能。通过PLC与上位计算机之间的紧密配合，能使整个生产过程的管理与控制变得更加智能化，同时此控制系统还能依据相关要求，为工艺人员更好操作提供准确、全面的工艺参数，因而能够显著提升铝锭的综合利用率与合格率。

关键词：36MN；铝型材挤压机；电气控制系统

在设计36MN铝挤压机电气控制系统时，选用了两极控制，即工业可编程序控制器与上位工业控制机。针对上位工业控制机而言，其选用的是最新型的一体化工控机，而针对工业可编程序控制器（PLC）来讲，其运用的是光洋SU-6M PLC（日本产）。该系统将性能参数作为工艺过程控制与设备控制的基本目标，有着良好的功能表现，因而大幅提升了产品的质量与产量，使整个工作周期得到大幅缩短。

1.生产设备及工艺分析

针对此设备而言，其由多部分构成，不仅有推锭装置、快换挤压杆装置、模架、挤压杆，而且还有供锭器、运锭装置、换模装置、主剪及挤压筒等。

2.控制系统的基本构成

2.1挤压速度闲环控制的基本原理及應用

挤压机速度控制系统如图1所示。针对挤压机生产而言，其核心特点即为：在实际挤压生产阶段，当处于实际挤压状态时，须根据实际情况及需要，保持恒定、平稳的挤压速度，如果速度不稳，不仅会造成型材出现变形情况，而且还会产生波纹，另外，型材的表面也会变得比较粗糙，因而会对整个产品质量造成严重影响。因此，这便需要设备在面对各种类型的扰动状况下，能够以一种自动、高效的方式对偏差进行纠正。图1当中速度给定即为设定的数字量；针对电压Ug而言，由上位机给定，而对于输出量来讲，则由泵头传感器进行监测，且向反馈电压Uf进行转换，将此电压反馈至输入端，并与给定量进行比较；而针对其偏差电压而言，则经放大器对执行机构进行控制，以此使挤压速度适中控制在给定速度上。

2.2运锭装置变频调速控制分析

针对运锭装置而言，其在变频调速方面，主要采用的是施耐德变频器来完成此操作，针对此装置而言，不仅能够实现低速、平稳的运行，而且还有比较广的调速范围，可以以较快速度且比较准确的进行送锭操作，并能准确停车，以较快速度返回至初始地，由此可知，此装置能够实现各种所需速度。针对异步电动机来讲，其转速n（r/min）可用公式表示为：

n=60f1（1-s）/p（1）。在此公式当中，f1所表示的是电子频率（Hz）；s表示的是转差率；p表示的是极对数。如果转差率处于一种相对恒定的状态，且将定子频率进行均匀的改变时，便能以一种比较平滑的方式，对电机相应同步转速进行适当性改变；对于异步电动机而言，其定子反电动势E（V）是：W=4.44fWK 。在此公式当中，f所表示的是定子电源频率（Hz）；W表示的是定子绕组每相匝数；K表示的是比例系数； 表示的是气隙磁通。而定子电压U（V）用公式表示为UE+Ir（2）。在此公式当中，r所表示的是定子电阻（ ）；I表示的是电动机电流（A）。利用公式（2），经换算与推导，可得到U-Ir=4.4fWK ，如果使 维持恒定状态，当f发生改变时，定子反电动势E需有一定程度的改变，因E难以控制与检测，在现实运用过程中，需伴随f的降低，而使U的变化予以适当降低。

2.3SU-6M可编程控制器

针对SU-6M可编程控制器来讲，即为PLC（光洋KOYO公司产），本系统将其应用在压机的工作安全联锁控制、显示、报警及逻辑控制等。此PLC主要有高速计数器模块、模拟量输入/输出模块、开关量信号输入/输出模块及通讯模块等构成。SU-6M将DC24V作为其开关量输入，而将继电器输出作为其输出。

2.4挤压筒感应加热控制

在整个挤压机中，挤压筒起到非常重要的作用，因在实际挤压中，从铸锭镦粗至挤压完成，挤压筒需承受高摩擦、高压及高温等方面的综合作用，用梯度式多段曲线加热控制方式，能降低挤压筒温度分布梯度，使内、外套的热膨胀差缩小，预防外套或内套脱出情况，还能避免裂纹的产生，因而能使挤压筒使用寿命得到大幅提升。

2.5压机的操作控制

针对压机的操作控制而言，其主要有三种工作方式，分别为半自动、手动与调整，如果与初始条件相满足，按下启动按钮，便能进行一次挤压过程。当处于半自动工作状态时，如果需要暂时中断工作，即需要对某些情况进行处理时，按下中断按钮，终止压机工作，当处理好相关问题后，再按下中断按钮，此时，其便会重新恢复工作状态。

3.挤压机控制系统中的上位机系统的应用

3.1上位机系统构成

针对上位机系统而言，其主要有通讯电缆、计算机挤压系统软件、工业控制计算机等构成。上位机经串口，连接与PLC，RS232为其通讯协议，其通讯速率是19000波特率。针对计算机挤压系统软件来讲，其主要有两部分构成，其一监控系统，其二为辅助系统，共同将挤压任务完成。对于辅助系统而言，其面向PLC与管理而设定，能够实现OLC I/O监测、模具及班次选择与设定参数的下载、工艺和设定数据的管理与编辑等；针对监控系统而言，其主要面向监测，能够显示挤压机工作状态时注入液、电、机等模拟量，除此之外，还能对当前班次、生产情况进行准确记录。

3.2系统数据管理

能够定期对控制数据、工艺数据、系统数据的备份，并且还能提供还原功能，预防系统出现损坏状况时，系统数据与生产数据能够及时恢复，将损失降至最低。

3.3工艺参数的管理

针对工艺参数而言，其主要划分为三种，即铸锭参数、模具参数及型材参数，它们处于一一对应的关系。在工艺参数管理窗体下，能够使各类型型材的参数、工艺计算的输入与编辑得以实现，并且能够实施存储与数据库当中。

4.结语

综上，针对此控制系统而言，其已经在铝型挤压生产中得到广泛应用，实现了管理与生产的高效化与自动化，如此一来，不仅能够大幅降低产品成本，而且还能节约大量能耗，有助于整体产量的提升。

参考文献：

[1]秦金， QINJin. DP/DPCoupler在36MN铝型材挤压生产线中的应用[J]. 重型机械， 2013（4）：10-12.

[2]张君， 高红章， 李夏峰，等. 90MN铝型材挤压装备关键技术研究[J]. 锻压装备与制造技术， 2014， 49（3）：12-16.

[3]蔡宗仁. 基于OPC的铝挤压机状态监测及故障诊断系统[J]. 福建工程学院学报， 2013， 11（1）：47-51.