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300MN模锻水压机是目前亚洲最大的模锻液压机,是我国国防和基础建设的关键设备。水压机现有的操作控制方式已明显老化、落后,水压机的运行的可靠性得不到保证。现对其操作系统进行现代化改造,将原来的“水控水”变为“油控水”方式,并将整个操作系统改为数字式电液伺服控制,实现智能控制,以提高水压机的工作效率和加工精度。
根据改造的思路和原则,构造了主站S7-300、从站S7-200 PLC的主从分布式操纵控制系统;分析比较了MPI、PROFIBUS和工业以太网这3种西门子S7工业通讯网络的优缺点和适用范围,选用了能满足高速和实时性要求的PROFIBUS~DP网络拓扑结构来实现主从站间的数据通讯,并由MPI方式实现主站与同步系统的数据通讯,阐明了操纵控制系统内各部分数据通讯的机理和实现;在系统PLC程序的编制过程中,运用结构化编程的思想和方法,依照模块独立性的准则,编制了高内聚、低耦合的程序模块,并按策略与实现的层次来组织各块的结构,大大增强了软件代码的可重用性,为软件程序的修改和调试带来了便利;分析了分配器的控制机理,针对传动链路长且复杂,难于建立精确数学模型的特点,为满足随动系统的快速性和准确性要求,根据PID控制和模糊控制的特点,选用了Fuzzy-PID的复合控制策略来控制水压机主分配器凸轮轴转角,得到了满意的控制效果。
经现场调试运行表明,该操纵控制系统能满足功能和精度要求,系统运行情况良好。本系统的设计思想和控制方法将为开发其他大型液压设备的控制系统提供借鉴和参考。