★北京和利時智能技術(shù)有限公司王輝

1　背景

在當(dāng)前全球工業(yè)控制領(lǐng)域，國外PLC等高端控制產(chǎn)品長期占據(jù)主導(dǎo)地位，這不僅導(dǎo)致供應(yīng)鏈存在安全隱患，更在關(guān)鍵時刻成為制約我國工業(yè)發(fā)展的“卡脖子”問題。供應(yīng)鏈的不穩(wěn)定與價格的無序波動，使得國內(nèi)企業(yè)難以有效把控生產(chǎn)成本，亟需開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的替代產(chǎn)品以應(yīng)對市場變化。

在此背景下，依托和利時雄厚的開發(fā)團隊，針對壓力機設(shè)備需求，和利時打破技術(shù)壁壘，推出性能卓越、成本可控的國產(chǎn)機械安全型PLC產(chǎn)品。同時，和利時強大的技術(shù)支持與服務(wù)響應(yīng)體系，確保產(chǎn)品在實際應(yīng)用中的高效運行與及時維護，為濟南二機床集團有限公司等用戶帶來無憂的使用體驗。

通過2500噸壓力機PLC國產(chǎn)化替代項目的建設(shè)，面向智能制造關(guān)鍵領(lǐng)域，和利時打造了具有國內(nèi)競爭優(yōu)勢的智能制造整體解決方案，不僅滿足濟南二機床集團等企業(yè)的實際需求，更將有力推動整個產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)升級與核心競爭力提升，為我國智能制造的自主可控與高質(zhì)量發(fā)展貢獻力量。

和利時LX系列功能安全PLC

2　案例實施與應(yīng)用

在2500噸機械壓力機的國產(chǎn)化改造項目中，選擇合適的PLC、變頻器以及觸摸屏產(chǎn)品至關(guān)重要，這不僅關(guān)系到設(shè)備的高效運行與精準(zhǔn)控制，還直接影響到生產(chǎn)線的安全性、穩(wěn)定性和長期經(jīng)濟效益。

（1）產(chǎn)品安全性

機械壓力機作為重型工業(yè)設(shè)備，其操作過程中的安全性不容小覷。該項目中，安全保護機制需作為首要考量，包括但不限于緊急停機功能、過載保護、短路防護及電氣隔離等。因此，該項目要求PLC控制系統(tǒng)必須內(nèi)置高級別的安全功能模塊，如安全繼電器、安全PLC或帶有SIL（安全完整性等級）認證的安全輸入輸出模塊，確保在異常情況下能夠迅速響應(yīng)，保護操作人員和設(shè)備安全。

（2）產(chǎn)品易用性

考慮到操作人員的技能水平差異，PLC、變頻器及觸摸屏產(chǎn)品的用戶界面應(yīng)直觀易懂，編程環(huán)境友好，便于快速上手和維護。因此，該項目要求所選產(chǎn)品必須提供圖形化編程界面、豐富的庫函數(shù)和示例程序，以及詳盡的操作手冊和培訓(xùn)資源，以降低操作難度，提高維護效率。

（3）產(chǎn)品穩(wěn)定性

鑒于2500噸機械壓力機的高負荷運行特性，設(shè)備的長期穩(wěn)定運行是項目成功的關(guān)鍵。因此，該項目要求PLC控制系統(tǒng)必須具有高可靠性，能夠在惡劣的工業(yè)環(huán)境中（如振動等）持續(xù)穩(wěn)定工作，同時變頻器需具備過溫保護、過流保護等自我診斷與保護功能，確保生產(chǎn)連續(xù)性。

（4）產(chǎn)品實時性

機械壓力機的控制精度和響應(yīng)速度對產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。因此，該項目要求PLC控制系統(tǒng)必須擁有高速數(shù)據(jù)處理能力，確保控制指令的即時執(zhí)行，同時變頻器需支持快速響應(yīng)的矢量控制技術(shù)，以實現(xiàn)精確的速度和扭矩控制，提高生產(chǎn)效率。

（5）產(chǎn)品核心技術(shù)水平

隨著工業(yè)自動化技術(shù)的不斷進步，選擇具有前沿技術(shù)水平的PLC、變頻器及觸摸屏產(chǎn)品，對于提升系統(tǒng)整體性能至關(guān)重要。因此，該項目要求所選產(chǎn)品必須基于最新的通信技術(shù)（如PROFINET、EtherCAT等）、支持先進的控制算法，并能夠與云計算、大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)融合，為未來智能化升級預(yù)留空間。

（6）定制開發(fā)能力與集成能力

針對特定工藝需求，定制化的控制邏輯和界面設(shè)計往往能帶來更高的生產(chǎn)效率和更好的用戶體驗。因此，該項目要求PLC控制系統(tǒng)必須具備良好的定制開發(fā)能力，支持用戶自定義函數(shù)塊、腳本編程等，同時變頻器與觸摸屏需具備強大的集成能力，能夠輕松接入現(xiàn)有的自動化網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)與傳感器、執(zhí)行器等外設(shè)的無縫對接。

（7）數(shù)據(jù)交換能力

在智能制造的大背景下，數(shù)據(jù)的采集、分析與利用成為提升生產(chǎn)效率的重要手段。因此，該項目要求PLC控制系統(tǒng)必須支持開放的數(shù)據(jù)通信協(xié)議（如OPCUA等），實現(xiàn)與上層管理系統(tǒng)（如MES、ERP）的數(shù)據(jù)交換，為生產(chǎn)決策提供實時數(shù)據(jù)支持。

（8）產(chǎn)品兼容性

考慮到未來可能的系統(tǒng)升級或擴展，產(chǎn)品間的兼容性顯得尤為重要。因此，該項目要求所選PLC、變頻器及觸摸屏產(chǎn)品必須遵循國際標(biāo)準(zhǔn)，具備良好的硬件和軟件兼容性，確保不同品牌、不同型號的設(shè)備之間能夠順暢通信，降低系統(tǒng)整合成本。

（9）產(chǎn)品可擴展性

隨著生產(chǎn)需求的變化，系統(tǒng)可能需要增加新的控制點或功能。因此，該項目要求PLC控制系統(tǒng)必須設(shè)計有靈活的可擴展架構(gòu)，如模塊化設(shè)計、易于增加的I/O點數(shù)等，以適應(yīng)未來生產(chǎn)線的擴展需求。

（10）廠商品牌、產(chǎn)品價格與售后服務(wù)

品牌信譽代表著產(chǎn)品的質(zhì)量和廠商的責(zé)任感，合理的價格則是成本控制的關(guān)鍵。此外，高效的售后服務(wù)體系對于快速解決現(xiàn)場問題、保障生產(chǎn)連續(xù)性至關(guān)重要。因此，該項目要求在選擇PLC、變頻器及觸摸屏產(chǎn)品時，必須綜合考慮廠商的品牌影響力、產(chǎn)品的性價比以及售后服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和服務(wù)響應(yīng)速度，確保項目順利實施并長期穩(wěn)定運行。

3　應(yīng)用創(chuàng)新性

針對2500噸壓力機電氣控制系統(tǒng)改造，成功實施了PLC、變頻器及觸摸屏產(chǎn)品的國產(chǎn)化升級替換，全面引入了和利時品牌的先進產(chǎn)品，以此為基礎(chǔ)對壓力機的控制系統(tǒng)進行了多方面的優(yōu)化與調(diào)整，顯著提升了系統(tǒng)的整體性能與可靠性。

（1）安全性能卓越，守護生產(chǎn)無憂

在本次國產(chǎn)化改造中，選用和利時LXS系列PLC產(chǎn)品，憑借其卓越的安全性能脫穎而出。該系列PLC已通過TüV安全認證，達到了SIL 3及Cat.4、PL e的高安全等級，符合ISO 13849、IEC 61508國際標(biāo)準(zhǔn)，支持功能安全模塊和非功能安全模塊混插，支持功能安全協(xié)議FSOE。和利時HGE系列變頻器，支持“黑匣子”功能，全面多重保護，保護設(shè)置達30多項，并支持分級分類管理，可實現(xiàn)故障后不停車、減速停車、自由停車等不同場景需求。共直流母線模塊化設(shè)計及支持多模塊并機，熔斷器保護，功率更大、保護更迅速。優(yōu)異的四象限回饋能力，實現(xiàn)能量回饋，節(jié)能增效。這意味著在關(guān)鍵應(yīng)用中，系統(tǒng)能夠確保絕對的安全可靠。這一提升對于2500噸機械壓力機這類重型設(shè)備而言至關(guān)重要，有效防范了因控制系統(tǒng)故障可能導(dǎo)致的安全事故，為生產(chǎn)現(xiàn)場的人員與設(shè)備安全提供了堅實保障。

（2）抗震性能出色，適應(yīng)嚴(yán)苛環(huán)境

和利時PLC產(chǎn)品完全符合IEC 61131-2國際標(biāo)準(zhǔn)，展現(xiàn)出強大的抗震性能。在2500噸機械壓力機運行過程中，由于高負荷作業(yè)產(chǎn)生的強烈振動，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)往往面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。而本次改造后的系統(tǒng)，憑借其出色的抗震能力，完美適應(yīng)了這種嚴(yán)苛的振動環(huán)境，確保了長期穩(wěn)定運行，減少了因振動導(dǎo)致的故障率，從而可有效延長設(shè)備使用壽命。

（3）高精度同步控制，提升生產(chǎn)效率

改造后的控制系統(tǒng)實現(xiàn)了500μs的同步周期和1ms的任務(wù)周期，使得高精度同步控制成為可能。高性能閉環(huán)矢量控制，速度精度最高可達到±0.01%額定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)5ms。在2500噸機械壓力機的協(xié)同作業(yè)中，高精度的同步控制對于保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率至關(guān)重要。通過此次優(yōu)化，系統(tǒng)能夠更精確地控制各執(zhí)行部件的動作，減少了誤差積累，顯著提升了產(chǎn)品的加工精度和生產(chǎn)效率。

（4）運動控制功能豐富，滿足多樣化需求

和利時PLC配備了豐富運動控制指令庫，并符合PLCopen（Part1&Part2&Part4）標(biāo)準(zhǔn)，這為2500噸機械壓力機的自動化應(yīng)用提供了極大的靈活性。無論是復(fù)雜的軌跡控制、速度調(diào)節(jié)還是位置定位，系統(tǒng)都能輕松應(yīng)對，滿足了多樣化的自動化生產(chǎn)需求。這一特性不僅提升了設(shè)備的適應(yīng)性，也為未來可能的工藝升級和擴展預(yù)留了充足的空間。

（5）集成度高、操作靈活，節(jié)省空間提升效率

采用先進片式設(shè)計的和利時PLC產(chǎn)品，模塊緊湊，相比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)節(jié)省了約60%的安裝空間。這不僅優(yōu)化了設(shè)備布局，減少了占地面積，還極大地提升了系統(tǒng)集成度和操作靈活性。變頻器豐富的擴展接口，滿足客戶多方位應(yīng)用，LCD多功能中文鍵盤調(diào)試方便快捷，模塊書本型設(shè)計，大大減少成柜尺寸。維護人員可以更加便捷地進行系統(tǒng)檢查與調(diào)試，降低了維護成本，同時，高度集成的系統(tǒng)也促進了生產(chǎn)效率的進一步提升。

綜上所述，通過對2500噸機械壓力機控制系統(tǒng)的全面升級，實現(xiàn)了安全性能、抗震性能、同步控制精度、運動控制功能以及系統(tǒng)集成度和操作靈活性的顯著提升，為企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量注入了新的活力，也為未來的智能化、自動化升級奠定了堅實的基礎(chǔ)。

4　效益分析

（1）提高生產(chǎn)效率

LX系列PLC具有高速運算能力和強大的控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對壓力機的精確控制，提高生產(chǎn)效率。通過優(yōu)化生產(chǎn)流程，減少生產(chǎn)過程中的等待時間和浪費，進一步提高生產(chǎn)效率。

（2）降低生產(chǎn)成本

PLC技術(shù)的應(yīng)用有助于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化和智能化，減少人工干預(yù)和錯誤率。通過精確控制生產(chǎn)過程中的各項參數(shù)，減少原材料和能源的浪費，降低生產(chǎn)成本。

（3）提升產(chǎn)品質(zhì)量

PLC系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)過程的精確監(jiān)控和控制，確保產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性。通過實時檢測和反饋生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)和處理潛在的質(zhì)量問題，提升產(chǎn)品質(zhì)量和客戶滿意度。

（4）增強市場競爭力

先進的PLC技術(shù)使得企業(yè)在市場上獲得更好的競爭優(yōu)勢，提高市場份額。通過提升產(chǎn)品性能和可靠性，增強客戶對企業(yè)的信任和忠誠度，進一步鞏固市場地位。

（5）減少維護成本

LX系列PLC具有強大的故障自診斷功能，能夠提前發(fā)現(xiàn)潛在故障并進行預(yù)警。通過遠程監(jiān)控和維護功能，降低設(shè)備維護的復(fù)雜性和成本，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

通過優(yōu)化資源配置、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量和增強市場競爭力，項目為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展注入了新的動力，也為我國智能制造的自主可控與高質(zhì)量發(fā)展做出了積極貢獻。

5　案例意義

（1）促進技術(shù)進步與創(chuàng)新

替換原有國外產(chǎn)品，引入和利時LX系列PLC，標(biāo)志著企業(yè)在自動化控制技術(shù)方面的升級和創(chuàng)新。推動相關(guān)行業(yè)對PLC技術(shù)的進一步研究和應(yīng)用，促進技術(shù)進步和創(chuàng)新。

（2）提升產(chǎn)業(yè)競爭力

采用先進的PLC技術(shù)，提升壓力機的性能和可靠性，有助于企業(yè)在市場上獲得更好的競爭優(yōu)勢。促進機床行業(yè)向智能化、自動化方向發(fā)展，提升整個產(chǎn)業(yè)的競爭力。

（3）優(yōu)化資源配置

PLC技術(shù)的應(yīng)用有助于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的精細化管理，優(yōu)化資源配置，提高資源利用效率。通過自動化控制，減少人力和物力的浪費，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

（4）推動人才培養(yǎng)

PLC技術(shù)的應(yīng)用需要高素質(zhì)的技術(shù)人才進行研發(fā)和維護。企業(yè)為了滿足PLC技術(shù)的應(yīng)用需求，會加大對相關(guān)人才的培養(yǎng)和引進力度，推動人才培養(yǎng)和就業(yè)。

摘自《自動化博覽》2025年4月刊