小型智能锻压机电控系统设计

引言

随着中国城市化速度加快,城市边际不断扩大,以前的工业区渐渐都变成了主城区,居民对环境要求也越来越高。空气锤噪声大、能耗高,无法满足环保要求。传统快锻液压机由于设备价格高、制造周期长、市场响应速度慢,不符合市场平稳期中小型民营企业的投资模式。

智能数控锻压机是致力于"替代空气锤和电液锤"而精心设计制造的一种小型数控快锻液压机,机组主要由液压机主机、机组液压系统、电气控制系统等组成。

1智能数控锻压机介绍

1.1主机结构

智能数控锻压机主机结构形式为三梁四柱上压式预应力框架结构,主要由预应力组合机架、活动横梁、主缸、回程缸、导向装置、行程检测装置、快换装置、横向移砧装置、润滑系统等组成。

1.2主要技术参数

智能数控锻压机主要技术参数如表1所示。

2电控系统设计思路

基于替代市场3t以下空气锤和电液锤的开发背景,小型智能锻压机电控系统主要基于传统快锻机组控制系统,着重从降成本、提品质、增效率等方面进行优化,以期标准化现有设备,提升设备性能,满足用户需求。

2.1优化电控系统硬件配置,降低控制系统成本

(1）系统基于西门子S7-1500系列PLC和ET200SP分布式I/O模块,以IMATICNET网络构架为基础,采用通用的开放式工业现场总线结构,与上位工控机联网组成实时网络控制系统。(2）操作室内设置PLC柜,内置PLC主站、比例阀放大板及DC24v开关电源,配置稳压电源。(3）优化操作台台体设计。操作台左右箱体布置操作元件,中间设置一台触摸工控机,分屏进行道次设置、参数设置、参数显示、电磁阀/传感器状态显示、实时和历史曲线显示、故障报警、压机动画显示等。(4）对低压启动柜内部元件进行合理布局,减少柜体数量。柜内主电机启停通过变频器实现,其他小电机直接启动。(5）进一步优化接线箱布置。基于液压站的集中配置,配置一台电气接线箱。

2.2电控系统和控制程序的标准化

基于机械和液压设计的标准化,开发标准化的电控系统和控制程序,可以减少设计和安装调试时间,缩短供货周期。同时,标准化产品的开发,更有利于继承已有技术成果,降低设备故障率,提高产品质量,延长设备寿命。若用户同时使用一台以上该设备,那么备品备件可以互换,还可节约用户维护和保养费用。

2.3丰富控制系统功能,提升设备品质,引导和激发客户需求

小型智能数控锻压机在传统快锻液压机的基础上增加以下功能:(1）加压速度显示和恒应变速率控制功能。(2）实现锻造工艺数据的存储和调用。(3）在进线柜安装多功能电力测控仪,与PLC通信,在工控机屏幕上显示记录用电量、电压、电流、功率等用电参数,实现设备电能管理。(4）丰富上位机画面功能。在上位机实现液压简图显示、实时和历史曲线显示、压机工作动画显示、砧型选择、道次画面、故障排除指导等功能。(5）主电机采用变频电机,变频器控制其启停。这样不仅可以实现电机软启停,避免电机启动时的大电流,同时可以实现在空载状态下降低电机转速,以节约电能。

3电控系统整体方案

3.1系统配置

智能锻压机电控柜系统配置如图1所示。

PLC主站采用西门子S7-1500系列PLC,从站采用ET200SP系列从站。该系列PLC处理速度更快,联网能力更强,诊断能力和安全性更高,不仅可节省成本,提高生产效率,而且安全可靠,维护简单方便。

3.2电控系统构成

电控系统是机组有效运转和实现自动化的核心,是机组按工艺要求进行生产的重要保证和指挥中心。

3.2.l电源控制单元

用户提供AC380V供电电源至进线柜以后,电源控制单元为整个控制系统提供安全、高效、清洁的动力源,其中包括AC380V、AC220V、DC24V、DC±10V等控制电源。

3.2.2电机启动单元

电机启动单元的主要设备为电控柜,其主要功能是完成压机电机、辅助系统电机和操作机电机的启停控制。根据用户电网容量的实际情况,对不同等级的电机采用不同的启动方式,既保证机组的动力要求,同时也要确保电网平稳运行。主电机采用变频器控制,避免电机启动时的大电流,同时可以实现在空载状态下降低电机转速,节约电能:功率较小的低压电机直接启动:PLC控制系统对各电机的启停及运行状态实时监控,并进行有效的联锁保护。

3.2.3可编程控制单元

可编程控制单元是整个自动化控制系统的核心,它的主要功能是编程实现压机、辅助系统及操作机的各种动作,并实现各种信号监测、诊断、联锁保护、数据处理等主要任务。该单元以德国SIEMENS公司S7-1500系列PLC为核心,通过开放式工业现场总线Profinet连接分布式I/O站点,模块化设计,结构简单,组合灵活。

3.2.4人机交互单元

人机交互功能是控制系统"友善性"的重要标志。智能锻压机通过工控机、I/O设备、PC等搭建人与PLC的对话平台,其主要作用是实现操作人员和PLC之间的信息互通和信息交流。操作台是人机交互单元的核心部分,操作、维护人员通过操作台上的触摸式工控机、手柄、按钮开关等控制整个机组的运行,通过操作台工控机上的监视画面了解机组的运行状态、报警等状态和故障排除信息。依据自身设计经验和大量的现场调研,结合现代科技的发展,操作台面板采用宜人化设计,分为手动操作手柄、工作方式设定、辅助系统控制开关、急停开关等几部分,操作人员通过这些手柄开关可方便地实现机组的手动、半自动、自动、联动等操作。工控机分屏进行道次设置、参数设置、参数显示、电磁阀/传感器状态显示、实时和历史曲线显示、故障报警、压机动画显示、设备加压速度显示、锻造工艺数据的存储和调用、故障排除指导等,并与受电柜多功能电力测控仪通信,显示电量、电压、电流、功率等用电参数,参与设备的能源管理。

4工作方式

机组工作方式分为手动、自动、半自动和与操作机联动。

(1）手动状态:压机和操作机的动作分别由操作台上的主令手柄控制。(2）自动状态:压机按工控机设定的参数自动锻造,操作机手动运行。按下"开锻"键,压机按设定道次自动锻造:按下"停止"键,则压机停止锻造。在压机自动锻造过程中,任何时候手动干预压机主令手柄,则自动锻造过程结束。(3）半自动状态:压机的动作由主令手柄决定,但锻造过程具有锻造尺寸位置保护功能。也就是当压机下降到道次设定的"锻造尺寸"位置时,压机即停止继续向下运动。即使主令手柄仍处于"加压"或"快下"状态,压机也不会向下运动,而是进行锻造工艺保护。(4）联动模式:操作机的旋转、行走控制是根据触摸屏设定的"大车行走位移"和"夹钳旋转角度"来进行的。在"开锻"键按下后开始动作,压机自动运动至下给定点,然后返回联动点,压机回程时操作机进行旋转、行走复合动作:压机压下时,操作机停止动作。此过程循环工作,直到完成锻造过程。

5结语

"替代空气锤和电液锤的小型智能锻压机"项目通过采用高度集成化、模块化、程序标准化设计,优化了主机、液压系统及控制系统结构,大幅缩减了设计、制造、安装、调试周期,降低了设备成本,提高了市场响应效率,通过智能化应用技术提升压机的技术水平,实现柔性生产,可以以批量制造的方式实现对3t以下电液锤、空气锤的替代。