壓力位移控制系統開發淺談

李仕澤

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

關鍵詞：壓力位移控制；組態軟件；精準性；高效性

一、壓力控制方案

1、控制目的：

根據不同產品對力的不同需求，隨意設定相應的的壓力達到力的準確控制。

2、工作原理：

（1） 根據不同產品對力的不同需求，隨意設定相應的的壓力達到力的準確控制。

（2）根據現有要壓裝產品對力的需求通過HMI設置相應的壓裝力，經總線傳輸給PLC控制器，PLC控制器對伺服進行控制。當作用力受到產品后壓力傳感器采集當前的實時壓力并反饋給PLC控制器。PLC控制器通過當前實際壓力與設定壓力的對比精準的控制伺服缸的運動。從而實現力的精準控制。

（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、系統的優點：

（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行實時的監控與反應，對壓裝過程與壓裝結果進行OK與NG 的判斷。

（3）由于本控制系統采用電動伺服缸，保證了輸出壓力的準確，特別是在一些需要精準控制壓裝力的產品中更能體現伺服電缸的可控性。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。

（4） 壓力控制≤0.5%FS。

（5）本控制系統有兩種控制模式（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）本系統還可設置壓力超限報警，當壓裝力大于設置壓裝力上限時，系統會提示報警，并停止壓裝。這樣大大提高了設備與產品與工作人員的安全性。

二、位移控制方案

1、控制目的：

根據產品工藝輸入位移數據，自動開啟到指定位置，并且能夠精準的運動到指定位置，且能根據不同工藝實現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據窗口設置伺服位置。

（2）根據壓裝的控制需要，編寫合適的控制程序。根據操作人員設置的壓裝位置數據值，傳感器經PLC邏輯計算后，當達到目標位置時停止運動。

（3）工步一：通過數據設置窗口設置所需數值，通過現場總線通信將所設數值傳送給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定的目標值時，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、本控制系統的優點：

（1）本系統采用PLC+觸摸屏控制，運用現場總線通信技術構成一個控制網絡，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據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。實時調節伺服的運行速度，當設定值等于檢測值時，系統能夠準確快速的停止，達到快速精確控制的目的。

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

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

三、壓力位移監控方案

1、控制目的：

根據工作人員在HMI上設定的壓力位移數值，系統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據分析和存儲。

2、工作原理：

（1）系統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置，我們可以清楚的在HMI上看見壓裝關鍵點的情況，進而判斷壓裝的有效性。系統本身具備判斷功能，并在HMI上顯示判斷結果。

3、本監控系統的優點：

（1）本系統具有數據存儲與讀取功能：可存儲多套壓裝程序，程序調用快捷方便，程序具備編輯調整和設置密碼鎖定功能；

（2）本系統壓裝數據（壓力/位移）具備存儲（歷史數據存儲不小于10萬條數據）及導出、拷貝能力；具備多個壓裝數據中對同一拐點的數據的讀取及統計分析能力（能轉化為EXCEL等格式數據）。

（3）本系統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、程序跳轉及測量功能。

（4） 本系統能對壓裝數據和壓力-位移曲線實時顯示和歷史保存功能，能單獨監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≥5KHZ，響應速度≤10毫秒；壓力和位移監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） 本系統可提供至多種類型的公差窗口判斷模式和包絡線公差判斷模式；

（6）本系統可提供拐點窗口，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。壓裝過程中如出現壓裝力或位移不在規定的范圍內，設備應能自動停機并進行聲光報警。且壓裝力和位移數據/數值/曲線可在工位上得到監控。

（7）本系統具備壓裝力監測的各應用的“OK”/“NG”標準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。可認為，各工位將有多重“OK”/“NG”標準。

參考文獻：

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[2]基于交流電機重載驅動的復合型伺服壓機，電機與控制應用技術，2008（9）：11-14.

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

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