壓力位移控制系統(tǒng)開發(fā)淺談

李仕澤

摘 要：壓力位移控制系統(tǒng)分為單獨壓力控制、單獨位移控制、壓力與位移綜合控制。主要的控制系統(tǒng)由HMI、PLC和伺服組成，本文通過對壓力與位移自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用分析，闡述了如何實現(xiàn)其高效性和精準(zhǔn)性相結(jié)合的原理。

關(guān)鍵詞：壓力位移控制；組態(tài)軟件；精準(zhǔn)性；高效性

一、壓力控制方案

1、控制目的：

根據(jù)不同產(chǎn)品對力的不同需求，隨意設(shè)定相應(yīng)的的壓力達(dá)到力的準(zhǔn)確控制。

2、工作原理：

（1） 根據(jù)不同產(chǎn)品對力的不同需求，隨意設(shè)定相應(yīng)的的壓力達(dá)到力的準(zhǔn)確控制。

（2）根據(jù)現(xiàn)有要壓裝產(chǎn)品對力的需求通過HMI設(shè)置相應(yīng)的壓裝力，經(jīng)總線傳輸給PLC控制器，PLC控制器對伺服進(jìn)行控制。當(dāng)作用力受到產(chǎn)品后壓力傳感器采集當(dāng)前的實時壓力并反饋給PLC控制器。PLC控制器通過當(dāng)前實際壓力與設(shè)定壓力的對比精準(zhǔn)的控制伺服缸的運動。從而實現(xiàn)力的精準(zhǔn)控制。

（3）通過HMI顯示器還可以實時觀測到壓裝過程中壓力的變化過程、壓裝過程的峰值、壓力的最終值從而判斷壓裝結(jié)果是否合格。它是通過壓力傳感器，把壓力信號直接傳送到PLC中，再經(jīng)總線傳送到HMI顯示器。以供操作人員觀察整個壓裝過程中力變化。

4、系統(tǒng)的優(yōu)點：

（1）通過HMI顯示器可以很方便的觀察壓裝過程力的變化。

（2）利用壓力傳感器對壓裝過程進(jìn)行實時的監(jiān)控與反應(yīng)，對壓裝過程與壓裝結(jié)果進(jìn)行OK與NG 的判斷。

（3）由于本控制系統(tǒng)采用電動伺服缸，保證了輸出壓力的準(zhǔn)確，特別是在一些需要精準(zhǔn)控制壓裝力的產(chǎn)品中更能體現(xiàn)伺服電缸的可控性。相對于氣缸、液壓缸等電動伺服缸是不會受到氣壓、液壓等的影響使輸出的力矩更平穩(wěn)。

（4） 壓力控制≤0.5%FS。

（5）本控制系統(tǒng)有兩種控制模式（手動模式、自動模式），這兩種控制模式都是分別獨立的控制電路，手動模式完全保留原來的控制方式。

（6）本系統(tǒng)還可設(shè)置壓力超限報警，當(dāng)壓裝力大于設(shè)置壓裝力上限時，系統(tǒng)會提示報警，并停止壓裝。這樣大大提高了設(shè)備與產(chǎn)品與工作人員的安全性。

二、位移控制方案

1、控制目的：

根據(jù)產(chǎn)品工藝輸入位移數(shù)據(jù)，自動開啟到指定位置，并且能夠精準(zhǔn)的運動到指定位置，且能根據(jù)不同工藝實現(xiàn)任意位置任意速度的精確定位。

2、工作原理：

（1）工作者通過觸摸屏的位移數(shù)據(jù)窗口設(shè)置伺服位置。

（2）根據(jù)壓裝的控制需要，編寫合適的控制程序。根據(jù)操作人員設(shè)置的壓裝位置數(shù)據(jù)值，傳感器經(jīng)PLC邏輯計算后，當(dāng)達(dá)到目標(biāo)位置時停止運動。

（3）工步一：通過數(shù)據(jù)設(shè)置窗口設(shè)置所需數(shù)值，通過現(xiàn)場總線通信將所設(shè)數(shù)值傳送給PLC做下一步的計算處理。

工步二：一旦PLC通過位置傳感器及編碼器位置得到的檢測值等于設(shè)定的目標(biāo)值時，伺服運動立即停止。

（4）在整個過程中我們都可以通過觸摸屏很直觀的看到壓裝整個過程位置的變化曲線。

3、本控制系統(tǒng)的優(yōu)點：

（1）本系統(tǒng)采用PLC+觸摸屏控制，運用現(xiàn)場總線通信技術(shù)構(gòu)成一個控制網(wǎng)絡(luò)，大幅度的提升了自動化控制程度。

（2）通過觸摸屏可以便利的設(shè)置多段壓裝位移值，并且通過觸摸屏，可以顯示出位移實時數(shù)據(jù)和壓裝過程的實時曲線。

（3）利用外圍傳感器的實時檢測與編碼器的實時反饋。實時調(diào)節(jié)伺服的運行速度，當(dāng)設(shè)定值等于檢測值時，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確快速的停止，達(dá)到快速精確控制的目的。

（4）本系統(tǒng)由于可對位置的任意控制，在實際的工作環(huán)境中我們可根據(jù)實際需求設(shè)置多段位移與速度，在無效行程時可讓伺服快速走位，當(dāng)接近目標(biāo)位置時可慢速精確走位，這樣既提高了工作效率又達(dá)到了精確控制。

（5）本系統(tǒng)還可設(shè)置位移超限報警，當(dāng)壓裝位移大于設(shè)置壓裝位移上限時，系統(tǒng)會提示報警，并停止壓裝。這樣大大提高了設(shè)備與產(chǎn)品與工作人員的安全性。

三、壓力位移監(jiān)控方案

1、控制目的：

根據(jù)工作人員在HMI上設(shè)定的壓力位移數(shù)值，系統(tǒng)控制并采集生成壓力位移曲線，判定壓裝過程是否合格并做數(shù)據(jù)分析和存儲。

2、工作原理：

（1）系統(tǒng)通過對壓力與位移的采集自動生成實時曲線，直觀的顯示在HMI上。

（2）通過對壓裝過程的判斷設(shè)置，我們可以清楚的在HMI上看見壓裝關(guān)鍵點的情況，進(jìn)而判斷壓裝的有效性。系統(tǒng)本身具備判斷功能，并在HMI上顯示判斷結(jié)果。

3、本監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點：

（1）本系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)存儲與讀取功能：可存儲多套壓裝程序，程序調(diào)用快捷方便，程序具備編輯調(diào)整和設(shè)置密碼鎖定功能；

（2）本系統(tǒng)壓裝數(shù)據(jù)（壓力/位移）具備存儲（歷史數(shù)據(jù)存儲不小于10萬條數(shù)據(jù)）及導(dǎo)出、拷貝能力；具備多個壓裝數(shù)據(jù)中對同一拐點的數(shù)據(jù)的讀取及統(tǒng)計分析能力（能轉(zhuǎn)化為EXCEL等格式數(shù)據(jù)）。

（3）本系統(tǒng)可提供多種壓裝功能，可壓裝到力或相對力，壓裝到位移或相對位移，壓裝到外部信號，具有延時保壓、程序跳轉(zhuǎn)及測量功能。

（4） 本系統(tǒng)能對壓裝數(shù)據(jù)和壓力-位移曲線實時顯示和歷史保存功能，能單獨監(jiān)控各工位的過程壓力和位移；壓裝過程壓力曲線采樣頻率應(yīng)≥5KHZ，響應(yīng)速度≤10毫秒；壓力和位移監(jiān)控要求配置位力傳感器和位移傳感器，力傳感器精度≤0.5%FS，位移傳感器檢測精度≤0.01mm。

（5） 本系統(tǒng)可提供至多種類型的公差窗口判斷模式和包絡(luò)線公差判斷模式；

（6）本系統(tǒng)可提供拐點窗口，能正確捕捉顯示曲線上的拐點值；提供直接在曲線界面上添加公差窗口、編輯公差窗口功能；具備壓裝過程超限報警和報警記錄功能，同時顯示故障、診斷和必要的排除故障信息的提示。壓裝過程中如出現(xiàn)壓裝力或位移不在規(guī)定的范圍內(nèi)，設(shè)備應(yīng)能自動停機(jī)并進(jìn)行聲光報警。且壓裝力和位移數(shù)據(jù)/數(shù)值/曲線可在工位上得到監(jiān)控。

（7）本系統(tǒng)具備壓裝力監(jiān)測的各應(yīng)用的“OK”/“NG”標(biāo)準(zhǔn)在同步工程期間確定，而后由成交公司、采購公司和伺服壓缸等公司共同改進(jìn)?？烧J(rèn)為，各工位將有多重“OK”/“NG”標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]電機(jī)調(diào)速與伺服驅(qū)動技術(shù)在壓力機(jī)行業(yè)中的應(yīng)用、鍛壓設(shè)備與制造技術(shù)，2007（6）：10-14.

[2]基于交流電機(jī)重載驅(qū)動的復(fù)合型伺服壓機(jī)，電機(jī)與控制應(yīng)用技術(shù)，2008（9）：11-14.

[3]最新伺服壓機(jī)的開發(fā)以及今后的動向，鍛壓裝備與制造技術(shù)，2006（6）：11-14.

[4]伺服與運動控制系統(tǒng)設(shè)計。北京：人民郵電出版社，2010.