16.3MN油挤压机是国防科工委“高新—1”工程建设研制保障的主要设备之一,适用于钛、钼、钽、铌、锆、铪等难熔金属及其合金棒材、管材和型材的热挤压生产。在备料——感应炉加热——挤压机挤压——矫直机矫直的工艺流程中，挤压工序直接影响着产品的质量，挤压机的高效、稳定可靠也决定着产品的成本及生产效率。

　　控制系统硬件、软件构成

　　硬件构成

　　本挤压机采用上位工业控制计算机和可编程控制器PLC两级控制方式。上位机选用研华触摸屏查询一体工控机，通过PROFBIUS-DP现场总线与PLC的MPI/DP接口连接，进行相互间的通讯，实现挤压机状态监视、综合故障显示、报警信息记录及工艺参数的设定、上传、下载、显示、储存等功能。

　　PLC控制系统以西门子S7-300可编程控制器为控制核心，由1个S7-300(CPU315-2DP)主板及1个S7-300扩展板组成主站，4个ET200M从站及4个WAGO从站，采用PROFBIUS-DP现场总线技术实现整个网络的主从站分布式I/O控制。

　　软件构成

　　上位机组态软件以西门子WINCC V6.0设计监视画面和过程控制变量，它不仅有监控和数据采集功能，而且具有组态、开发和开放功能。

　　PLC系统软件选用西门子STEP7 5.2编程软件包，用模块式编程，完成硬件组态、参数设置、PLC程序编制、监视和文档处理。程序块包括组织块、系统诊断块、功能块、数据块及压力、速度、位移、温度比例转换块等。

　　试运行存在的问题

　　本挤压机2006年5月安装调试结束，经过半年的试运行，设备基本满足难熔金属材料热挤压生产工艺的要求，但个别方面仍需要进一步的完善与改进，具体问题如下：

　　■挤压机与中频感应炉之间不能通讯。当锭坯加热完后需要出炉时，感应炉不能发送一个“请求出炉”信号给挤压机主操作员，挤压机也不能应答一个“允许出炉”或“禁止出炉”信号给感应炉操作员。因此，生产现场需要专人指挥协调两个设备间的衔接，设备操作员距离较远，现场噪音很大，指挥相当的困难。如果锭坯出炉太早，则锭坯温度下降过快，引起挤压失败或诱发安全事故。如果锭坯出炉不及时，挤压机空负荷等待会造成设备资源的浪费（挤压机每小时耗电1100KWH）。

　　■挤压机配备三名操作员，分别在设备的不同位置完成主机、辅机及机后系统的操作。机后操作主要完成挤压制品的出料、传送、下料等简单动作，技术含量低，由专人操作造成人力资源的浪费。如何有效合理的利用设备资源，提高自动化程度，使设备高效可靠地工作，机后操作系统改造势在必行。

　　通过技术分析，本着现场布线简单、充分利用现有硬件资源的原则，在感应炉的操作面板上安装一个带指示灯的按钮，用4根信号线连接到挤压机PLC从站输入、输出接口上，实现挤压机与感应炉之间I/O通讯，并在触摸屏上监视感应炉的状态。

　　WINCC组态软件为用户搭建了一个监控及数据采集的自动化平台，通过PROFIBUS网线实现上位机与PLC间的资源共享，S7-300PLC用户程序修改设计操作便捷。因此，可以在上位机触摸屏上设计一个人机操作界面，并对PLC程序适当的修改，用手动开关通过程序将机后操作台屏蔽，由主操作员在触摸屏上完成机后系统的操作。

　　程序的设计

　　感应炉监视程序的设计

　　（1）设计控制流程如图1所示

　　（2）在STEP7软件中用语句表编程语言编写程序如下：

　　A（

　　O “请求出炉”I29.7

　　O“请求出炉指示”M160.5

　　）

　　AN T 62

　　=“请求出炉指示”M160.5

　　A“请求出炉指示”M160.5

　　A“允许出炉”M160.6

　　L S5T#1M

　　SD T 62

　　A“请求出炉指示”M160.5

　　A“允许出炉”M160.6

　　=“允许出炉指示”Q62.0

　　（3）在WINCC软件变量管理器中建立“请求出炉指示”及“允许出炉”布尔型过程变量，地址为M160.5及M160.6。

　　（4）在Wincc软件图形编辑器中设计中频感应炉监控画面．当感应炉“请求出炉”时，上位机触摸屏上显示“请求出炉”文本及出炉画面，挤压机“允许出炉”应答后，感应炉“出炉指示灯”亮，延时1分钟后“出炉指示灯”灭，上位机触摸屏上显示“正在加热”文本及加热画面，单次循环结束。

图2：中频感应炉监控画面

　　机后系统操作程序设计

　　（1）设计控制流程如图3所示。

图3：机后系统操作程序设计控制流程图

　　（2）根据流程图在STEP7软件中修改机后操作程序块FC11（加粗字体为修改的程序）。

　　A“操作方式机后手动”I44.0

　　A“拉出装置松开”I45.7

　　O

　　AN “操作方式机后手动”I44.0

　　A“（触摸屏）拉出装置送开”M160.2

　　=“中手动拉出装置松开”M11.2

　　A“操作方式机后手动”I44.0

　　A“拉出装置夹紧”I45.6

　　O

　　AN“操作方式机后手动”144.0

　　A“（触摸屏）拉出装置夹紧”M160.3

　　=“中手动拉出装置夹紧”M11.3

　　A“操作方式机后手动”I44.0

　　AN“出料辊道下料拉出移/停”I46.0

　　O

　　AN“操作方式机后手动”I44.0

　　A“（触）拉出装置拉出返回”I160.4

　　= “中手动出料辊道拉出”M11.4

　　A（

　　A“操作方式机后手动”I44.0

　　A“出料辊道下料拉出移/停”I46.0

　　O

　　AN“操作方式机后手动”I44.0

　　AN“（触）拉出装置拉出返回”M160.4

)

　　AN“拉出装置LS12返回位”I36.3

　　=“中手动出料辊道拉出复位”M12.0

　　A“操作方式机后手动”I44.0

　　AN”出料辊道下料前段下料/停”I46.1

　　O

　　AN“操作方式机后手动”I44.0

　　A“（触摸屏）前段下料”M160.0

　　=“中手动出料辊道前段下料”M11.5

　　A（

　　A“操作方式机后手动”I44.0

　　A“出料辊道下料前段下料/停”I46.1

　　O

　　AN“操作方式机后手动”I44.0

　　AN“（触摸屏）前段下料”M160.0

　　)

　　AN“中手动出料辊道前下料中”M12.3

　　=“中手动出料辊道前下料复位”M12.2

　　A“操作方式机后手动”I44.0

　　AN“出料辊道下料后段下料/停”I46.2

　　O

　　AN“操作方式机后手动”I44.0

　　A“（触摸屏）后段下料”M160.1

　　=“中手动出料辊道后段下料”M11.6

　　A“操作方式机后手动”I44.0

　　A“出料辊道下料后段下料/停”I46.2

　　AN“中手动出料辊道后下料中”M12.5

　　O

　　AN“操作方式机后手动”I44.0

　　AN“（触摸屏）后段下料”M160.1

　　AN“中手动出料辊道后下料中”M12.5

　　=“中手动出料辊道后下料复位”M12.4

　　（3）在WINCC软件变量管理器中建立“机后液压电机启停”、“过渡辊道电机启停”、“出料辊道电机启停”、“拉出装置松开”、“拉出装置夹紧”、“拉出装置拉出”、“拉出装置返回”、“前段下料”及“后段下料”等布尔型过程变量，地址分别为Q12.0、M11.1、M11.0、M160.2、M160.3、M160.4、M160.0及M160.1。

　　（4）在Wincc软件图形编辑器中建立机后系统操作控制画面(如图4所示)，建立动态变量连接，通过触发按钮开关控制相对应的执行机构。

图4 ：机后系统操作控制画面

　　结论

　　通过对16.3MN油挤压机程序的改进，解决了生产中存在的问题，充分发挥了设备的潜能，使挤压机和感应加热炉实现联动，提高了生产效率及自动化水平，节省了人力资源。整个系统经调试，运行稳定，状态良好，显示、控制功能正确。特别是本系统程序改进投资少，实用性强、在实际中取得良好的效果。本方案已经得到了设备制造商太原重工集团的认可，并在新设备制造中予以采纳，可节省大量的电气元件，减少现场布线，降低设备的制造成本。