★北京和利时智能技术有限公司王辉

1　背景

在当前全球工业控制领域，国外PLC等高端控制产品长期占据主导地位，这不仅导致供应链存在安全隐患，更在关键时刻成为制约我国工业发展的“卡脖子”问题。供应链的不稳定与价格的无序波动，使得国内企业难以有效把控生产成本，亟需开发具有自主知识产权的替代产品以应对市场变化。

在此背景下，依托和利时雄厚的开发团队，针对压力机设备需求，和利时打破技术壁垒，推出性能卓越、成本可控的国产机械安全型PLC产品。同时，和利时强大的技术支持与服务响应体系，确保产品在实际应用中的高效运行与及时维护，为济南二机床集团有限公司等用户带来无忧的使用体验。

通过2500吨压力机PLC国产化替代项目的建设，面向智能制造关键领域，和利时打造了具有国内竞争优势的智能制造整体解决方案，不仅满足济南二机床集团等企业的实际需求，更将有力推动整个产业链的技术升级与核心竞争力提升，为我国智能制造的自主可控与高质量发展贡献力量。

和利时LX系列功能安全PLC

2　案例实施与应用

在2500吨机械压力机的国产化改造项目中，选择合适的PLC、变频器以及触摸屏产品至关重要，这不仅关系到设备的高效运行与精准控制，还直接影响到生产线的安全性、稳定性和长期经济效益。

（1）产品安全性

机械压力机作为重型工业设备，其操作过程中的安全性不容小觑。该项目中，安全保护机制需作为首要考量，包括但不限于紧急停机功能、过载保护、短路防护及电气隔离等。因此，该项目要求PLC控制系统必须内置高级别的安全功能模块，如安全继电器、安全PLC或带有SIL（安全完整性等级）认证的安全输入输出模块，确保在异常情况下能够迅速响应，保护操作人员和设备安全。

（2）产品易用性

考虑到操作人员的技能水平差异，PLC、变频器及触摸屏产品的用户界面应直观易懂，编程环境友好，便于快速上手和维护。因此，该项目要求所选产品必须提供图形化编程界面、丰富的库函数和示例程序，以及详尽的操作手册和培训资源，以降低操作难度，提高维护效率。

（3）产品稳定性

鉴于2500吨机械压力机的高负荷运行特性，设备的长期稳定运行是项目成功的关键。因此，该项目要求PLC控制系统必须具有高可靠性，能够在恶劣的工业环境中（如振动等）持续稳定工作，同时变频器需具备过温保护、过流保护等自我诊断与保护功能，确保生产连续性。

（4）产品实时性

机械压力机的控制精度和响应速度对产品质量至关重要。因此，该项目要求PLC控制系统必须拥有高速数据处理能力，确保控制指令的即时执行，同时变频器需支持快速响应的矢量控制技术，以实现精确的速度和扭矩控制，提高生产效率。

（5）产品核心技术水平

随着工业自动化技术的不断进步，选择具有前沿技术水平的PLC、变频器及触摸屏产品，对于提升系统整体性能至关重要。因此，该项目要求所选产品必须基于最新的通信技术（如PROFINET、EtherCAT等）、支持先进的控制算法，并能够与云计算、大数据等先进技术融合，为未来智能化升级预留空间。

（6）定制开发能力与集成能力

针对特定工艺需求，定制化的控制逻辑和界面设计往往能带来更高的生产效率和更好的用户体验。因此，该项目要求PLC控制系统必须具备良好的定制开发能力，支持用户自定义函数块、脚本编程等，同时变频器与触摸屏需具备强大的集成能力，能够轻松接入现有的自动化网络，实现与传感器、执行器等外设的无缝对接。

（7）数据交换能力

在智能制造的大背景下，数据的采集、分析与利用成为提升生产效率的重要手段。因此，该项目要求PLC控制系统必须支持开放的数据通信协议（如OPCUA等），实现与上层管理系统（如MES、ERP）的数据交换，为生产决策提供实时数据支持。

（8）产品兼容性

考虑到未来可能的系统升级或扩展，产品间的兼容性显得尤为重要。因此，该项目要求所选PLC、变频器及触摸屏产品必须遵循国际标准，具备良好的硬件和软件兼容性，确保不同品牌、不同型号的设备之间能够顺畅通信，降低系统整合成本。

（9）产品可扩展性

随着生产需求的变化，系统可能需要增加新的控制点或功能。因此，该项目要求PLC控制系统必须设计有灵活的可扩展架构，如模块化设计、易于增加的I/O点数等，以适应未来生产线的扩展需求。

（10）厂商品牌、产品价格与售后服务

品牌信誉代表着产品的质量和厂商的责任感，合理的价格则是成本控制的关键。此外，高效的售后服务体系对于快速解决现场问题、保障生产连续性至关重要。因此，该项目要求在选择PLC、变频器及触摸屏产品时，必须综合考虑厂商的品牌影响力、产品的性价比以及售后服务网络的覆盖范围和服务响应速度，确保项目顺利实施并长期稳定运行。

3　应用创新性

针对2500吨压力机电气控制系统改造，成功实施了PLC、变频器及触摸屏产品的国产化升级替换，全面引入了和利时品牌的先进产品，以此为基础对压力机的控制系统进行了多方面的优化与调整，显著提升了系统的整体性能与可靠性。

（1）安全性能卓越，守护生产无忧

在本次国产化改造中，选用和利时LXS系列PLC产品，凭借其卓越的安全性能脱颖而出。该系列PLC已通过TÜV安全认证，达到了SIL 3及Cat.4、PL e的高安全等级，符合ISO 13849、IEC 61508国际标准，支持功能安全模块和非功能安全模块混插，支持功能安全协议FSOE。和利时HGE系列变频器，支持“黑匣子”功能，全面多重保护，保护设置达30多项，并支持分级分类管理，可实现故障后不停车、减速停车、自由停车等不同场景需求。共直流母线模块化设计及支持多模块并机，熔断器保护，功率更大、保护更迅速。优异的四象限回馈能力，实现能量回馈，节能增效。这意味着在关键应用中，系统能够确保绝对的安全可靠。这一提升对于2500吨机械压力机这类重型设备而言至关重要，有效防范了因控制系统故障可能导致的安全事故，为生产现场的人员与设备安全提供了坚实保障。

（2）抗震性能出色，适应严苛环境

和利时PLC产品完全符合IEC 61131-2国际标准，展现出强大的抗震性能。在2500吨机械压力机运行过程中，由于高负荷作业产生的强烈振动，传统控制系统往往面临严峻挑战。而本次改造后的系统，凭借其出色的抗震能力，完美适应了这种严苛的振动环境，确保了长期稳定运行，减少了因振动导致的故障率，从而可有效延长设备使用寿命。

（3）高精度同步控制，提升生产效率

改造后的控制系统实现了500μs的同步周期和1ms的任务周期，使得高精度同步控制成为可能。高性能闭环矢量控制，速度精度最高可达到±0.01%额定转速，转矩响应5ms。在2500吨机械压力机的协同作业中，高精度的同步控制对于保证产品质量、提高生产效率至关重要。通过此次优化，系统能够更精确地控制各执行部件的动作，减少了误差积累，显著提升了产品的加工精度和生产效率。

（4）运动控制功能丰富，满足多样化需求

和利时PLC配备了丰富运动控制指令库，并符合PLCopen（Part1&Part2&Part4）标准，这为2500吨机械压力机的自动化应用提供了极大的灵活性。无论是复杂的轨迹控制、速度调节还是位置定位，系统都能轻松应对，满足了多样化的自动化生产需求。这一特性不仅提升了设备的适应性，也为未来可能的工艺升级和扩展预留了充足的空间。

（5）集成度高、操作灵活，节省空间提升效率

采用先进片式设计的和利时PLC产品，模块紧凑，相比传统控制系统节省了约60%的安装空间。这不仅优化了设备布局，减少了占地面积，还极大地提升了系统集成度和操作灵活性。变频器丰富的扩展接口，满足客户多方位应用，LCD多功能中文键盘调试方便快捷，模块书本型设计，大大减少成柜尺寸。维护人员可以更加便捷地进行系统检查与调试，降低了维护成本，同时，高度集成的系统也促进了生产效率的进一步提升。

综上所述，通过对2500吨机械压力机控制系统的全面升级，实现了安全性能、抗震性能、同步控制精度、运动控制功能以及系统集成度和操作灵活性的显著提升，为企业的生产效率和产品质量注入了新的活力，也为未来的智能化、自动化升级奠定了坚实的基础。

4　效益分析

（1）提高生产效率

LX系列PLC具有高速运算能力和强大的控制功能，能够实现对压力机的精确控制，提高生产效率。通过优化生产流程，减少生产过程中的等待时间和浪费，进一步提高生产效率。

（2）降低生产成本

PLC技术的应用有助于实现生产过程的自动化和智能化，减少人工干预和错误率。通过精确控制生产过程中的各项参数，减少原材料和能源的浪费，降低生产成本。

（3）提升产品质量

PLC系统能够实现对生产过程的精确监控和控制，确保产品质量的一致性和稳定性。通过实时检测和反馈生产过程中的数据，及时发现和处理潜在的质量问题，提升产品质量和客户满意度。

（4）增强市场竞争力

先进的PLC技术使得企业在市场上获得更好的竞争优势，提高市场份额。通过提升产品性能和可靠性，增强客户对企业的信任和忠诚度，进一步巩固市场地位。

（5）减少维护成本

LX系列PLC具有强大的故障自诊断功能，能够提前发现潜在故障并进行预警。通过远程监控和维护功能，降低设备维护的复杂性和成本，提高设备的可靠性和稳定性。

通过优化资源配置、提高生产效率、降低生产成本、提升产品质量和增强市场竞争力，项目为企业的可持续发展注入了新的动力，也为我国智能制造的自主可控与高质量发展做出了积极贡献。

5　案例意义

（1）促进技术进步与创新

替换原有国外产品，引入和利时LX系列PLC，标志着企业在自动化控制技术方面的升级和创新。推动相关行业对PLC技术的进一步研究和应用，促进技术进步和创新。

（2）提升产业竞争力

采用先进的PLC技术，提升压力机的性能和可靠性，有助于企业在市场上获得更好的竞争优势。促进机床行业向智能化、自动化方向发展，提升整个产业的竞争力。

（3）优化资源配置

PLC技术的应用有助于实现生产过程的精细化管理，优化资源配置，提高资源利用效率。通过自动化控制，减少人力和物力的浪费，实现可持续发展。

（4）推动人才培养

PLC技术的应用需要高素质的技术人才进行研发和维护。企业为了满足PLC技术的应用需求，会加大对相关人才的培养和引进力度，推动人才培养和就业。

摘自《自动化博览》2025年4月刊