淺談快速鍛造壓機(jī)中PLC電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用

趙文久

摘 要：鍛造工藝是工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展中的關(guān)鍵性技術(shù)之一，目前，鍛造工藝主要應(yīng)用于我國的冶煉，航空，汽車等各項(xiàng)機(jī)械制造過程，直接推動了我國制造業(yè)發(fā)展的步伐。在鍛造過程中，快速鍛造油壓機(jī)逐漸以其優(yōu)勢取代了傳統(tǒng)的水壓機(jī)，成為了鍛造工藝中主要使用的鍛造手段。文章對快速鍛造油壓機(jī)的發(fā)展進(jìn)程，設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，工作原理以及控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳盡闡述，旨在進(jìn)一步發(fā)展其鍛造工藝，提高機(jī)械制造領(lǐng)域的鍛造水平。

關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)；電器控制系統(tǒng)；控制原理

工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)在我國呈現(xiàn)高速的發(fā)展態(tài)勢，以往的小型鍛造設(shè)備和系統(tǒng)早已不能夠滿足日益增長的工業(yè)需要，隨著工業(yè)鍛造規(guī)模的擴(kuò)大，大型鍛造設(shè)備的市場需求日益緊迫，擴(kuò)大鍛造設(shè)備的生產(chǎn)規(guī)模，提高設(shè)備的生產(chǎn)效率成為了目前急需解決的問題。為了滿足工業(yè)鍛造需要，快速鍛造油壓機(jī)設(shè)備正在不斷改進(jìn)和完善中，在快速鍛造油壓機(jī)液壓系統(tǒng)中使用PLC電氣控制系統(tǒng)對于該行業(yè)是一項(xiàng)新的嘗試。PLC電器控制系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和電子數(shù)處理系統(tǒng)綜合演變而來的，它是一種數(shù)字化中心數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)，改變了過去在鍛造過程中需要龐大的控制裝置才能完成鍛造過程控制的情況，只需要通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行一些簡單的變成模塊操作就可以完成控制任務(wù)，系統(tǒng)控制人員在操作時，可以根據(jù)鍛造需要設(shè)定不同的控制指令，編制不同的控制程序，這些程序被錄入到PLC控制系統(tǒng)之后，系統(tǒng)將自動進(jìn)行鍛造操作控制，大大提高了生產(chǎn)的效率，實(shí)現(xiàn)了鍛造過程的自動化操作。

將PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用于鍛造油壓機(jī)是鍛造工藝的一大突破，PLC系統(tǒng)主要是通過對壓機(jī)中的液壓設(shè)備進(jìn)行控制來發(fā)揮其作用的。目前，我國對于液壓系統(tǒng)的開發(fā)和使用已經(jīng)不再局限于對國外技術(shù)的模仿和單純的引進(jìn)，在此領(lǐng)域，我國已經(jīng)能夠獨(dú)立研發(fā)和制造，并且所生產(chǎn)的液壓系統(tǒng)都具有較高的技術(shù)含量，達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。鍛造壓機(jī)中的液壓設(shè)備主要存在以下幾種結(jié)構(gòu)并具有各自的操作特點(diǎn)。

三梁四柱式。該種液壓設(shè)備是較為傳統(tǒng)的液壓種類之一，主要應(yīng)用于不銹鋼等小型部件鍛造過程中，其設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造較為簡單，操作起來也更為便捷，其主要構(gòu)造部分包括油缸，主機(jī)身，液壓設(shè)備，送料裝備等，目前大多數(shù)為國產(chǎn)制造。

兩柱下拉式。兩柱下拉式液壓設(shè)備是近年來我國主要使用的鍛造液壓系統(tǒng)，該種設(shè)備主要具有密封性能好，內(nèi)部部件不易受到外部污染和磨損，其設(shè)備的穩(wěn)固性也較高，位置不易發(fā)生偏移。同時，其缺點(diǎn)也顯而易見，拉桿在運(yùn)轉(zhuǎn)由于角度發(fā)生變化，極易發(fā)生變形問題，導(dǎo)致設(shè)備的生產(chǎn)效能降低。

雙柱斜置式。雙立柱斜置式液壓系統(tǒng)是在雙柱下拉式系統(tǒng)的基礎(chǔ)上演變而來的，該項(xiàng)液壓設(shè)備是目前我國最新同時也是規(guī)模最大的液壓設(shè)備。雙立柱斜置式液壓設(shè)備可以將聯(lián)動拉桿所構(gòu)成的矩形與工作帶之間形成的角度在需要時進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕嵌日{(diào)整，使整體結(jié)構(gòu)框架更具使用靈活性，并提高了結(jié)構(gòu)的總承載力，同時也能夠進(jìn)一步提高人員操作的靈活性和安全性，在出現(xiàn)設(shè)備故障時也更加容易發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)以便于盡快進(jìn)行維修。該系統(tǒng)不僅適用于傳統(tǒng)的液壓鍛造設(shè)備，還適用于立式鍛造設(shè)備，具有實(shí)用范圍廣泛的優(yōu)點(diǎn)。另外，該種液壓裝置的生產(chǎn)尺寸具有較大的調(diào)節(jié)范圍，能夠鍛造不同尺寸的部件，適應(yīng)大型零部件的鍛造需要。

在這三種基本液壓系統(tǒng)中，雙柱斜置式系統(tǒng)的生產(chǎn)優(yōu)勢較前兩種鍛造液壓系統(tǒng)生產(chǎn)更具靈活性，能夠滿足生產(chǎn)的不同需要，也更適合于現(xiàn)代化鍛造需要，因此，受到各大生產(chǎn)企業(yè)的高度重視。

為了適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)需要，快速鍛造液壓機(jī)的使用范圍正日趨擴(kuò)大，較傳統(tǒng)的液壓設(shè)備而言，快速鍛造液壓機(jī)的制造速度快，生產(chǎn)出來的部件尺寸精度高，一部液壓機(jī)還能夠同時帶動多部鍛造設(shè)備進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，大大提升了鍛造的效率，與此同時，快速鍛造液壓機(jī)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的自動化，可以在生產(chǎn)過程中根據(jù)需要自動調(diào)整材料輸入量和鍛造條件，并能夠?qū)㈠懺鞙囟瓤刂圃跇?biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，保證鍛造成品的質(zhì)量。

1 液壓傳動和控制系統(tǒng)

“電液伺服控制的二通插裝閥”和“液壓泵直接傳動”是目前最為廣泛應(yīng)用的控制方式，其強(qiáng)大的可控性和維護(hù)工作的簡易性得到了業(yè)內(nèi)人士的普遍認(rèn)同。其設(shè)計(jì)思路如圖1示。

在快速鍛造過程中，工作缸進(jìn)油閥始終保持常開狀態(tài)，液壓泵也始終保持大流量輸出，電液伺服閥從關(guān)閉狀態(tài)到開啟狀態(tài)時，工作缸的壓力從電液伺服閥卸荷，流量通過伺服閥進(jìn)入低壓系統(tǒng)（油箱），主工作缸近似為無壓狀態(tài)，此時回程缸將通過蓄能器積蓄的壓力釋放，使活動橫梁上升；電液伺服閥從開啟狀態(tài)到關(guān)閉狀態(tài)時，主工作缸由卸荷狀態(tài)進(jìn)入帶壓狀態(tài)，使活動橫梁下降，并且給蓄能器積蓄能量。由此可以看出，電液伺服閥以很高的頻率在開啟與關(guān)閉狀態(tài)之間來回的切換，就實(shí)現(xiàn)了活動橫梁不斷地上下往復(fù)運(yùn)動，滿足了壓機(jī)快速性的要求，而準(zhǔn)確調(diào)節(jié)電液伺服閥的開口度可以對活動橫梁的位置進(jìn)行精確的控制。

2 快速鍛造壓機(jī)的控制原理

快速鍛造壓機(jī)的控制原理如圖2所示。PLC接收操作臺和觸摸屏的給定操作信號，根據(jù)給定信號控制鍛造壓機(jī)的液壓泵站系統(tǒng)、壓機(jī)的控制系統(tǒng)、1#操作機(jī)和2#操作機(jī)的動作。快速鍛造壓機(jī)的三大特點(diǎn)中，“快”就是要求鍛造速度快，最快鍛造次數(shù)要達(dá)到每分鐘（75～85）次。這樣就要求鍛造壓機(jī)鍛造一次的時間為700～800ms。“精”就是鍛件尺寸精度要求高，精度為+1mm。在一次鍛造過程中，位置量一般在40mm左右，要求采樣數(shù)據(jù)每毫米不小于2個。這樣，根據(jù)香農(nóng)（Shannon）采樣定理，數(shù)據(jù)采樣頻率的下限為：ωs≥2max。

式中：ω max-被采樣輸入信號中所含的最高頻率，單位為Hz；ωs-采樣頻率，單位為Hz。

在一次鍛造過程中采樣點(diǎn)在80個以上，這就要求每個采樣點(diǎn)的采樣周期不大于10ms，也就要求CPU掃描周期要控制在10ms以內(nèi)， 才能對尺寸檢測作出精確反應(yīng)，通過運(yùn)算來控制壓機(jī)的尺寸精度。“聯(lián)”就是與操作機(jī)的聯(lián)動，壓機(jī)每鍛造一次，操作機(jī)前進(jìn)一定距離或鍛件旋轉(zhuǎn)一定角度（觸摸屏設(shè)定），提高快速鍛造壓機(jī)的生產(chǎn)效率，這無疑也增加了程序量和控制的復(fù)雜程度，增加了CPU處理程序的時間。

3 電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 建立一個共享數(shù)據(jù)塊，例如DB100，以單整為數(shù)據(jù)類型存入伺服閥開口度值（單位為千分?jǐn)?shù)，“0”表示開口度為零，即關(guān)閉狀態(tài)，“1000”表示開口度為最大）。

3.2 位置控制精度對于提高鍛件的質(zhì)量和材料利用率非常重要，因此如何修正位置誤差是實(shí)現(xiàn)高精度的關(guān)鍵。在實(shí)際應(yīng)用中，可以采用誤差反饋補(bǔ)償?shù)姆绞叫拚乱淮五懺斓奈恢媒o定值，來達(dá)到逐次減小誤差的目的。

4 結(jié)束語

在鍛造工業(yè)中使用PLC控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的對鍛造油壓機(jī)的自動化和智能化控制，是目前工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域所廣泛應(yīng)用的中心控制系統(tǒng)，在鍛造過程中使用PLC控制系統(tǒng)，可以提高控制系統(tǒng)對于鍛造數(shù)據(jù)和計(jì)算的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)不同特點(diǎn)和不同類型的鍛造效果，隨著系統(tǒng)技術(shù)的不斷改進(jìn)，該項(xiàng)技術(shù)具有越來越光明的發(fā)展前景。

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