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★北京和利時智能技術有限公司王輝

1　背景

在當前全球工業控制領域，國外PLC等高端控制產品長期占據主導地位，這不僅導致供應鏈存在安全隱患，更在關鍵時刻成為制約我國工業發展的“卡脖子”問題。供應鏈的不穩定與價格的無序波動，使得國內企業難以有效把控生產成本，亟需開發具有自主知識產權的替代產品以應對市場變化。

在此背景下，依托和利時雄厚的開發團隊，針對壓力機設備需求，和利時打破技術壁壘，推出性能卓越、成本可控的國產機械安全型PLC產品。同時，和利時強大的技術支持與服務響應體系，確保產品在實際應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國產化替代項目的建設，面向智能制造關鍵領域，和利時打造了具有國內競爭優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的實際需求，更將有力推動整個產業鏈的技術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量發展貢獻力量。

和利時LX系列功能安全PLC

2　案例實施與應用

在2500噸機械壓力機的國產化改造項目中，選擇合適的PLC、變頻器以及觸摸屏產品至關重要，這不僅關系到設備的高效運行與精準控制，還直接影響到生產線的安全性、穩定性和長期經濟效益。

（1）產品安全性

機械壓力機作為重型工業設備，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控制系統必須內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，保護操作人員和設備安全。

（2）產品易用性

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

（3）產品穩定性

鑒于2500噸機械壓力機的高負荷運行特性，設備的長期穩定運行是項目成功的關鍵。因此，該項目要求PLC控制系統必須具有高可靠性，能夠在惡劣的工業環境中（如振動等）持續穩定工作，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，確保生產連續性。

（4）產品實時性

機械壓力機的控制精度和響應速度對產品質量至關重要。因此，該項目要求PLC控制系統必須擁有高速數據處理能力，確保控制指令的即時執行，同時變頻器需支持快速響應的矢量控制技術，以實現精確的速度和扭矩控制，提高生產效率。

（5）產品核心技術水平

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

（6）定制開發能力與集成能力

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

（7）數據交換能力

在智能制造的大背景下，數據的采集、分析與利用成為提升生產效率的重要手段。因此，該項目要求PLC控制系統必須支持開放的數據通信協議（如OPCUA等），實現與上層管理系統（如MES、ERP）的數據交換，為生產決策提供實時數據支持。

（8）產品兼容性

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

（9）產品可擴展性

隨著生產需求的變化，系統可能需要增加新的控制點或功能。因此，該項目要求PLC控制系統必須設計有靈活的可擴展架構，如模塊化設計、易于增加的I/O點數等，以適應未來生產線的擴展需求。

（10）廠商品牌、產品價格與售后服務

品牌信譽代表著產品的質量和廠商的責任感，合理的價格則是成本控制的關鍵。此外，高效的售后服務體系對于快速解決現場問題、保障生產連續性至關重要。因此，該項目要求在選擇PLC、變頻器及觸摸屏產品時，必須綜合考慮廠商的品牌影響力、產品的性價比以及售后服務網絡的覆蓋范圍和服務響應速度，確保項目順利實施并長期穩定運行。

3　應用創新性

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

（1）安全性能卓越，守護生產無憂

在本次國產化改造中，選用和利時LXS系列PLC產品，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國際標準，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，保護設置達30多項，并支持分級分類管理，可實現故障后不停車、減速停車、自由停車等不同場景需求。共直流母線模塊化設計及支持多模塊并機，熔斷器保護，功率更大、保護更迅速。優異的四象限回饋能力，實現能量回饋，節能增效。這意味著在關鍵應用中，系統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備而言至關重要，有效防范了因控制系統故障可能導致的安全事故，為生產現場的人員與設備安全提供了堅實保障。

（2）抗震性能出色，適應嚴苛環境

和利時PLC產品完全符合IEC 61131-2國際標準，展現出強大的抗震性能。在2500噸機械壓力機運行過程中，由于高負荷作業產生的強烈振動，傳統控制系統往往面臨嚴峻挑戰。而本次改造后的系統，憑借其出色的抗震能力，完美適應了這種嚴苛的振動環境，確保了長期穩定運行，減少了因振動導致的故障率，從而可有效延長設備使用壽命。

（3）高精度同步控制，提升生產效率

改造后的控制系統實現了500μs的同步周期和1ms的任務周期，使得高精度同步控制成為可能。高性能閉環矢量控制，速度精度最高可達到±0.01%額定轉速，轉矩響應5ms。在2500噸機械壓力機的協同作業中，高精度的同步控制對于保證產品質量、提高生產效率至關重要。通過此次優化，系統能夠更精確地控制各執行部件的動作，減少了誤差積累，顯著提升了產品的加工精度和生產效率。

（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）標準，這為2500噸機械壓力機的自動化應用提供了極大的靈活性。無論是復雜的軌跡控制、速度調節還是位置定位，系統都能輕松應對，滿足了多樣化的自動化生產需求。這一特性不僅提升了設備的適應性，也為未來可能的工藝升級和擴展預留了充足的空間。

（5）集成度高、操作靈活，節省空間提升效率

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

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

4　效益分析

（1）提高生產效率

LX系列PLC具有高速運算能力和強大的控制功能，能夠實現對壓力機的精確控制，提高生產效率。通過優化生產流程，減少生產過程中的等待時間和浪費，進一步提高生產效率。

（2）降低生產成本

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

（3）提升產品質量

PLC系統能夠實現對生產過程的精確監控和控制，確保產品質量的一致性和穩定性。通過實時檢測和反饋生產過程中的數據，及時發現和處理潛在的質量問題，提升產品質量和客戶滿意度。

（4）增強市場競爭力

先進的PLC技術使得企業在市場上獲得更好的競爭優勢，提高市場份額。通過提升產品性能和可靠性，增強客戶對企業的信任和忠誠度，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，能夠提前發現潛在故障并進行預警。通過遠程監控和維護功能，降低設備維護的復雜性和成本，提高設備的可靠性和穩定性。

通過優化資源配置、提高生產效率、降低生產成本、提升產品質量和增強市場競爭力，項目為企業的可持續發展注入了新的動力，也為我國智能制造的自主可控與高質量發展做出了積極貢獻。

5　案例意義

（1）促進技術進步與創新

替換原有國外產品，引入和利時LX系列PLC，標志著企業在自動化控制技術方面的升級和創新。推動相關行業對PLC技術的進一步研究和應用，促進技術進步和創新。

（2）提升產業競爭力

采用先進的PLC技術，提升壓力機的性能和可靠性，有助于企業在市場上獲得更好的競爭優勢。促進機床行業向智能化、自動化方向發展，提升整個產業的競爭力。

（3）優化資源配置

PLC技術的應用有助于實現生產過程的精細化管理，優化資源配置，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，實現可持續發展。

（4）推動人才培養

PLC技術的應用需要高素質的技術人才進行研發和維護。企業為了滿足PLC技術的應用需求，會加大對相關人才的培養和引進力度，推動人才培養和就業。

摘自《自動化博覽》2025年4月刊