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1、PLC 在等温锻造控制系统中的应用字体: 小 中 大 | 上一篇 | 下一篇 作者: webmaster 来源: 本站原创 查看: 18 次 作者：孟庆通 赵霞 上海交通大学摘要：介绍西门子 S7-300PLC 在等温锻造控制系统中的应用，详细说明了控制系统的构成和程序设计，并介绍了 PLC 等温锻造生产控制系统网络的构成。关键词：等温锻造生产系统；西门子 PLC；RSview；工业以太网1 等温锻造生产工艺简介等温锻造是近年发展起来的一种特殊的锻造技术。等温锻造主要有如下特征:1)在整个锻造过程中，锻造模具与锻材毛坯始终保持大致相同的锻造温度；2)锻造速度很慢，应变率很小；其工艺流程主要是：
2、坯料在坯料加热炉中加热到一定温度，液压机上滑块升高，坯料进入使用模具加热炉加热的模腔中，然后液压机上滑块快速下行，至即将接触坯料时慢速下行，接触坯料后加压并保压一段时间后，上滑块泄压回程，回程至一定位置后上顶出将成品顶出，机械手将成品取出，液压机合模，至此完成一次等温锻造生产过程。2 等温锻造生产国内外现状目前我国的等温锻造已进入大规模生产实施阶段, 工件变形工艺多采用镦粗和挤压两种方式,国内企业基本采用液压机完成等温锻造工艺。旧式液压机通常采用继电器式的自动控制柜，存在结构复杂，体积大，故障率高，通用性差且控制精度不高等问题，严重影响了等温锻造生产效率和产品质量，由于可编程控制器具有控制功能
3、强、可靠性好、控制程序可随工艺参数灵活改变等优点，因此，近年来，无论是进口液压机还是国产液压机均采用 PLC 控制。现等温锻造主要依靠手动操作来完成，手动操作对试模、科研及其它方面的应用基本都能满足要求，但对于生产工艺要求较严格的等温锻造成形，操作人员需具体监测和操作, 从而易产生疲劳, 影响产品质量。而且对操作人员的要求比较高，必须要对整个生产工艺比较熟悉，还要有比较丰富的操作经验，否则不能保证等温锻造生产的顺利进行。由于主观因素大大影响了产品质量, 因此有必要对生产过程进行自动化控制。3 控制系统设计图 1在充分了解工艺的基础上设计了以西门子 PLC 为中央控制器的控制系统，该系统数据量大
4、而且分散，控制量大和控制参数多。该系统的现场设备大部分位于液压机和加热炉附近，模拟量设备包含压力变送器、热电阻、热电偶以及控制用的调节阀，它们将不同的物理量变换为标准的电信号送到 PLC，同时接收 PLC 发出的控制信号，实现对这些信号的控制与调节。生产过程的大部分操作采用自动化控制，由操作员在控制台集中进行操作和监控。PLC 控制系统构成图见图 1。4 硬件系统构成41 CPU 模块下位机使用了西门子公司的 s7300PLC CPU 模块使用 CPU3152DP 中央处理单元，其内部定时器达到 126 个，扫描 1000 个指令需 10ms，足以满足现场控制的实时要求。它自带 DP 接 15
5、 作为 DP 网络的主站，数据传输速率最大可达 12Mbps；提供 64KBRAM 和 128个模拟量 IO 及 1024 个数字量 IO 通道。42 信号输入输出模块开关量主要使用 SM321 输入模块和 SM322 输出模块。数字量输入模块将从过程传输来的外部数字信号的电平转换为内部 s7300 信号电平，现场选用了型号 6ES73211BHO10AAO 的 32 点输入数字量。数字量输出模块将 s7300 的内部信号电平转化为控制过程所需的外部信号电平,选用了型号 6ES7-3221BH01 一 OAAO。模拟量使用了 SM331 模拟量输入模块和 SM322 模拟量输出模块。模拟量模块
6、的各种电压电流测量范围、输出的电压电流范围可以由编程装置中的 STEP7“硬件组态”功能进行设定：该模块还可以将大量的诊断信息传送给可编程控制器的 CPU 诊断。43 现场通讯系统现场网络通讯可分为上层管理网和下层控制网。上层管理网通讯介质采用工业以太网，通过与 OS 站、ES 站和控制器上的 CP343 通讯模块相连接。5 系统组态软件设计及功能51 下位机编程软件本系统采用西门子 S7300 的配套编程工具 STEP7(5.3)完成硬件组态、参数设置、PLC 程序编制、测试、调试和文档处理。用户程序由组织块(OB)、功能块(FB、FC)和数据块(DB)构成。其中 0B 是系统操作程序与应用
7、程序在各种条件下的接口界面用于控制程序的运行。在等温锻造系统控制中，通过模拟量输入模块将温度和压力等模拟量引入 PLC 中，经过 FB 的 PID 模块实现 PID 控制。其输出通过模拟量输出模块控制各自的气动调节阀，在程序中预制了工业生产中经常用到的模块，例如 PID 模块、监控模块、电机控制块等。52 利用 RSview32 实现的功能等温锻造生产利用 RSview32 开发的 DCS 控制系统上位监控程序。具有良好的人机界面，实现了以下功能：(1)与下位 S7300 的通讯RSview32 的开发和运行均在 Windows 下，具有开放的工业标准，包括友好的 Windows 风格界面、O
8、LE(目标链接与嵌入)和 DDE(动态数据交换)等技术与其它应用软件的集成、可共享的数据格式以及开放的实时数据和历史数据、第三方程序接口组件。(2)各种监控画面的切换根据等温锻造生产的工艺要求，控制系统的监视程序制作了 10 多幅监视控制画面。用图形实时地显示各现场被控设备的运行工况，以及现场的状态参数。可以是来自 PLC 的 IO设备的变量值，如滑块位置、压力、温度等，使生产管理人员能够快速、清晰地了解整个系统的生产运行情况，及时对设备进行控制。(3)数据查询可查询各种设备的运行状态，确认设备是否处于正常工作状态。查询各种压力、流量、液位和温度变化。工作人员可以定期把历史数据库备份到其他存储
9、介质，以便查询。利用数据库中的数据进行比较和分析，得出有用的经验参数，可优化等温锻造工业的控制。(4)设备报警当设备出现故障时，如温度过高、液位过低等，报警状态栏中就会出现提示报警。报警状态栏根据报警设备的优先级显示不同的报警颜色，提示操作员及时处理6 结语目前等温锻造生产 DCS 控制系统已经正常使用。现场运行表明：该系统运行可靠，操作容易，维护方便，控制良好。与原系统相比，该系统的应用大大提高了等温锻造生产质量，增加经济效益，降低了生产消耗。参考文献：1 刘锴，周海深入浅出西门子 S7300 PLC北京航空航天大学出版社，2004；2 SIMATIC S7 s7300，s7400 语句表编
10、程参考手册西门子公司1999超塑成形、等温锻造成套加工技术 Cr12 型冷作模具钢冷处理技术技术特点该技术通过控制工艺参数使合金在成形时呈现优异的塑性，并且变 形抗力显著减小，从而产生一系列有利的效果：材料塑性好，因而可成形许多形状复杂的零件；变形抗力小，可采用小吨位的设备，降低模具的承载，从而减少资成形精度高，许多情况下可实现近终成形；明显提高材料利用率，减少切削加工量；可成形多种难变形难加工材料；提高产品质量，降低生产成本。典型产品各种精密铝合金、铜合金锻件；钛合金叶片、钛合金气瓶、各种钛合金锻件；高强高精度微波通讯及卫星接收天线；汽车零件热锻模具的超塑成形制造；锌合金、铝合金各种壳形、盒
11、形零件；高档纪念币、浮雕工艺品；无熔化特种固态焊接零件；超塑成形、等温锻专用设备及生产线设计制造。适用材料包括铝合金、钛合金、铜合金、镁合金、锌合金，各种结构钢、工模具钢、高速钢，部分变形高温合金、多种金属基复合材料、金属间化合物、形状记忆合金等特种材料。 零件形状采用薄板吹胀成形可加工各种壳形、盒形、球形零件，采用挤压成形可加工各种体积成形零件。服务内容承接各种超塑成形、等温锻造产品的加工与订货；地址：北京市海淀区学清路 18 号 邮编：100083行政工作部：010-62920621 市场开发部：010-62920683等温锻造等温锻造(isothermalforging)2010-3-2
12、4 13:54:08 等温锻造是近年发展起来的一种特殊的锻造方法,它是把锻模的温度控制在与坯料温度大致相同的范围内,使坯料在温度基本不变的有关超塑成形、等温锻造的各种不同内容与方式的技术服务；超塑成形、等温锻造的专用设备、自动生产线或交钥匙工程首页 前页 后页 尾页 第 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 页条件下完成成形过程,所以在等温锻造中,温度的测量与控制显
13、得特别重要。等温锻造将模具和坯料加热到锻造温度并维持此撮度而进行低应变速率变形的塑性加工工艺。是 20 世纪 70 年代初由美国和苏联首先研究发展起来的。原理和特点在坯料及模具等温和低速变形条件下，锻坯较易产生动态回复和再结晶，从而导致流动应力降低和所需设备变形吨位的减小。等温模锻件在最终成型阶段实际上处于蠕变变形状态，可以获得小余量或近无余量的锻件精度(见表)，从而减少贵重金属材料的消耗和降低锻件机械加工的成本。等温变形具有均匀性，可以获得组织性能均匀的优质锻件。等温锻造的主要局限性是模具及其配套加热装置的成本昂贵，锻造生产率较低。等温锻造和常规锻造钦合金锻件的精度对比一一菇瓦蕃甄以一一丁薇
14、锻短一薄温瘫模锻斜度外圆角半径(mm)内圆角半径(mm)欠压(mm)错移(mm)翘曲(mn 门)长度和宽度公差(mm)腹板(肋)的厚度(mm)5o221076 一 3.31.271.52 士 1.012.7(0 一 1)“l03.3O一 10.510.38 士 0.382.5 一 3.2 工艺和设备适合于等温锻造的金属和合金非常广泛，几乎所有的铝、镁、钦、铜及其合金，合金钢、不锈钢、高温合金、粉末合金以及各种高性能新型金属材料，如机械合金化合金、有序金属间化合物及金属基复合材料等均可使用此工艺。但等温锻造作为一种新兴工艺技术的发展，主要是针对难变形材料的。根据等温锻造低速变形的要求，通常采用专
15、用液压机。对它们的主要要求是:可调速并可实施应变速率控制，工作行程速度调节范围在 0.1 一 0.o01mm/匆可保压，在额定压力下保压时间能在 30 分钟以上;有足够的闭合高度和工作台面尺寸，以满足复杂的等温锻造模具装置的安装要求;有顶出装置;有控温系统。按照锻件材料的变形温度范围，等温锻造模具可分为 3 类:常规热作模具钢模具，如 SCrNIM 认 3CrZWSV、4Cr5WZVSi 等;高温合金模具，如中国的 K403 和 K417 合金等;铝合金模具(TZM)和陶瓷模具等。等温锻造的模具加热可选用火焰加热、电阻加热及感应加热等。等温锻造用的防护润滑剂，主要是各种玻璃防护润滑剂。对它们的要求是:在模具和坯料间能生成连续均匀的润滑膜，以减小摩擦系数，降低变形抗力;对坯料和模具不发生腐蚀作用;，坯料加热时能起保护作用，避免氧化和其他污染;兼有脱模剂作用。
