鍛壓機控制系統(tǒng),全版

1、工程技術(shù)學(xué)院鍛壓工藝及模具設(shè)計課程報告學(xué) 院（系） 長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院 機械系 專 業(yè) 班 級 模具設(shè)計與制造61002班 學(xué) 生 姓 名 余偉 序號 24 指 導(dǎo) 教 師 江山 日 期 2012-5-29 目 錄一、鍛壓機背景綜述1.1 鍛壓機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢.21.2 鍛壓機的工作原理.3二、電動機保護與控制關(guān)系及其保護裝置2.1 電動機的保護與控制.42.2 電動機保護裝置.42.3 電動機的幾種保護.52.4 三相異步電動機保護裝置控制.6三、遞恩DNA310伺服控制系統(tǒng)在鍛壓機械上的應(yīng)用3.1 遞恩DNA310系列伺服控制系統(tǒng)簡介.73.2、實施情況介紹.8四、結(jié)論.9五、心得體

2、會.10鍛壓機控制系統(tǒng)一、鍛壓機背景綜述1795年英國的J.布拉默發(fā)明水壓機，但直到19世紀(jì)中葉由于大鍛件的需要才應(yīng)用于鍛造。隨著電動機的發(fā)明，19世紀(jì)末出現(xiàn)了以電為動力的機械壓力機和空氣錘，并獲得迅速發(fā)展。第二次世界大戰(zhàn)以來，750000千牛的模鍛水壓機、1500千焦的對擊錘、60000 千牛的板料沖壓壓力機、160000千牛的熱模鍛壓力機等重型鍛壓機械和一些自動冷鐓機相繼問世，形成了門類齊全的鍛壓機械體系。20世紀(jì) 60年代以后，鍛壓機械改變了從 19世紀(jì)開始的向重型和大型方向發(fā)展的趨勢，轉(zhuǎn)而向高速、高效、自動、精密、專用、多品種生產(chǎn)等方向發(fā)展。于是出現(xiàn)了每分種行程 2000次的高速壓力機

3、、60000千牛的三坐標(biāo)多工位壓力機，25000 千牛的精密沖裁壓力機，能冷鐓直徑為48毫米鋼材的多工位自動冷鐓機和多種自動機、自動生產(chǎn)線等。各種機械控制的、數(shù)字控制的和計算機控制的自動鍛壓機械以及與之配套的操作機、機械手和工業(yè)機器人也相繼研制成功?，F(xiàn)代化的鍛壓機械可生產(chǎn)精確制品，有良好的勞動條件，環(huán)境污染很小。1.1鍛壓機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢迄今為止，我國鍛壓機床經(jīng)半個多世紀(jì)的發(fā)展，通過國家經(jīng)濟建設(shè)“七五”、“八五”、“九五”、“十五”規(guī)劃的實施，已經(jīng)從只能生產(chǎn)單機發(fā)展到能夠生產(chǎn)裝備機械化、半自動化和自動化鍛壓生產(chǎn)線，大重型鍛壓機和具有各種特殊功能的先進特種鍛壓機床。到目前為止，國產(chǎn)鍛壓機床(

4、以2004年為例)主要產(chǎn)品有一千多種，主要生產(chǎn)企業(yè)一百多家，年產(chǎn)量6.7萬臺套，年產(chǎn)值66億元，年銷售額62億元，年出口近2.4億美元。鍛壓機面臨的重要挑戰(zhàn)之一，是如何更具柔性，以適應(yīng)“及時生產(chǎn)”的要求。壓力機用戶要求設(shè)備的所有控制功能集成化，從而實現(xiàn)全套模具的菜單化管理，主要包括滑塊行程調(diào)整、平衡器氣壓的調(diào)整、氣墊行程調(diào)整，以及自動化控制系統(tǒng)等各個環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)定。壓力機控制系統(tǒng)的集成化，可通過單一操作接口實現(xiàn)所有壓機和模具的各項控制功能，包括故障診斷、模具菜單配置、可編程限位開關(guān)和模具監(jiān)控的調(diào)整等，并使設(shè)備的維修保養(yǎng)更加方便，而且明顯增加壓力機的有效工作時間。具有現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場設(shè)備互聯(lián)、

5、互動操作性、分散功能模塊、開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場總線技術(shù)，是壓力機控制技術(shù)的發(fā)展方向，對實現(xiàn)自動化具有明顯也推動作用。1.2鍛壓機的工作原理以高壓液體（油、乳化液等）傳送工作壓力的鍛壓機械。液壓機的行程是可變的，能夠在任意位置發(fā)出最大的工作力。液壓機工作平穩(wěn)，沒有震動，容易達到較大的鍛造深度，最適合于大鍛件的鍛造和大規(guī)格板料的拉深、打包和壓塊等工作。（見圖1）圖1利用帕斯卡定律制成的利用液體壓強傳動的機械，種類很多。用途也根據(jù)需要是多種多樣的。如按傳遞壓強的液體種類來分，有油壓機和水壓機兩大類。水壓機產(chǎn)生的總壓力較大，常用于鍛造和沖壓。鍛造水壓機又分為模鍛水壓機和自由鍛水壓機兩種。（見圖2）模鍛

6、水壓機要用模具，而自由鍛水壓機不用模具。徑向柱塞式液壓馬達工作原理，當(dāng)壓力油經(jīng)固定的配油軸4的窗口進入缸體內(nèi)柱塞的底部時，柱塞向外伸出，緊緊頂住定子的內(nèi)壁，由于定子與缸體存在一偏心距。在柱塞與定子接觸處，定子對柱塞的反作用力為。液壓機力可分解為和兩個分力。當(dāng)作用在柱塞底部的油液壓力為p，柱塞直徑為d，力和之間的夾角為 X時，力對缸體產(chǎn)生一轉(zhuǎn)矩，使缸體旋轉(zhuǎn)。缸體再通過端面連接的傳動軸向外輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。金屬剪切機既有電動機驅(qū)動油泵作為動力源的,單柱液壓機也有柴油機驅(qū)動機油泵作為動力源的,柴油機驅(qū)動油泵型特別適用于在沒有三相工業(yè)用電的廢金屬回收場所工作。圖2二、電動機保護與控制關(guān)系及其保護裝置2.

7、1電動機的保護與控制電動機的保護與其控制回路系統(tǒng)有，即保護中有控制，控制中有保護。如電動機直接起動時，往往產(chǎn)生5-7倍額定電流的起動電流。若由接觸器或斷路器來控制，則電器的觸頭應(yīng)能承受起動電流的接通和分?jǐn)嗄芰Γ词故强深l繁操作的接觸器也會引起觸頭磨損或粘連加劇，以致?lián)p壞電器。此外，對電動機的控制還可以采用無觸點方式，即采用軟起動控制系統(tǒng)。2.2電動機保護裝置電流檢測型保護裝置:熱繼電器接入主回路，是利用負(fù)載電流通過經(jīng)校準(zhǔn)的電阻元件，使繼電器在電動機繞組燒壞以前動作，從而切斷控制回路。隨著結(jié)構(gòu)設(shè)計及電子元件的不斷完善和改進，除有溫度補償外，它還具有斷相保護及負(fù)載不平衡保護功能的開發(fā)和應(yīng)用;帶有熱

8、-磁脫扣的電動機保護用熱式斷路器作過載保護用，結(jié)構(gòu)及動作原理等同熱繼電器;電子式過電流繼電器通過內(nèi)部各相電流互感器檢測故障電流信號，經(jīng)電子電路處理后執(zhí)行相應(yīng)的動作。電子電路變化靈活，動作功能多樣，能廣泛滿足各種類型的電動機的保護;固態(tài)繼電器現(xiàn)已發(fā)展為各種功能的微處理器裝置;帶有電子式脫扣的電動機保護用斷路器其動作原理類同上述電子式過電流繼電器或固態(tài)繼電器;軟起動器的主電路采用晶閘管來完成對電動機起動前后的異常故障檢測，如斷相、過熱、短路、漏電和不平衡負(fù)載等故障，并發(fā)出相應(yīng)的動作指令。溫度檢測型保護裝置:雙金屬片溫度繼電器直接埋人電動機繞組中。熱保護器是裝在電動機本體上使用的熱動式過載保護繼電器

9、。檢測線圈測溫電動機定子每相繞組中埋人1-2個檢測線圈，由自動平衡式溫度計來監(jiān)視繞組溫度。熱敏電阻溫度繼電器直接埋人電動機繞組中，一旦超過規(guī)定溫度，其電阻值急劇增大10-1001倍。見（圖3）圖3保護裝置與異步電動機的協(xié)調(diào)配合:即過載保護裝置與電動機的協(xié)調(diào)配合過載保護裝置與短路保護裝置的協(xié)調(diào)配合。2.3 電動機的幾種保護 電動機的過載及其保護電動機的過載原因還有，電動機周圍環(huán)境溫度過高，散熱條件差;電動機在大的起動電流下緩慢起動;電動機長期低速運行;電動機頻繁起動、制動、正反轉(zhuǎn)運行及經(jīng)常反接制動。電動機的過載由于電流增大，發(fā)熱劇增，從而使其絕緣物受到損害，縮短了其使用壽命甚至被燒毀。對于由上述

10、幾種原因產(chǎn)生的電動機過載，應(yīng)采取相應(yīng)的具體措施，實行保護。 電動機的短路保護電動機在短路情況下的保護，通常選用斷路器，有的地方也使用熔斷器。但斷路器的瞬時動作電流整定值應(yīng)能躲過電動機的全起動電流。保護鼠籠型電動機的斷路器，其瞬動電流是整定在8-15倍電動機的額定電流，繞線式電動機應(yīng)整定在3-6倍電動機額定電流。 鼠籠型電動機的斷相鼠籠型電動機的斷相分為兩類，一是電動機外部的電源線幽截;二是電動機內(nèi)部定子繞組的斷線，而電動機內(nèi)部接線又分為星形和三角形兩種連接。當(dāng)星形連接的電動機斷相運行時，未斷的兩相電流會增大，三角形連接的電動機斷相時會有兩種情況產(chǎn)生: 電動機外部的電源線幽該絕，此時線電流已經(jīng)不

11、能正確反映相電流的大小，即不能有效地反映電動機繞組是否已處于過載狀態(tài)。為解決保護問題，應(yīng)采用帶斷相保護的熱繼電器，電動機的定子繞組為三角形連接，繞組斷了一相，有一相線電流與未斷線前是一樣的，因此，可以選用一般的三極熱繼電器來保護。電動機的欠電壓保護電壓降低到足以使電動機疲勞、堵轉(zhuǎn)的電壓，稱為臨界電壓。在臨界電壓出現(xiàn)時，低壓保護電器恰好會動作就稱為欠電壓保護。當(dāng)電網(wǎng)電壓低于電動機的臨界電壓，保護裝置方動作，稱為失壓保護。失壓保護是欠電壓保護的一種。欠電壓動作電壓值為(70%-35% ) 。一般整定在0.5。左右短延時動作時間主要針 對欠電壓對象，用瞬時動作甩掉一批次要的電動機，而用短延時動作來保

12、住一些 主要的電動機。長延時動作適用于重要的，起動條件不困難的繞線型電動機;可以自起動但技術(shù)保安條例不允許自起動的鼠籠型電動機，延時大約510s。通常其整定時間大于5s而小于電動機的全部惰行時間。長延時動作主要針對失壓保護，其目的是一部分比較重要，而其起動條件不困難的電動機盡可能不退出運轉(zhuǎn)。2.4三相異步電動機保護裝置控制異步電動機的保護是個復(fù)雜的問題 。在實際使用中，應(yīng)按照電動機的容量、型式、控制方式和配電設(shè)備等不同來選擇相適應(yīng)的保護裝置及起動設(shè)備。電動機的損壞主要是繞組過熱或絕緣性能降低引起的，而繞組的過熱往往是流經(jīng)繞組的電流過大引起的。對電動機的保護主要有電流、溫度檢測兩大類型。1電流檢

13、測型保護裝置(1)熱繼電器利用負(fù)載電流流過經(jīng)校準(zhǔn)的電阻元件，使雙金屬熱元件加熱后產(chǎn)生彎曲，從而使繼電器的觸點在電動機繞組燒壞以前動作。其動作特性與電動機繞組的允許過載特性接近。熱繼電器雖則動作時間準(zhǔn)確性一般，但對電動機可以實現(xiàn)有效的過載保護。(2)帶有熱磁脫扣的電動機保護用斷路器熱式作過載保護用，結(jié)構(gòu)及動作原理同熱繼電器，其雙金屬熱元件彎曲后有的直接頂脫扣裝置，有的使觸點接通，最后導(dǎo)致斷路器斷開。電磁鐵的整定值較高，僅在短路時動作。(4)固態(tài)繼電器它是一種從完成繼電器功能的簡單電子式裝置 發(fā)展 到具有各種功能的微處理器裝置。(5)帶有電子式脫扣的電動機保護用斷路器其動作原理類同上述電子式過電流

14、繼電器或固態(tài)繼電器。(6)軟起動器軟起動器的主電路采用晶閘管，控制其分?jǐn)嗷蚪油ǖ谋Ｗo裝置一般做成故障檢測模塊，用來完成對電動機起動前后的異常故障檢測，如斷相、過熱、短路、漏電和不平衡負(fù)載等故障，并發(fā)出相應(yīng)的動作指令。2溫度檢測型保護裝置(1)雙金屬片溫度繼電器它直接埋入電動機繞組中。當(dāng)電動機過載使繞組溫度升高至接近極限值時，帶有一觸頭的雙金屬片受熱產(chǎn)生彎曲，使觸點斷開而切斷電路。(2)熱保護器它是裝在電動機本體上使用的熱動式過載保護繼電器。與溫度繼電器不同的是帶2個觸頭的碗形雙金屬片作為觸橋串在電動機回路，既有流過的過載電流使其發(fā)熱，又有電動機溫度使其升溫，達到一定值時，雙金屬片瞬間反跳動作，

15、觸點斷開，分?jǐn)嚯妱訖C電流。(3)檢測線圈測溫電動機定子每相繞組中埋入12個檢測線圈，由自動平衡式溫度計來監(jiān)視繞組溫度。(4)熱敏電阻溫度繼電器它直接埋入電動機繞組中，一旦超過規(guī)定溫度，其電阻值急劇增大101000倍。使用時，配以電子電路檢測，然后使繼電器動作。三、遞恩DNA310伺服控制系統(tǒng)在鍛壓機械上的應(yīng)用3.1遞恩DNA310系列伺服控制系統(tǒng)簡介某鍛壓機械廠制造的數(shù)控直縫管成型機以前的定位控制系統(tǒng)買荷蘭一家數(shù)控成套產(chǎn)品，來控制主機滑塊的升降，和推料小車的定位，系統(tǒng)為手動設(shè)定數(shù)值定位。由于成套數(shù)控產(chǎn)品的成本價格太高，維護費用高。且手動控制進給。要求以伺服控制器合成PLC來完成折彎鋼板的精確送

16、料。及成套自動控制動作。為此與深圳遞恩電氣技術(shù)有限公司只對該項目作了改造方案。直縫鋼管成型機為大型制管機械，國內(nèi)生產(chǎn)廠家不多，產(chǎn)品主要供應(yīng)歐美及國內(nèi)大型石油管道加工廠。此項目采用了遞恩DNA310系列伺服控制系統(tǒng)。見（圖4）圖4 遞恩DNA310伺服控制系統(tǒng)具有如下特點：1.可實現(xiàn)電機平穩(wěn)運行于0.01hz250hz工作范圍；2.電機運行速率低于50hz時可實現(xiàn)3倍電機額定轉(zhuǎn)矩輸出，包括電機0hz鎖定時的3倍電機額定轉(zhuǎn)矩輸出，有效地解決了工件加工過程中偶爾出現(xiàn)的堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，保證了器件加工的高效率輸出； 3.內(nèi)置PLC功能（8入/4出），通過DMCL軟件編程的方式對所有I/O進行自定義設(shè)計。使用I

17、/O方式接收相應(yīng)動作信號及告知上位PLC。4.使用DMCL語言編譯的程序，可以靈活的設(shè)定電氣零點，通過程序定義好的參數(shù)設(shè)置偏置值來保證機械原位與電氣零點的可靠結(jié)合。而且由軟件根據(jù)機械實際情況設(shè)計的間隙補償量與機械結(jié)合更加緊密，由于各類補償是作為參數(shù)設(shè)定的，因此可根據(jù)實際情況及長時間使用造成的間隙改變做出相應(yīng)調(diào)整。極大方便了系統(tǒng)調(diào)試和維護。 5.系統(tǒng)參數(shù)任意設(shè)定電機運行時的s曲線和轉(zhuǎn)矩限幅值。 3.2、實施情況介紹 首先將裁好的鋼板通過輥道的傳送對中到主機滑塊的橫向中心線，對中到位以后，由觸摸屏設(shè)定的鋼板的參數(shù)，鋼板的長度，寬度，厚度系統(tǒng)會計算出左右小車在第一刀壓制的位置。通過RS422通信連接

18、告知遞恩伺服控制器。伺服控制器根據(jù)主機滑塊的中心線位置走絕對位置推動鋼板到折彎第一刀位置。PLC驅(qū)動主機滑塊的下降壓彎，主機滑塊的位置、原點、上升、下降，以及壓力。系統(tǒng)根據(jù)操作員輸入的板寬自動計算出每一刀壓制的位置與折彎的次數(shù)。每一次壓彎完成后左右小車夾板推行定位一次，直到折彎制管結(jié)束。 推料小車驅(qū)動電機有DNA310伺服控制器進行位置控制，通過編碼器（pg）構(gòu)成位置閉環(huán)系統(tǒng)，所有的位置開關(guān)，零位開關(guān) ，所有的使能信號直接聯(lián)入相應(yīng)控制器的接口作為控制信號。控制器利用內(nèi)部PLC功能通過I/O信號和RS422通信對參數(shù)的接收和相應(yīng)的處理。內(nèi)部PLC作為一個智能從站，對編碼器反饋的速度位置及時地反映

19、到觸摸屏上。自身控制的部分功能自己診斷處理。故障保護：DNA310伺服控制器把歷史故障和實時故障，反映到觸摸屏顯示。電機運行中的實時數(shù)據(jù)如轉(zhuǎn)矩，電流，電壓，速度，位置。都在第一時間反映到人機界面。用戶由觸摸屏設(shè)定的技術(shù)參數(shù)同通過RS422傳送到DNA310伺服控制器去做處理。這樣由PLC控制的多數(shù)據(jù)高精度定位控制就可以實現(xiàn)了。 四、結(jié)論本文介紹了電器控制系統(tǒng)和遞恩DNA310系列伺服控制系統(tǒng)。鍛造液壓機由于其鍛造速度快、控制精度好、自動化程度高、工藝范圍廣以及節(jié)能、節(jié)材顯著，被認(rèn)為是鍛造設(shè)備的發(fā)展方向之一，是目前在用大型自由鍛錘及中小型普通水壓機的更新?lián)Q代產(chǎn)品。1.常用管徑加工周期由原來的25

20、分鐘提升至18分。對于設(shè)備使用廠家來說效率就意味著產(chǎn)量和利潤，其重要性不言而喻，本項指標(biāo)的提高也是最令設(shè)備使用廠家感到欣喜和滿意的地方。 2.系統(tǒng)具有極佳的可靠性與穩(wěn)定性，維護簡便。相對于傳統(tǒng)設(shè)備的液電伺服系統(tǒng)，由于本套設(shè)備采用了三相異步電機作為驅(qū)動電機，因此極大地簡化了設(shè)備維護工作。系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性對于批量加工企業(yè)來說非常重要，在整個調(diào)試階段DNA310伺服控制器始終處于無故障運行。 3.簡單明了的參數(shù)設(shè)計。絕大多數(shù)伺服驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)都是相對固定的，對于鍛壓行業(yè)來說有些參數(shù)需要進行相應(yīng)轉(zhuǎn)換后才能便于操作者的理解。DNA310伺服控制器通過軟件設(shè)計出來的參數(shù)含義可直接按照用戶的要求進行相應(yīng)設(shè)計，極大方便了設(shè)備操作者和使用者。 4.DNA310伺服控制器內(nèi)部集成了PLC功能