基于自動化技術的壓力機控制設計

梁克章

摘 ?要：自動化技術在發(fā)展中與各行業(yè)緊密結合，通過與機械設備之間建立的自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)設備的高效控制，解決了企業(yè)產(chǎn)品批量加工生產(chǎn)的工作難題。在壓力機設備控制過程中，傳統(tǒng)設備在操作便利程度和安全性等多個方面均存在欠缺，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自動控制系統(tǒng)的設計思路，分析了自動控制系統(tǒng)的滑塊控制、制動器控制等設計要求，以為相關單位人員提供設計改造思路。

關鍵詞：自動化技術;控制技術;壓力機設計

引言：

壓力機的自動控制設計目標在于利用自動化技術更精準、靈活地完成對滑軌的有效控制。在技術發(fā)展過程中，傳統(tǒng)壓力機所應用的手動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化技術構建的自動控制系統(tǒng)則能夠結合壓力機的工作特性將控制系統(tǒng)與離合器、滑塊等部件的運行過程有效融合，實現(xiàn)壓力機生產(chǎn)運行效率和精度的大幅度提升，為相關企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展提供助力。

1 壓力機功能原理概述

壓力機在車床加工過程中能夠實現(xiàn)成型、鉚合、彎曲、切斷等各種工藝技術，該設備多用于金屬制品生產(chǎn)加工工作，能夠將壓力作用于金屬器件使其按要求產(chǎn)生相應的形變。傳統(tǒng)壓力機依靠異步電動機驅動，經(jīng)皮帶將電動機動力施加給飛輪使其轉動，并依靠離合器、連桿、齒輪等實現(xiàn)滑塊機構的往復運動[1]。相對而言，壓力機在鍛壓金屬等材料過程中的工作流程極其簡單，但為了實現(xiàn)對整個加工過程的高效、精準控制，企業(yè)通常需要針對性地設計相應的自動化控制系統(tǒng)，確?；瑝K動作、制動器控制等能夠有序進行。

2 壓力機自動控制設計改造的必要性分析

傳統(tǒng)壓力機在安全防護方面的功能存在一定欠缺，安全閉鎖等防護裝置對于生產(chǎn)人員的送料與取料等操作無法起到防護作用，一旦出現(xiàn)人為操作失誤問題，將導致擠壓事故發(fā)生，同時，傳統(tǒng)機械驅動方式通常需要工作人員現(xiàn)場進行各項操作，多臺設備在緊湊車間庫房內部運行產(chǎn)生的噪音對工作人員的身體健康產(chǎn)生嚴重威脅。此外，傳統(tǒng)壓力機在啟動過程中更容易受到大電流的沖擊，繞組、電機絕緣等容易受到損傷，對壓力機驅動系統(tǒng)的使用壽命產(chǎn)生負面影響。針對傳統(tǒng)壓力機存在的較多不足之處，企業(yè)有必要將自動化技術應用到設備控制過程中，實現(xiàn)壓力機的自動化運行控制。

3 壓力機自動化控制設計思路

3.1系統(tǒng)原理

為實現(xiàn)壓力機的自動控制，本文從滑塊運動路徑入手，借助傳感器實現(xiàn)對滑塊位置狀態(tài)的監(jiān)測，通過迭代法完成對滑塊運動過程中的自動化精準控制。同時，借助控制軟件對制動器進行控制，通過角位移傳感器（非接觸）監(jiān)測電機轉速，進而實現(xiàn)對壓力機的可靠制動控制[2]。在閉鎖控制方面，制動器與離合器均設定剛性閉鎖，動作過程符合設定順序，確保產(chǎn)品生產(chǎn)加工過程得到精準可靠控制。

3.2滑塊控制系統(tǒng)

壓力機對飛輪的拖地依靠大型異步電機來完成，在鍛壓金屬等材料期間往往會展現(xiàn)出具有強烈沖擊性的負載，導致電機在壓力機鍛壓期間具有較高的負載，而鍛壓完成后則負載接近空載狀態(tài)。在鍛壓過程中，壓力機滑塊先從起點空程運動至終點，最終又返回至起點，可以結合滑塊運動期間的電機轉矩相關參數(shù)對滑塊的運動情況進行解析。在空程運動期間，滑塊以M1轉矩動作了T1時間;在鍛壓運動期間，滑塊以M2轉矩動作了T2時間;由空程到鍛壓，轉矩改變的同時，電機的轉速也隨之改變，其工作原理如下：

壓力機電機由空載運行到負載運行期間的轉矩變化工作原理如下：

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

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

3.3制動器控制系統(tǒng)

制動系統(tǒng)的自動化控制對壓力機的可靠運行具有重要作用，能夠輔助企業(yè)實現(xiàn)對產(chǎn)品鍛造加工過程的精準控制，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)壓力機制動系統(tǒng)，借助開關磁阻調速系統(tǒng)運行的壓力機在電機調速制動方面更具優(yōu)勢，不僅制動效率較高，在系統(tǒng)節(jié)能方面也更具優(yōu)勢，是確保壓力機設備穩(wěn)定運行的重要保障[3]。

為實現(xiàn)對壓力機制動器的有效控制，選擇PID軟控制模式，通過角位移傳感器實時監(jiān)測開關磁阻器的轉速情況，通過控制器對所采取的角位移信號進行處理，從而完成制動控制。在應用過程中，系統(tǒng)時鐘頻率為f，則電機轉速可根據(jù)下述公式計算：

其中，PN為脈沖數(shù)量（電機轉過1周），n為時鐘脈沖數(shù)量。

雖然壓力機鍛壓工作過程的時間是連續(xù)的，但在制動器自動化控制設計時可以將連續(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為不同時刻的電機轉速，額定轉速時的i=0; 為積分常數(shù);不同時刻的采樣偏差為 。

在采用變頻調速控制期間，摩擦帶邊緣部位的接近開關會受摩擦力作用在制動過程中靠近飛輪，當摩擦片磨損情況符合運行要求時，制動期間的接近開關與飛輪的間距將超出感應距離，在未達到感應距離的情況下不會產(chǎn)生相關信號[4]。而在摩擦帶嚴重磨損的情況下，制動期間的接近開關將與飛輪間距縮小，在達到感應距離的情況下發(fā)出保護信號，此時PLC自動控制系統(tǒng)則能夠在既定程序中發(fā)出報警提升，工作人員能夠在人機交互界面中確認異常情況并對壓力機進行停機處理。相對而言，本文所采用的制動器控制技術能夠輔助企業(yè)提前發(fā)現(xiàn)摩擦帶異常磨損情況，避免在運行期間因摩擦帶過度磨損而出現(xiàn)制動器損壞的問題，對于壓力機的維護保養(yǎng)具有積極意義。此外，在制動器控制方面，相關單位還可以將限位開關裝設于制動器部位，避免產(chǎn)生壓力機誤動作問題。例如，在電機啟動之前，如果限位開關位置存在問題，則控制系統(tǒng)能夠根據(jù)限位開關的位置信息進行PLC處理，并為工作人員預警，避免因電機啟動產(chǎn)生負面影響;制動器在電機運行期間出現(xiàn)電磁閥損壞等工作情況時，飛輪制動將無法依靠制動器完成，此時將通過限位開關為自動控制系統(tǒng)發(fā)出信號，從而控制電機終止運行。

結語：綜上所述，傳統(tǒng)壓力機在運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，相關單位需要積極引進自動化控制技術，通過傳感器、PLC控制系統(tǒng)等實現(xiàn)對壓力機滑塊、制動器的高效控制，為企業(yè)生產(chǎn)效率和精度的提升提供助力。

參考文獻：

[1]郝玉琴，邱玉良，李立豐，彭鑫亮，王凱.機械壓力機曲軸、軸瓦溫升自動控制設計技術[J].鍛壓裝備與制造技術，2019，54（06）：26-28.

[2]潘冬.機械變速壓力機電液伺服自動控制系統(tǒng)設計[J].計算機測量與控制，2017，25（10）：73-76+80.

[3]洪磊，封峰，沈浩.基于信捷一體機的電機定轉子沖壓的新扭槽自動控制系統(tǒng)[J].鍛壓裝備與制造技術，2017，52（06）：48-49.

[4]朱霖，邵振榮，趙磊，趙菲.一種PLC在電池殼沖壓成型工藝中的應用方案設計[J].現(xiàn)代制造技術與裝備，2016（09）：21+23.