梁克章

摘 ?要：自動(dòng)化技術(shù)在發(fā)展中與各行業(yè)緊密結(jié)合，通過與機(jī)械設(shè)備之間建立的自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的高效控制，解決了企業(yè)產(chǎn)品批量加工生產(chǎn)的工作難題。在壓力機(jī)設(shè)備控制過程中，傳統(tǒng)設(shè)備在操作便利程度和安全性等多個(gè)方面均存在欠缺，逐漸難以滿足企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需求，本文針對這一問題提出了新型壓力機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，分析了自動(dòng)控制系統(tǒng)的滑塊控制、制動(dòng)器控制等設(shè)計(jì)要求，以為相關(guān)單位人員提供設(shè)計(jì)改造思路。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化技術(shù);控制技術(shù);壓力機(jī)設(shè)計(jì)

引言：

壓力機(jī)的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)目標(biāo)在于利用自動(dòng)化技術(shù)更精準(zhǔn)、靈活地完成對滑軌的有效控制。在技術(shù)發(fā)展過程中，傳統(tǒng)壓力機(jī)所應(yīng)用的手動(dòng)控制方式不僅操作極其不便，還存在工作精度較差的問題，對產(chǎn)品的生產(chǎn)加工效率和精度均產(chǎn)生不利影響，而基于電力電子自動(dòng)化技術(shù)構(gòu)建的自動(dòng)控制系統(tǒng)則能夠結(jié)合壓力機(jī)的工作特性將控制系統(tǒng)與離合器、滑塊等部件的運(yùn)行過程有效融合，實(shí)現(xiàn)壓力機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行效率和精度的大幅度提升，為相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展提供助力。

1 壓力機(jī)功能原理概述

壓力機(jī)在車床加工過程中能夠?qū)崿F(xiàn)成型、鉚合、彎曲、切斷等各種工藝技術(shù)，該設(shè)備多用于金屬制品生產(chǎn)加工工作，能夠?qū)毫ψ饔糜诮饘倨骷蛊浒匆螽a(chǎn)生相應(yīng)的形變。傳統(tǒng)壓力機(jī)依靠異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)皮帶將電動(dòng)機(jī)動(dòng)力施加給飛輪使其轉(zhuǎn)動(dòng)，并依靠離合器、連桿、齒輪等實(shí)現(xiàn)滑塊機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)[1]。相對而言，壓力機(jī)在鍛壓金屬等材料過程中的工作流程極其簡單，但為了實(shí)現(xiàn)對整個(gè)加工過程的高效、精準(zhǔn)控制，企業(yè)通常需要針對性地設(shè)計(jì)相應(yīng)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，確?；瑝K動(dòng)作、制動(dòng)器控制等能夠有序進(jìn)行。

2 壓力機(jī)自動(dòng)控制設(shè)計(jì)改造的必要性分析

傳統(tǒng)壓力機(jī)在安全防護(hù)方面的功能存在一定欠缺，安全閉鎖等防護(hù)裝置對于生產(chǎn)人員的送料與取料等操作無法起到防護(hù)作用，一旦出現(xiàn)人為操作失誤問題，將導(dǎo)致擠壓事故發(fā)生，同時(shí)，傳統(tǒng)機(jī)械驅(qū)動(dòng)方式通常需要工作人員現(xiàn)場進(jìn)行各項(xiàng)操作，多臺(tái)設(shè)備在緊湊車間庫房內(nèi)部運(yùn)行產(chǎn)生的噪音對工作人員的身體健康產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。此外，傳統(tǒng)壓力機(jī)在啟動(dòng)過程中更容易受到大電流的沖擊，繞組、電機(jī)絕緣等容易受到損傷，對壓力機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。針對傳統(tǒng)壓力機(jī)存在的較多不足之處，企業(yè)有必要將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到設(shè)備控制過程中，實(shí)現(xiàn)壓力機(jī)的自動(dòng)化運(yùn)行控制。

3 壓力機(jī)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)思路

3.1系統(tǒng)原理

為實(shí)現(xiàn)壓力機(jī)的自動(dòng)控制，本文從滑塊運(yùn)動(dòng)路徑入手，借助傳感器實(shí)現(xiàn)對滑塊位置狀態(tài)的監(jiān)測，通過迭代法完成對滑塊運(yùn)動(dòng)過程中的自動(dòng)化精準(zhǔn)控制。同時(shí)，借助控制軟件對制動(dòng)器進(jìn)行控制，通過角位移傳感器（非接觸）監(jiān)測電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對壓力機(jī)的可靠制動(dòng)控制[2]。在閉鎖控制方面，制動(dòng)器與離合器均設(shè)定剛性閉鎖，動(dòng)作過程符合設(shè)定順序，確保產(chǎn)品生產(chǎn)加工過程得到精準(zhǔn)可靠控制。

3.2滑塊控制系統(tǒng)

壓力機(jī)對飛輪的拖地依靠大型異步電機(jī)來完成，在鍛壓金屬等材料期間往往會(huì)展現(xiàn)出具有強(qiáng)烈沖擊性的負(fù)載，導(dǎo)致電機(jī)在壓力機(jī)鍛壓期間具有較高的負(fù)載，而鍛壓完成后則負(fù)載接近空載狀態(tài)。在鍛壓過程中，壓力機(jī)滑塊先從起點(diǎn)空程運(yùn)動(dòng)至終點(diǎn)，最終又返回至起點(diǎn)，可以結(jié)合滑塊運(yùn)動(dòng)期間的電機(jī)轉(zhuǎn)矩相關(guān)參數(shù)對滑塊的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行解析。在空程運(yùn)動(dòng)期間，滑塊以M1轉(zhuǎn)矩動(dòng)作了T1時(shí)間;在鍛壓運(yùn)動(dòng)期間，滑塊以M2轉(zhuǎn)矩動(dòng)作了T2時(shí)間;由空程到鍛壓，轉(zhuǎn)矩改變的同時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也隨之改變，其工作原理如下：

壓力機(jī)電機(jī)由空載運(yùn)行到負(fù)載運(yùn)行期間的轉(zhuǎn)矩變化工作原理如下：

其中，飛輪轉(zhuǎn)矩GD2決定了時(shí)間常數(shù)T0的數(shù)值，飛輪轉(zhuǎn)矩的數(shù)值隨著飛輪半徑的提升而提升，而隨著該數(shù)值的增加，壓力機(jī)在鍛壓期間承受的較大沖擊力將會(huì)在飛輪的影響下起到一定的抵消作用。

在對滑塊進(jìn)行自動(dòng)化控制期間，其工作原理為雙聯(lián)閥線圈在壓力機(jī)啟動(dòng)的同時(shí)得電，制動(dòng)器氣動(dòng)系統(tǒng)控制得以解除，離合器連合并通過齒輪、皮帶控制滑塊動(dòng)作，壓力機(jī)上安裝的傳感器實(shí)時(shí)對所檢測到的滑塊位置狀態(tài)上報(bào)，控制器對上報(bào)的傳感器信號(hào)進(jìn)行處理，按照設(shè)定的程序結(jié)合滑塊位置情況對后續(xù)動(dòng)作進(jìn)行自動(dòng)控制。在實(shí)際控制期間，系統(tǒng)容易在各種因素的作用下出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致對壓力機(jī)的控制精度出現(xiàn)較大問題，為了解決控制系統(tǒng)的誤差問題，結(jié)合滑動(dòng)鍛壓動(dòng)作特性選擇應(yīng)用迭代法進(jìn)行節(jié)能改造控制。在應(yīng)用該方法期間，工作人員需要結(jié)合壓力機(jī)及其控制系統(tǒng)實(shí)際情況合理選擇輸入與輸出變量。其中，輸入變量應(yīng)為現(xiàn)場滑塊停止點(diǎn)位與理想停止點(diǎn)位的數(shù)字化差，而輸出變量則為傳感器線圈驅(qū)動(dòng)電壓。

3.3制動(dòng)器控制系統(tǒng)

制動(dòng)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制對壓力機(jī)的可靠運(yùn)行具有重要作用，能夠輔助企業(yè)實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品鍛造加工過程的精準(zhǔn)控制，對于所加工產(chǎn)品的精度誤差也具有較大影響。相對傳統(tǒng)壓力機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)，借助開關(guān)磁阻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行的壓力機(jī)在電機(jī)調(diào)速制動(dòng)方面更具優(yōu)勢，不僅制動(dòng)效率較高，在系統(tǒng)節(jié)能方面也更具優(yōu)勢，是確保壓力機(jī)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障[3]。

為實(shí)現(xiàn)對壓力機(jī)制動(dòng)器的有效控制，選擇PID軟控制模式，通過角位移傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測開關(guān)磁阻器的轉(zhuǎn)速情況，通過控制器對所采取的角位移信號(hào)進(jìn)行處理，從而完成制動(dòng)控制。在應(yīng)用過程中，系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為f，則電機(jī)轉(zhuǎn)速可根據(jù)下述公式計(jì)算：

其中，PN為脈沖數(shù)量（電機(jī)轉(zhuǎn)過1周），n為時(shí)鐘脈沖數(shù)量。

雖然壓力機(jī)鍛壓工作過程的時(shí)間是連續(xù)的，但在制動(dòng)器自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)時(shí)可以將連續(xù)性替換為離散性，按照t=It就那些PID處理，具體如下：

其中，ωi為不同時(shí)刻的電機(jī)轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)速時(shí)的i=0; 為積分常數(shù);不同時(shí)刻的采樣偏差為 。

在采用變頻調(diào)速控制期間，摩擦帶邊緣部位的接近開關(guān)會(huì)受摩擦力作用在制動(dòng)過程中靠近飛輪，當(dāng)摩擦片磨損情況符合運(yùn)行要求時(shí)，制動(dòng)期間的接近開關(guān)與飛輪的間距將超出感應(yīng)距離，在未達(dá)到感應(yīng)距離的情況下不會(huì)產(chǎn)生相關(guān)信號(hào)[4]。而在摩擦帶嚴(yán)重磨損的情況下，制動(dòng)期間的接近開關(guān)將與飛輪間距縮小，在達(dá)到感應(yīng)距離的情況下發(fā)出保護(hù)信號(hào)，此時(shí)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)則能夠在既定程序中發(fā)出報(bào)警提升，工作人員能夠在人機(jī)交互界面中確認(rèn)異常情況并對壓力機(jī)進(jìn)行停機(jī)處理。相對而言，本文所采用的制動(dòng)器控制技術(shù)能夠輔助企業(yè)提前發(fā)現(xiàn)摩擦帶異常磨損情況，避免在運(yùn)行期間因摩擦帶過度磨損而出現(xiàn)制動(dòng)器損壞的問題，對于壓力機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)具有積極意義。此外，在制動(dòng)器控制方面，相關(guān)單位還可以將限位開關(guān)裝設(shè)于制動(dòng)器部位，避免產(chǎn)生壓力機(jī)誤動(dòng)作問題。例如，在電機(jī)啟動(dòng)之前，如果限位開關(guān)位置存在問題，則控制系統(tǒng)能夠根據(jù)限位開關(guān)的位置信息進(jìn)行PLC處理，并為工作人員預(yù)警，避免因電機(jī)啟動(dòng)產(chǎn)生負(fù)面影響;制動(dòng)器在電機(jī)運(yùn)行期間出現(xiàn)電磁閥損壞等工作情況時(shí)，飛輪制動(dòng)將無法依靠制動(dòng)器完成，此時(shí)將通過限位開關(guān)為自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，從而控制電機(jī)終止運(yùn)行。

結(jié)語：綜上所述，傳統(tǒng)壓力機(jī)在運(yùn)行控制過程中存在安全系數(shù)低、效率低以及精度低等問題，相關(guān)單位需要積極引進(jìn)自動(dòng)化控制技術(shù)，通過傳感器、PLC控制系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)對壓力機(jī)滑塊、制動(dòng)器的高效控制，為企業(yè)生產(chǎn)效率和精度的提升提供助力。

參考文獻(xiàn)：

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