小型智能鍛壓機電控系統(tǒng)設(shè)計

引言

隨著中國城市化速度加快,城市邊際不斷擴大,以前的工業(yè)區(qū)漸漸都變成了主城區(qū),居民對環(huán)境要求也越來越高?？諝忮N噪聲大、能耗高,無法滿足環(huán)保要求。傳統(tǒng)快鍛液壓機由于設(shè)備價格高、制造周期長、市場響應(yīng)速度慢,不符合市場平穩(wěn)期中小型民營企業(yè)的投資模式。

智能數(shù)控鍛壓機是致力于"替代空氣錘和電液錘"而精心設(shè)計制造的一種小型數(shù)控快鍛液壓機,機組主要由液壓機主機、機組液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成。

1智能數(shù)控鍛壓機介紹

1.1主機結(jié)構(gòu)

智能數(shù)控鍛壓機主機結(jié)構(gòu)形式為三梁四柱上壓式預應(yīng)力框架結(jié)構(gòu),主要由預應(yīng)力組合機架、活動橫梁、主缸、回程缸、導向裝置、行程檢測裝置、快換裝置、橫向移砧裝置、潤滑系統(tǒng)等組成。

1.2主要技術(shù)參數(shù)

智能數(shù)控鍛壓機主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

2電控系統(tǒng)設(shè)計思路

基于替代市場3t以下空氣錘和電液錘的開發(fā)背景,小型智能鍛壓機電控系統(tǒng)主要基于傳統(tǒng)快鍛機組控制系統(tǒng),著重從降成本、提品質(zhì)、增效率等方面進行優(yōu)化,以期標準化現(xiàn)有設(shè)備,提升設(shè)備性能,滿足用戶需求。

2.1優(yōu)化電控系統(tǒng)硬件配置,降低控制系統(tǒng)成本

(1）系統(tǒng)基于西門子S7-1500系列PLC和ET200SP分布式I/O模塊,以IMATICNET網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架為基礎(chǔ),采用通用的開放式工業(yè)現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu),與上位工控機聯(lián)網(wǎng)組成實時網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。(2）操作室內(nèi)設(shè)置PLC柜,內(nèi)置PLC主站、比例閥放大板及DC24v開關(guān)電源,配置穩(wěn)壓電源。(3）優(yōu)化操作臺臺體設(shè)計。操作臺左右箱體布置操作元件,中間設(shè)置一臺觸摸工控機,分屏進行道次設(shè)置、參數(shù)設(shè)置、參數(shù)顯示、電磁閥/傳感器狀態(tài)顯示、實時和歷史曲線顯示、故障報警、壓機動畫顯示等。(4）對低壓啟動柜內(nèi)部元件進行合理布局,減少柜體數(shù)量。柜內(nèi)主電機啟停通過變頻器實現(xiàn),其他小電機直接啟動。(5）進一步優(yōu)化接線箱布置?；谝簤赫镜募信渲?配置一臺電氣接線箱。

2.2電控系統(tǒng)和控制程序的標準化

基于機械和液壓設(shè)計的標準化,開發(fā)標準化的電控系統(tǒng)和控制程序,可以減少設(shè)計和安裝調(diào)試時間,縮短供貨周期。同時,標準化產(chǎn)品的開發(fā),更有利于繼承已有技術(shù)成果,降低設(shè)備故障率,提高產(chǎn)品質(zhì)量,延長設(shè)備壽命。若用戶同時使用一臺以上該設(shè)備,那么備品備件可以互換,還可節(jié)約用戶維護和保養(yǎng)費用。

2.3豐富控制系統(tǒng)功能,提升設(shè)備品質(zhì),引導和激發(fā)客戶需求

小型智能數(shù)控鍛壓機在傳統(tǒng)快鍛液壓機的基礎(chǔ)上增加以下功能:(1）加壓速度顯示和恒應(yīng)變速率控制功能。(2）實現(xiàn)鍛造工藝數(shù)據(jù)的存儲和調(diào)用。(3）在進線柜安裝多功能電力測控儀,與PLC通信,在工控機屏幕上顯示記錄用電量、電壓、電流、功率等用電參數(shù),實現(xiàn)設(shè)備電能管理。(4）豐富上位機畫面功能。在上位機實現(xiàn)液壓簡圖顯示、實時和歷史曲線顯示、壓機工作動畫顯示、砧型選擇、道次畫面、故障排除指導等功能。(5）主電機采用變頻電機,變頻器控制其啟停。這樣不僅可以實現(xiàn)電機軟啟停,避免電機啟動時的大電流,同時可以實現(xiàn)在空載狀態(tài)下降低電機轉(zhuǎn)速,以節(jié)約電能。

3電控系統(tǒng)整體方案

3.1系統(tǒng)配置

智能鍛壓機電控柜系統(tǒng)配置如圖1所示。

PLC主站采用西門子S7-1500系列PLC,從站采用ET200SP系列從站。該系列PLC處理速度更快,聯(lián)網(wǎng)能力更強,診斷能力和安全性更高,不僅可節(jié)省成本,提高生產(chǎn)效率,而且安全可靠,維護簡單方便。

3.2電控系統(tǒng)構(gòu)成

電控系統(tǒng)是機組有效運轉(zhuǎn)和實現(xiàn)自動化的核心,是機組按工藝要求進行生產(chǎn)的重要保證和指揮中心。

3.2.l電源控制單元

用戶提供AC380V供電電源至進線柜以后,電源控制單元為整個控制系統(tǒng)提供安全、高效、清潔的動力源,其中包括AC380V、AC220V、DC24V、DC±10V等控制電源。

3.2.2電機啟動單元

電機啟動單元的主要設(shè)備為電控柜,其主要功能是完成壓機電機、輔助系統(tǒng)電機和操作機電機的啟?？刂啤８鶕?jù)用戶電網(wǎng)容量的實際情況,對不同等級的電機采用不同的啟動方式,既保證機組的動力要求,同時也要確保電網(wǎng)平穩(wěn)運行。主電機采用變頻器控制,避免電機啟動時的大電流,同時可以實現(xiàn)在空載狀態(tài)下降低電機轉(zhuǎn)速,節(jié)約電能:功率較小的低壓電機直接啟動:PLC控制系統(tǒng)對各電機的啟停及運行狀態(tài)實時監(jiān)控,并進行有效的聯(lián)鎖保護。

3.2.3可編程控制單元

可編程控制單元是整個自動化控制系統(tǒng)的核心,它的主要功能是編程實現(xiàn)壓機、輔助系統(tǒng)及操作機的各種動作,并實現(xiàn)各種信號監(jiān)測、診斷、聯(lián)鎖保護、數(shù)據(jù)處理等主要任務(wù)。該單元以德國SIEMENS公司S7-1500系列PLC為核心,通過開放式工業(yè)現(xiàn)場總線Profinet連接分布式I/O站點,模塊化設(shè)計,結(jié)構(gòu)簡單,組合靈活。

3.2.4人機交互單元

人機交互功能是控制系統(tǒng)"友善性"的重要標志。智能鍛壓機通過工控機、I/O設(shè)備、PC等搭建人與PLC的對話平臺,其主要作用是實現(xiàn)操作人員和PLC之間的信息互通和信息交流。操作臺是人機交互單元的核心部分,操作、維護人員通過操作臺上的觸摸式工控機、手柄、按鈕開關(guān)等控制整個機組的運行,通過操作臺工控機上的監(jiān)視畫面了解機組的運行狀態(tài)、報警等狀態(tài)和故障排除信息。依據(jù)自身設(shè)計經(jīng)驗和大量的現(xiàn)場調(diào)研,結(jié)合現(xiàn)代科技的發(fā)展,操作臺面板采用宜人化設(shè)計,分為手動操作手柄、工作方式設(shè)定、輔助系統(tǒng)控制開關(guān)、急停開關(guān)等幾部分,操作人員通過這些手柄開關(guān)可方便地實現(xiàn)機組的手動、半自動、自動、聯(lián)動等操作。工控機分屏進行道次設(shè)置、參數(shù)設(shè)置、參數(shù)顯示、電磁閥/傳感器狀態(tài)顯示、實時和歷史曲線顯示、故障報警、壓機動畫顯示、設(shè)備加壓速度顯示、鍛造工藝數(shù)據(jù)的存儲和調(diào)用、故障排除指導等,并與受電柜多功能電力測控儀通信,顯示電量、電壓、電流、功率等用電參數(shù),參與設(shè)備的能源管理。

4工作方式

機組工作方式分為手動、自動、半自動和與操作機聯(lián)動。

(1）手動狀態(tài):壓機和操作機的動作分別由操作臺上的主令手柄控制。(2）自動狀態(tài):壓機按工控機設(shè)定的參數(shù)自動鍛造,操作機手動運行。按下"開鍛"鍵,壓機按設(shè)定道次自動鍛造:按下"停止"鍵,則壓機停止鍛造。在壓機自動鍛造過程中,任何時候手動干預壓機主令手柄,則自動鍛造過程結(jié)束。(3）半自動狀態(tài):壓機的動作由主令手柄決定,但鍛造過程具有鍛造尺寸位置保護功能。也就是當壓機下降到道次設(shè)定的"鍛造尺寸"位置時,壓機即停止繼續(xù)向下運動。即使主令手柄仍處于"加壓"或"快下"狀態(tài),壓機也不會向下運動,而是進行鍛造工藝保護。(4）聯(lián)動模式:操作機的旋轉(zhuǎn)、行走控制是根據(jù)觸摸屏設(shè)定的"大車行走位移"和"夾鉗旋轉(zhuǎn)角度"來進行的。在"開鍛"鍵按下后開始動作,壓機自動運動至下給定點,然后返回聯(lián)動點,壓機回程時操作機進行旋轉(zhuǎn)、行走復合動作:壓機壓下時,操作機停止動作。此過程循環(huán)工作,直到完成鍛造過程。

5結(jié)語

"替代空氣錘和電液錘的小型智能鍛壓機"項目通過采用高度集成化、模塊化、程序標準化設(shè)計,優(yōu)化了主機、液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),大幅縮減了設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試周期,降低了設(shè)備成本,提高了市場響應(yīng)效率,通過智能化應(yīng)用技術(shù)提升壓機的技術(shù)水平,實現(xiàn)柔性生產(chǎn),可以以批量制造的方式實現(xiàn)對3t以下電液錘、空氣錘的替代。