淺析機械壓力機監測與智能控制

龐興瑋

（廣東鍛壓機床廠有限公司）

摘要：對機械壓力進行檢測和控制主要是為了提升機械運行效率，保持機械的高效化運作。機械在實際的運行過程中，通常采用人工控制方式，人工控制下，機械運作壓力難免會出現誤差，這就會產品的生產造成影響。實現對機械壓力的檢測和智能化控制，可以有效減低人工控制的誤差，保障機械運行的穩定性。

關鍵詞：機械運作；壓力檢測；智能化控制；系統設計

現代化工業生產與制造逐漸多樣化發展，只有實現對機械壓力的檢測和智能化控制才能夠滿足生產要求。在本文當中，筆者將對機械原理檢測和智能化控制的實現進行分析，提出檢測與控制系統設計方法，促進機械壓力智能化控制的實現。

一、 壓力檢測系統

（一）系統組成

監控系統主要包括滑塊位移監測、驅動軸和從動軸轉速監測、模具變形力監測、氣動摩擦離合器和位移壓力監測。本次設計將監控系統分為四個模塊，即數據采集處理模塊、操作規范實現模塊、控制算法模塊和執行模塊。在四個模塊的基礎上，建立了機械壓力機智能監控系統。系統采用微機控制操作系統為平臺，實施數據輸入、數據采集與處理，反饋控制算法模塊為核心，在操作標準執行模塊的框架下，執行模塊的輸出和機械壓力機的控制以及工況監測。信號檢測和控制系統都是在PCL- 818L的數據采集和處理平臺上實現的，采集卡提供了五種常用的測量和控制功能，分別是12位A/D轉換、D/A轉換、數字輸入、數字輸出、定時器/計數器。還提供了16個單端模擬輸入通道、8個差分模擬輸入通道，接入開關選擇。采樣時，最高采樣頻率的DMA模式可以達到40赫茲。每個采樣通道可以設置自己的增益值，并且相互之間不產生影響，增益值可以由程序設置。當多通道采樣程序按頻率掃描的順序依次進行相鄰信道采樣時，每個通道的輸入值依次存儲在SRAM寄存器中。

（二）主從動軸轉速監測

機械式壓力機主傳動軸轉速是一個關鍵參數，基于它的傳動系統可以在一個點上計算能量，其變化規律也反映了傳動系統的能量轉換和傳遞規律。本文采用雙光電耦合傳感器主從軸角速度。用齒板的圓周速度測量矩形齒形，與齒寬和齒距相等。光耦合器在測速板邊緣安裝。測量時，軸驅動轉速盤與轉速、轉速的矩形齒依次掃描光耦傳感器，每刷一個齒，傳感器輸出就會產生一個周期，并由數據采集系統進行記錄。只要記錄傳感器輸出信號每秒的循環次數，就可以計算出每秒磁盤轉動的速度。實際計算根據采樣頻率和采樣點確定每個循環轉速的轉速，轉速n計算公式為：n=60f/cz（ r/min）

f為采樣頻率，z為速度盤的總齒數，c為每個采樣點上的齒數。機械壓力機離合器在組合過程中，驅動軸（COG）的轉速變化規律。離合器剛開始進行結合時，從動軸上的飛輪的轉速開始急劇下降。當飛輪和從動軸達到完全結合以后，它們的角速度最小，完成結合之后兩者的角速度緩慢上升到飛輪組合前。圖中的直線是電比例閥的計算機電信號。

二、 機械壓力智能控制系統

（一）硬件設計

根據伺服螺旋精壓機控制系統的性能要求，上控制單元使用GT200-SV運動控制器；執行機構可以采用交流伺服驅動器和伺服電機的特殊設計，自動混合輸入切換機構和減速器，電機的直線運動轉變為滑塊的直線運動，電機轉子的位置和速度檢測元件可以使用旋轉編碼器，使用光柵尺作為元件對滑塊位置進行檢測，構成全閉環控制系統。

（二）軟件設計

根據伺服壓力機的工作特點，對控制系統的性能要求對設計工作過程的控制系統的軟件如下：系統自動初始化，首先檢查用戶登錄到系統中，正常情況下進行下一步運行，反之有任何異常會自動停止一切操作、顯示異常信息，當系統正常時，可進行工藝參數設置，設置算法將工藝參數轉化成控制器運動參數，運動控制器接收運動參數，內置的運動計劃發出運動控制指令，下位機交流伺服驅動系統執行控制器發出的命令：在同一時間，和控制系統的實時監控、反饋機制達成聯通，反饋給運動控制裝置實時的機械壓力運行情況，包括伺服驅動和用戶界面的運行情況，根據運動控制器的運動參數反饋的技術要求，調整和更新交流伺服系統的運動參數，根據運動學特性進行運動處理技術來滿足系統的要求，循環以上步驟，直到最后發送的指令處理結束。

（三）功能設計

伺服驅動螺旋壓力機，主要是為了解決成型設備的機械效率、生產效率、加工精度、智能性與靈活性水平不高的缺陷，以形成數字化、信息化、智能化的設備提供技術支持，優化成形工藝。數字化、信息化提高了成型設備的靈活度和智能化水平。根據成型設備的發展趨勢，控制系統需要進行以下功能的設計：（1）為了更好的提高設備的智能化和柔性化；（2）工作周期的存儲和默認；（3）增加、調用和建立工作循環數據庫。（4）實時監督展示工況和關鍵參數；（5）根據工藝要求的不同優化成形工藝曲線：（6）友好的人機交流技術；（7）滿足安全性要求。

（四）系統方案

伺服螺桿電機由兩臺交流伺服電機驅動確定中間環節，改造后機構的兩臺交流伺服電機決定運動規律，經過交流伺服電機的運動控制，可以控制伺服螺旋壓力機的運動。因此，控制系統本質上是一個典型的運動控制系統，通過控制兩個交流伺服電機的運動來達到基本的控制目標。位置控制系統可以控制運動，也就是說，有或沒有位置反饋和位置檢測傳感器檢測組件都可以控制系統。控制系統主要有三種類型的控制方式，分別是開環控制、閉環控制以及半閉環控制。開環控制系統主要由PC機、執行器等組成，沒有位置檢測和反饋裝置。在執行器中，步進電機主要用于驅動電機。這種控制方法最重要的特點是易于控制，操作簡單，而且價格低廉。由控制系統信號表示的單向、位移指令，可以不必考慮穩定性問題，其缺陷是定位精度不高，這是因為機械傳動誤差沒有反饋。

半閉環控制系統，將位置檢測傳感器安裝在伺服電機軸上，以便對運動機構的實時位置進行測試，并根據實間接測量電機的角位移確定其位置。因為位置反饋控制要更精確，所以系統不包含在回路控制系統中更穩定的控制大部分的機械旋轉。在提高位置精度的方法中可以使用補償法，主要是因為反饋并不能夠糾正機械傳動誤差。

閉環控制系統由五部分組成：主機控制單元，執行機構，檢查機構和對象的比較。在閉環控制系統中，系統會直接影響控制系統的輸出信號，實現對目標位置需要一個給定的位置伺服電機驅動，位置傳感器可以檢測到的實際值，同時將其反饋到輸入端口，根據反饋，將實際值與位置指令進行比較，查看二者之間的差異，通過擴大其差數實現對伺服電機運動的有效控制，使傳動機構運動到目標位置。

通過對運動控制系統三種控制方案的全面比較，根據伺服螺旋壓力機的特點建議采用閉環控制系統為佳，由于伺服螺旋壓力機的性能要求，可以減少機械傳動誤差，提高加工精度。

結束語：

在傳統管理方式下，機械運作過程中會有大量的能量損失，使得機械無法得到預定的運行效果，造成這一問題的一個重要因素就是因為人工控制下，無法對機械壓力實施有效的檢測，機械壓力控制就會出現錯誤，使之無法滿足生產要求。實現對機械壓力的檢測和智能控制可以有效提升機械效率，減少機械運動誤差，全面滿足生產需求。

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