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铝型材挤压机的自动控制研究!
铝型材挤压机的功率大、生产效率高,广泛应用于我国铝型材料的挤压成型加工中。现有的挤压机,几乎是通过液压系统来实现工作功能,而电控系统中则大多应用继电器逻辑顺序控制方法。
由于挤压机中各个执行部件的运动关系较复杂,挤压杆在一个工作循环中的运行形式可分为快进、工进、慢进以及快退等几种工况,而供锭器、剪刀、挤压筒等辅助运动也必须同主运动密切配合完成,因此控制铝型材挤压机的逻辑顺序线路非常复杂,再加上挤压机的动作频繁、工作周期短,在持续生产过程中的故障率高,且维护与维修的工作量大、成本高,在一定程度上制约了生产效率与经济效益的提高。
本文将对铝型材挤压机的自动控制要求、系统组成、要求等问题进行分析与阐述,以加快我国挤压机的自动控制发展。
1、铝型材挤压机工作原理
铝型材挤压机是将铝或者铝合金的棒料挤压成为各种规格的型材的运转机器,在挤压机运转时,铝棒坯料经过加热炉加热到挤压所需的温度,然后送到供锭器中,由供锭器将坯料与挤压垫自动送到模筒口,工作缸活塞推模筒到模口,在快速地推料过程中,供锭器自动复位,此时挤压筒与模具实现预热,再进入工作缸中进行挤压加工。
在挤压的过程中,棒料依赖挤压筒中的电热元件保持温度,当挤压工作结束后,剪切装置会将制品与余料分离,剩料和压垫会落入残料溜槽中,压机中所有部件复原,完成一次挤压加工程序。
在整个铝型材挤压机工作的过程中,分模具闭合、挤压快进、模具开启等多道工序,这些动作都由液压系统中的电动机,带动大油泵、小油泵产生的油压来完成,而这些动作的控制装置则是各种电器,如行程开关、按钮开关、转换开关及电磁铁等。
2、铝型材挤压机自动控制系统的特点
1)生产过程中实现全自动控制,包括推锭、运锭、供锭器受锭、主剪、挤压筒、挤压速度、挤压形成及压力等都由PLC实现自动控制,全过程无需人工干预行为;
2)具备人机友好界面。系统中的画面实时、形象,且可动态展现现场生产过程与工艺参数,可具体仿真显示位置、液压回路、气动回路等;
3)实现数字检测,提高检测精度;
4)可实现对各种工艺参数要求的设定、存储、优化、查询等;
5)及时显示故障并报警。当某一项参数出现异常或者设备故障时,可发出声光报警,并显示相关提示信息与画面。
3、铝型材挤压机的自动控制组成
3.1 挤压速度的闭环控制
挤压速度的闭环控制,是铝型材挤压机运转的主要特点。在生产过程中,一旦进入挤压程序,必须确保速度的恒定性,否则将造成型材的变形、损坏,或者表面产生波纹、光洁度不佳,对成品的质量产生严重影响,这就要求自动化控制中必须可保证各种扰动情况下的自动纠正偏差。
例如挤压机运行的速度设定为数字量,通过上位机给定电压,其输出量经过泵头传感器检测,再转换成反馈电压,将此电压反馈到输入端,与给定量进行比较,通过放大器来控制偏差电压,确保挤压速度在给定速度范围内。
3.2 输入与输出点数的确定
在铝型材挤压机的自动控制系统中,各种动作的转换主要通过压力开关与行程开关对信号的检测,再加上指令信号来实现,这些信号即输入信号,共有38个输入点。液压系统中则具备14个电磁阀,是各项动作的执行原件。在挤压轴的运转过程中,实现4级速度转换,在自动化过程中,需要显示三个状态。因此,在自动化控制系统中需要输出21个指令信号,也就是21个输出点。
3.3 挤压筒的感应加热
在机器的挤压过程中,从铸锭到挤压结束,挤压筒需要承受高压、高温、高摩擦作用,因此适宜采用梯度式多段曲线的加热方式,这样可减少挤压筒中的温度分布,缩小外套及内套的热膨胀差值,避免脱出或者发生裂纹现象,有效提高挤压筒的使用效果与使用寿命。
4、上位机在挤压机自动控制中的应用
4.1 上位机的系统组成
上位机系统主要由计算机、通讯线缆、计算机挤压系统软件组成。上位机的串口和PLC连接,以RS232为通讯协议,完成工作程序。计算机挤压系统软件则由辅助系统与监控系统构成,二者相互配合完成挤压工作。
一方面,辅助系统结合管理与PLC共同设定,实现对工艺及数据的编辑、选择模具和班次、下载参数、检测PLC等;另一方面,监测系统实现对挤压机工作状态、机、电等模拟量信号的显示,并记录当班次的运转情况。
4.2 工艺参数的管理
工艺参数可分为模具参数、型材参数及铸锭参数。在工艺参数管理状态下,对不同型材实现工艺计算、输入参数,并存入数据库中。
4.3 系统数据的管理
定期对工艺数据、控制数据、系统数据、生产数据等完成备份工作,并具有还原功能,可在系统损坏的情况下及时恢复重要数据,尽量降低损失。
4.4 工艺的计算
工艺计算的程序任务是计算每一个批次作业需要的铝锭数据。已知数据可分为设备信息、用户信息以及型材、铝锭等基本数据。其中,设备信息包括铸锭的最大长度、挤压筒直径等;用户信息包括产品型号、批次、长度等;型材及铝锭的基本数据包括产品的型号、压余厚度、坯锭直径、拉伸料头长度以及产品的理论重量等。计算的结果则包括产品数量、铝锭的数量与长度、铝锭总重以及产品总重等。
近年来,我国铝型材挤压机技术发展迅速,目前我国已投入大型铝型材挤压生产线8条,正在建设的大型铝型材挤压机生产线5条,其中具备中国自主知识产权的125MN油压双动铝挤压生产线,是目前已经投产的国际上同类最大挤压设备,并于2007年6月安装、调试完毕,该设备全线应用计算机网络控制,完全实现自动化生产。可见,铝型材挤压机的自动控制将成为必然趋势。

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