铝型材挤压机的自动控制分析

铝型材挤压机的自动控制分析

发表时间：2014-09-04T16:21:50.187Z 来源：《科学与技术》2014年第7期下供稿作者：李正金

[导读] 挤压筒的感应加热挤压筒对感应体系对温度非常敏感，因为挤压筒在从铸锭到挤压结束，需要承受高压、高温、高摩擦作用。

江西广银铝业有限公司李正金

摘要：铝型材是当今炙手可热的一种制造材料，与传统的材料相比，铝型材不但物美价廉，而且本身具有金属铝的物理特性更是为其提供了很大优势，自身重量轻巧、耐腐蚀、耐氧化，所以近年来铝型材被广泛应用于我国建筑业、装潢业和电力事业等。铝型材被应用于挤压机现已成为众多电力企业研究的热点，但是目前铝型材挤压机多采用继电器电路控制，这种方式具有一定弊端性。

因此，笔者通过本文对铝型材挤压机的自动控制进行了分析，并对铝型材挤压机的自动化控制提出了客观要求，其目的就是通过编程实现挤压机各道工序的自动化进行，提高工作效率和企业效益。

关键词：铝型材；挤压机；自动控制由于铝型材轻巧、耐腐蚀、价格低廉等特性，其已经被广泛应用于各行各业。而铝型材挤压机的研发生产，更是又一次让铝型材成为关注的热点。铝型材挤压机的功率较大、生产效率较高，广泛应用于我国铝型材料的挤压成型加工之中。

目前铝型材挤压机现有的挤压机多采用继电器电路控制的方法，与传统的挤压机的液压系统相比，电器电路控制就显得便捷了许多，不但可以大大节约人力资源的消耗，而且可以节省资金。铝型材挤压机的电控系统中则大多应用继电器逻辑顺序控制方法。挤压机的操作需要多个部位共同协调完成，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。正因操作系统复杂，所以在研发电控系统的逻辑顺序线路非常繁琐。另外，再加上挤压机工作的频率较高，同部位或不同部位之间的摩擦频率较快，就会容易导致电路的磨损，故障频发，制约了企业的盈利和经济的发展。本文中笔者重点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的工作原理，一般可以分为以下四个部分，首先挤压机会将铝或者铝合金的棒料在强压力下挤压成为各种规格的型材，所以挤压机在工作时，铝棒料必须要在高温中加热到一定的温度，不然影响挤压的效果，不易成型；然后把达到一定温度的铝棒料送到供锭器中，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；接着把模具放入到固定的容器中进行挤压加工，在挤压的过程中，棒料依赖挤压筒中的电热元件保持温度；最后当挤压工作结束后，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。铝型材挤压机的工作原理虽然复杂，但是有逻辑可寻。

在铝型材挤压机进行工作时，不仅需要电路自动控制系统，也需要液压操作系统。因为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，这些工序都需要强大的动力支持，所以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。而控制液压系统中的电动机的控制装置则为电路系统控制。

2 铝型材挤压机自动控制系统的特点1）全过程无需人工干预行为；2）动态画面更容易被人接受；3）数字化检测，检测结果更为准确；4）对工艺参数可以有效管理，包括保存和修复等；5）及时发现问题进行报警，并显示故障的所在部位，当某一项参数出现异常或者设备故障时，会发出红色警报，告知工作人员。

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铝型材挤压机对挤压速度有着严格的要求。因为铝型材挤压机的挤压筒是闭环设计，所以在生产过程中，一旦进入挤压程序，必须确保速度的恒定性，不然过快或者过慢都会导致挤压筒内的电流不稳定，从而导致型材的变形、损坏，更严重的会使铜的表面出现裂痕，使挤压筒完全不能使用。为了解决这种问题，就必须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，控制偏差电流，保证挤压速度的恒定。

3.2 输入与输出点数的确定输入与输出点数的准确性关系到整个控制系统的准确性，因为输入或输出的点数有一点偏差，都会导致铝型材挤压机对温度、挤压速度等操作过程中失去准确性。在铝型材挤压机的自动控制系统中，共有38 个输入点21 个输出点。

3.3 挤压筒的感应加热挤压筒对感应体系对温度非常敏感，因为挤压筒在从铸锭到挤压结束，需要承受高压、高温、高摩擦作用。如何让挤压筒对温度有个逻辑的调控，这就需要采用梯度式多段曲线的加热方式。梯度式多段曲线的加热方式，即为加热时对温度有规律的加热，减少温度突增、突降的事情的发生。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的系统是挤压机自动控制系统的核心，在挤压机的自控中起到举足轻重的作用。上位机的串口和PLC 连接，以RS232 为通讯协议，完成工作程序。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。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，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；另一方面，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。

4.2 工艺参数的管理工艺参数的管理系统包括三个方面，即为模具参数、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。存入数据库中的资料含有自动备份的功能，防止资料的丢失。

4.3 系统数据的管理系统数据的管理包括以下几个方面：一，定期检查，即为定期对工艺数据、控制数据、系统数据、生产数据等完成备份工作；二，具有还原功能，即为当系统受到损坏的情况下，还原功能可以及时的回复有效数据，从而保护资料，尽量降低损失。

4.4 工艺的计算铝型材挤压的自控设计的核心就是进行工艺的计算，工艺的计算简单的所就是计算每一个作业需要的铝棒料的数据。这些数据包括多个层次，多个方面。其中主要包括设备的基本信息（包括铸锭的最大长度、挤压筒直径等）、客户的基本信息（产品型号、批次、长度等）和型材及铝锭的各项数据（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）。而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。

结束语铝型材挤压机的自动控制系统虽然已经被广泛接受，但是仍然存在很多弊端，比如设计繁琐，易损坏等。面对这些问题本文重点讲述了其工作的原理和操作的要点。为有关企业的生产提供理论依据，从而研发更为精确的自控系统，从而提高工作效率和企业效益。