SXP-130臥式精鍛機電控系統(tǒng)改造

李顯通

（寶雞鈦業(yè)股份有限公司，陜西寶雞 721014）

0 引言

寶雞股份鈦業(yè)有限公司SXP-130臥式精鍛機是用于鍛造鈦及鈦合金的精密鍛造設(shè)備，經(jīng)過30多年的運行，設(shè)備的電控系統(tǒng)存在很多問題，主要表現(xiàn)在2個方面：一是電氣故障發(fā)生率逐漸升高，但設(shè)備采用較早的控制技術(shù)，系統(tǒng)控制軟件可視化程度較低，故障的查找和排除較為困難；二是由于長期運行，部分電氣元件老化損壞，特別是A/B夾頭多頻制動系統(tǒng)電子插件板元件老化，造成控制精度降低，導(dǎo)致產(chǎn)品鍛造性能下降，經(jīng)濟效益下滑。

1 改造的總體思路

（1）以西門子S7-300作為主控單元，采用分布式控制系統(tǒng)。PLC（Programmable Logic Controller，可編程控制器）子站通過Profibus-DP通信網(wǎng)絡(luò)傳送至PLC主控單元系統(tǒng)，一方面減少故障點，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了檢修維護工作量；另一方面提高運算速率、系統(tǒng)控制效率，使現(xiàn)場各個單元的調(diào)整或功能擴展時具有更高的靈活性。

（2）系統(tǒng)采用西門子 MMI（Man Machine Interface，人機界面）系統(tǒng)，可將采集到的機組各設(shè)備狀態(tài)信息（機組各執(zhí)行部件的位置、速度、壓力、溫度、電流、轉(zhuǎn)速等信息）傳輸于主操作臺上的MMI予以實時顯示，并可自動判斷系統(tǒng)各部分是否處于正常工作狀態(tài)，檢測到系統(tǒng)故障時，系統(tǒng)將根據(jù)檢測到的故障及機組目前的工作狀態(tài)進行相應(yīng)的報警和保護。

（3）對系統(tǒng)A/B夾頭多頻制動系統(tǒng)電子插件板進行改進升級，實現(xiàn)制動壓力調(diào)節(jié)，同時多頻制動元件的自身狀態(tài)在控制屏幕上實時顯示（圖1）。

圖1 改造的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖2 多頻制動系統(tǒng)原理

2 改造的詳細內(nèi)容

2.1 液壓傳動控制系統(tǒng)

由泵站電機起?？刂啤㈦姶砰y控制、電磁閥控制電源等組成，系統(tǒng)原有系統(tǒng)泵站電機起?？刂圃惭b現(xiàn)場控制柜。改造后通過人機接口系統(tǒng)操作，將指令輸入PLC系統(tǒng)CPU（Central Processing Unit，中央處理單元），同時根據(jù)現(xiàn)場遠程I/O采集到的信息等進行聯(lián)鎖控制。同時將各種信息，如泵的起停狀態(tài)、系統(tǒng)壓力、油箱液位、油液溫度等，集中反映在人機接口系統(tǒng)中，以便監(jiān)控。控制系統(tǒng)將采集到的信號經(jīng)PLC系統(tǒng)CPU運算處理產(chǎn)生控制信號，通過數(shù)字量輸出模塊進行輸出，再經(jīng)中間繼電器隔離，連接到現(xiàn)場電磁閥線圈，從而控制電磁閥完成相應(yīng)工作。

2.2 人機接口系統(tǒng)

在操作臺增加1套過程監(jiān)控與鍛造工藝計算機，由操作元件、顯示元件等構(gòu)成。具有以下功能：①可以設(shè)定機組控制參數(shù)、工藝參數(shù)。在鍛造工藝畫面，操作人員通過該計算機只需輸入鍛造來料規(guī)格及成品規(guī)格，鍛造工藝軟件根據(jù)該參數(shù)自動生成鍛造工藝數(shù)據(jù)，生成之后操作人員可進行少量干預(yù)（如道次、道次變形量等）。通過工業(yè)以太網(wǎng)將該數(shù)據(jù)傳輸至計算機數(shù)字化控制系統(tǒng)，計算機數(shù)字化控制系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)進行自動鍛造。②可以顯示的機組狀態(tài)參數(shù)包括機組運行條件狀態(tài)，如機械條件、流體條件、電氣條件等。③可顯示故障報警信息，方便維修人員及時發(fā)現(xiàn)故障點并處理。

2.3 溫度測量系統(tǒng)

采用紅外測溫技術(shù)，在主機鍛造箱及齒輪箱兩側(cè)裝有測溫探頭，通過控制盒接入PLC。將鍛造時主機兩側(cè)鍛件的溫度實時顯示在MMI上。操作人員可在MMI系統(tǒng)中設(shè)定當(dāng)前鍛件的鍛造溫度范圍，如果超出該范圍將聲光報警并顯示故障信息，以便操作人員及工藝人員調(diào)整鍛造過程及工藝參數(shù)。

2.4 多頻制動系統(tǒng)

（1）多頻制動系統(tǒng)工作過程。鍛造過程由A/B夾頭夾持鍛件：夾頭隨錘頭頻率進行間歇制動式旋轉(zhuǎn)，并可實現(xiàn)夾頭根據(jù)鍛件要求速度連續(xù)可調(diào)的縱向前后進給；由鍛造箱的4個錘頭兩兩一組以固定鍛打頻率進行往復(fù)鍛造，以達到所要求的鍛造尺寸。當(dāng)主機錘頭鍛打上鍛件時，鍛件不能扭轉(zhuǎn)，所以A/B夾頭此時（在鍛錘和鍛件接觸過程中）不允許轉(zhuǎn)動，所以必須要有多頻制動系統(tǒng)控制A/B夾頭在錘頭鍛打鍛件期間停止旋轉(zhuǎn)，在錘頭脫開鍛件后快速旋轉(zhuǎn)（圖2）。

（2）多頻制動系統(tǒng)此次改進的措施主要有：A/B夾頭振蕩制動采用接近開關(guān)檢測，通過專用的振蕩制動信號發(fā)生器產(chǎn)生控制信號；再通過伺服放大器將信號放大為合適的電流，驅(qū)動伺服閥，伺服閥控制油缸，推動剎車片高速開合，形成振蕩制動過程。通過將主機錘頭動作的信號反饋至PLC系統(tǒng)，控制高頻缸的工作，進而控制夾頭按信號間斷旋轉(zhuǎn)。震蕩信號發(fā)生器改進為輸入信號經(jīng)由振蕩信號發(fā)生電路，進行邏輯控制以及制動波形時序相位調(diào)制（圖3）。電路板上有2組振蕩信號發(fā)生電路，分別對應(yīng)2個夾頭。邏輯控制固化在電路板上，工件不旋轉(zhuǎn)時，輸出靜制動壓力；工件旋轉(zhuǎn)但不制動時，輸出松開壓力；工件旋轉(zhuǎn)且制動時，跟隨旋轉(zhuǎn)相位信號輸出振蕩的制動波形，波峰為動制動壓力，波谷為松開壓力。電路中有兩級定時電路，每級對應(yīng)1個電位計：第一級用于確定制動信號的開始相位；第二級用于確定制動信號的持續(xù)脈寬，制動發(fā)生在鍛打前死點前后約90°。壓力設(shè)定電路設(shè)定制動信號的高低：壓力設(shè)定分別有2組，每組有3個電位計進行設(shè)定，分別為松開壓力、靜制動壓力、動制動壓力。

3 改造后的效果

（1）改造前，由于控制線路復(fù)雜，設(shè)備控制系統(tǒng)集成化和可視化程度不高，老化的控制系統(tǒng)故障率非常高，維護修理難度很大，導(dǎo)致平均月停機時間＞120 h。改造后運行2年以來，除過日常機械檢修、維護保養(yǎng)外，設(shè)備運作正常，幾乎沒有故障發(fā)生。設(shè)備產(chǎn)能至少提高了30%。

圖3 震蕩發(fā)生器原理

（2）由于老設(shè)備沒有過程監(jiān)控與鍛造工藝計算機，工藝程序不固化，存在人為因素影響下工藝執(zhí)行跟工藝要求不一致現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)品性能穩(wěn)定性一致性不高。改造后，直接調(diào)用工藝程序自動執(zhí)行，減少了人為因素影響，保證了產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性。

（3）由于之前設(shè)備多頻制動系統(tǒng)老舊，控制精度不高，鍛造件需要留有較大的加工余量。改造后設(shè)備可以將鍛造件的加工余量在直徑方向減少約6 mm，此項為公司節(jié)省了大量原料成本，大大提高了經(jīng)濟效益。