數(shù)控節(jié)能400噸電動(dòng)螺旋壓力機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

摘 要摘 要模鍛鍛壓在國(guó)防、汽車、工程機(jī)械等領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用，是這些領(lǐng)域發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著這些領(lǐng)域的不斷發(fā)展對(duì)模鍛件的要求也越來(lái)越高，例如汽車工業(yè)之中的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿模鍛件質(zhì)量公差僅為5克，使用模鍛設(shè)備加工成型后只需要模削加工即可，然而傳統(tǒng)的模鍛成型設(shè)備，例如模鍛錘、熱模鍛壓力機(jī)卻很難制作出精密的模鍛器件，難以滿足工業(yè)的要求。電動(dòng)螺旋壓力機(jī)因?yàn)榛瑝K沒(méi)有固定的下死點(diǎn)，同時(shí)采用了直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，所以實(shí)現(xiàn)了理想的精密高效節(jié)能的模鍛設(shè)備。本論文采用西門(mén)子可編程控制器PLC S-200，采用以觸摸屏為人機(jī)界面的電動(dòng)螺旋壓力機(jī)專用數(shù)控系統(tǒng)，通過(guò)編碼器輸出脈沖的檢測(cè)從而實(shí)現(xiàn)了滑塊打擊能量和位置的精確控制，自動(dòng)化程度較高，可靠性和穩(wěn)定性較強(qiáng)，符合當(dāng)代發(fā)展的要求。電動(dòng)螺旋壓力機(jī)需要頻繁的啟動(dòng)和正反轉(zhuǎn)，為了避免過(guò)高的啟動(dòng)電流對(duì)電機(jī)損耗同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高的輸出轉(zhuǎn)矩，這需要先進(jìn)的交流調(diào)速方法的運(yùn)用。本設(shè)計(jì)運(yùn)用直接轉(zhuǎn)矩交流調(diào)速技術(shù)，通過(guò)變頻器來(lái)控制電機(jī)，不僅實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的較小啟動(dòng)電流同時(shí)實(shí)現(xiàn)了較高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。本文詳細(xì)的分析了電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和能量轉(zhuǎn)化過(guò)程，最終根據(jù)設(shè)計(jì)要求和參數(shù)給定，通過(guò)PLC編程開(kāi)發(fā)出了控制系統(tǒng)。實(shí)際的應(yīng)用中電動(dòng)螺旋壓力機(jī)憑借其鍛壓精確、構(gòu)簡(jiǎn)單、效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的青睞，未來(lái)不久這種高效節(jié)能的鍛壓設(shè)備必然逐漸取代傳統(tǒng)的鍛壓設(shè)備成為國(guó)防和工業(yè)中的主流。關(guān)鍵詞：電動(dòng)螺旋壓力機(jī)；直接轉(zhuǎn)矩控制；可編程控制器；編碼器；觸摸屏；- 33 -AbstractAbstract Forging plays a pivotal role in the field of defense. Automotive construction machinery, is the basis for the development of these areas. With the continuous development of these areas are increasingly high requirements of die forgings, such as the auto industry into the engine connecting rod die forgings quality tolerances of only 5g, only after forging equipment machining molding die cut processing may, however, traditional forging molding equipment, such as forging hammer hot forging press is difficult to produce precision forging devices, it is difficult to meet the requirements of the industry. Electric screw press because the slider there is no fixed lower dead point, the direct torque control, so to achieve the desired precision forging of energy efficient equipment.Siemens programmable logic controller PLC S-200 in this paper, the use of man-machine interface touch screen for electric screw press CNC system, through the detection of the encoder output pulse in order to achieve precise control of the slider against the energy and position, degree of automation high reliability and stability, in line with the requirements of the contemporary development. Electric screw press requires frequent starting and reversing, in order to avoid excessive starting current of the motor loss while achieving high output torque, which requires the use of advanced communication speed control method. In this paper a detailed analysis of the movement of the electric screw press process and energy conversion process, final design requirements and parameters given, has developed a control system by PLC programming.Practical application of electric screw press by virtue of its forging precise structure efficiency and energy saving advantages, more and more people of all ages, and soon this energy efficient forging equipment must gradually replace the traditional forging equipment in the defense and industrial main stream.Keywords: electric screw press; direct torque control; programmable controller; encoder; touch screen目 錄目 錄摘 要IAbstractII目 錄III第一章 緒論11.1螺旋壓力機(jī)11.2 螺旋壓力機(jī)的發(fā)展歷史21.3 高效節(jié)能400噸螺旋壓力機(jī)的分析41.4 本課題研究的主要內(nèi)容6第二章 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)打擊能量的分析82.1 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的力能關(guān)系82.1.1 運(yùn)動(dòng)部分能量的組成82.1.2 能量的轉(zhuǎn)換82.2 螺旋壓力機(jī)打擊過(guò)程能量分析102.3 400噸電動(dòng)螺旋壓力機(jī)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算11第三章 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)器件選擇133.1 引言133.2 可編程控制器的選擇143.3 電機(jī)的選擇153.4 變頻驅(qū)動(dòng)器的選擇163.5 編碼器的選擇193.6 滑塊位移的檢測(cè)193.7 觸摸屏的選擇203.8 制動(dòng)電阻選擇21第四章 400噸螺旋壓力機(jī)控制電路及程序的設(shè)計(jì)224.1 主電路圖224.2 PLC接線圖234.3 程序結(jié)構(gòu)244.4 打擊流程254.5 I/O接口分布表274.6 觸摸屏編程28總 結(jié)30參考文獻(xiàn)31致 謝32附錄 接線圖33第一章 緒論第一章 緒論1.1螺旋壓力機(jī)螺旋壓力機(jī)是用螺桿、螺母作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞飛輪能量的鍛壓機(jī)械的總稱。螺旋壓力機(jī)的基本組成部分為：螺桿、螺母、飛輪、滑塊和機(jī)身等，通過(guò)摩擦液壓電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)等方式來(lái)驅(qū)動(dòng)飛輪加速旋轉(zhuǎn)從而積蓄能量，由螺桿將飛輪的正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為滑塊的上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)滑塊接觸到要成型的工件時(shí)，飛輪被迫至完全停止，儲(chǔ)存在飛輪上的螺旋能轉(zhuǎn)化為對(duì)工件的沖擊能，通過(guò)滑塊來(lái)打擊工件迫使其變形，所以通常所說(shuō)的螺旋壓力機(jī)也被成為螺旋錘。表1-1 機(jī)械壓力機(jī)鍛錘螺旋壓力機(jī)的性能比較機(jī)械壓力鍛錘螺旋壓力機(jī)打擊力量不可控不可控可控滑塊速度慢快較快打擊時(shí)間長(zhǎng)短較長(zhǎng)打擊過(guò)程固定不固定不固定沖擊小大較小從上面三種鍛壓設(shè)備的性能比較可以明顯的看出，螺旋壓力機(jī)具有獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，螺旋壓力機(jī)既有機(jī)械壓力機(jī)和鍛錘的特長(zhǎng)，它還克服了這兩種鍛壓設(shè)備的劣勢(shì)。具體性能優(yōu)勢(shì)可以從以下幾個(gè)方面具體來(lái)闡述：1. 螺旋壓力機(jī)的打擊力相比其他兩種鍛壓設(shè)備可以準(zhǔn)確的控制。2. 螺旋壓力機(jī)的滑塊速度介于機(jī)械壓力機(jī)和鍛錘之間，速度比較適中。由于滑塊速度適中，有利于金屬在鍛壓過(guò)程中再結(jié)晶過(guò)程充分適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行，適合于各種行業(yè)中結(jié)晶速度慢的金屬鍛壓。3. 通過(guò)時(shí)間的證明，在鍛壓過(guò)程中，滑塊與鍛件接觸時(shí)間越少，鍛壓出的鍛件的壽命越長(zhǎng)。螺旋壓力機(jī)與鍛件的接觸時(shí)間較短，基本為其他兩種鍛壓設(shè)備的一般，鍛壓時(shí)傳遞到鍛件的熱量較少，溫升低鍛件的壽命較長(zhǎng)，這對(duì)于大批量生產(chǎn)非常重要。4. 由于打擊過(guò)程的不固定，可以消除因?yàn)殄憠涸O(shè)備的機(jī)械變形而造成對(duì)鍛壓器件精度的影響，可以通過(guò)多次的打擊來(lái)獲得工件的變形。5. 由于螺旋壓力機(jī)的承受過(guò)載能力較強(qiáng)，允許超過(guò)公稱壓力的載荷作用在設(shè)備上，對(duì)設(shè)備的鍛壓能力和壽命都是非常有益的。6. 螺旋壓力機(jī)在工作時(shí)，在封閉的空間內(nèi)完成鍛壓過(guò)程，設(shè)備與地面處理比較簡(jiǎn)單，投資比較少。另外還可以改造工作環(huán)境更加人性化，噪音污染較低。 通過(guò)上面螺旋壓力機(jī)與機(jī)械壓力機(jī)和鍛錘的各項(xiàng)性能的比較，可以看出螺旋壓力機(jī)是隨著時(shí)代的發(fā)展生產(chǎn)力的提升，不斷優(yōu)化完善的一種設(shè)備，它在各項(xiàng)性能之中所擁有的優(yōu)勢(shì)必將取代機(jī)械壓力機(jī)和鍛錘，成為鍛壓設(shè)備的主流設(shè)備，其他兩種設(shè)備也必將被時(shí)代所淘汰。1.2 螺旋壓力機(jī)的發(fā)展歷史螺旋壓力機(jī)是最古老的成型設(shè)備之一，具有悠久的歷史，在其發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)了摩擦螺旋壓力機(jī)液壓螺旋壓力機(jī)離合器螺旋壓力機(jī)和電動(dòng)螺旋壓力機(jī)四種主要的傳動(dòng)形式。摩擦螺旋壓力機(jī)是最早用于現(xiàn)代化大生產(chǎn)的螺旋壓力機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在仍然在一些小型的落后的鍛壓廠里使用。螺旋壓力機(jī)其工作原理是通過(guò)摩擦力產(chǎn)生力矩，在鍛壓過(guò)程中向螺旋機(jī)構(gòu)傳遞電動(dòng)機(jī)的能量和動(dòng)能。在19世紀(jì)初開(kāi)始使用，德國(guó)公布了首個(gè)摩擦螺旋壓力機(jī)的專利。摩擦壓力機(jī)有比較多的缺點(diǎn)，它是由電機(jī)帶動(dòng)摩擦盤(pán)不停的告訴旋轉(zhuǎn)，而飛輪在一個(gè)循環(huán)過(guò)程中還需要改變方向,飛輪在換向過(guò)程中飛輪和摩擦盤(pán)之間發(fā)生嚴(yán)重的打滑現(xiàn)象，這不僅損耗了能量降低了工作效率，而且對(duì)鍛壓設(shè)備的損害比較嚴(yán)重。摩擦壓力機(jī)還會(huì)造成制造成的工件不夠精確，工作環(huán)境惡化等。 圖1-2 摩擦螺旋壓力機(jī)外形進(jìn)入20世紀(jì)，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，基于摩擦螺旋壓力機(jī)的種種問(wèn)題的凸顯，人們開(kāi)始研制液壓螺旋壓力機(jī)，40年代開(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)之中。液壓螺旋壓力機(jī)主要是借助液壓缸和液壓馬達(dá)的液壓動(dòng)力裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)滑塊，在滑塊打擊工件前積蓄能量，在接觸工件時(shí)釋放能力使工件成型。液壓螺旋壓力機(jī)優(yōu)于摩擦螺旋壓力機(jī)，能夠使傳動(dòng)效率大為提高，而且液壓螺旋壓力機(jī)適合向中大噸位發(fā)展。但是液壓螺旋壓力機(jī)同樣也存在著很多問(wèn)題，液壓螺旋壓力機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修成本高，維護(hù)不方便，同時(shí)液壓泄漏還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，因此，這種壓力機(jī)也將會(huì)被取代。 圖1-3 液壓螺旋壓力機(jī)外形前蘇聯(lián)是最早研制電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的，它的基本原理是直接用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子來(lái)代替飛輪，或通過(guò)齒輪或皮帶帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)，去除了低效率的摩擦傳動(dòng)，具有最短的傳動(dòng)鏈和較高的效率。但是這種最初研制的電動(dòng)螺旋壓力機(jī)并沒(méi)有達(dá)到人們所期望的高效節(jié)能,這種最初的電動(dòng)螺旋壓力機(jī)需要電機(jī)頻繁的進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，電能損耗打到50之多；電動(dòng)機(jī)頻繁的正反轉(zhuǎn)使得電機(jī)發(fā)熱比較厲害，溫度可以達(dá)到120；這種螺旋壓力機(jī)起動(dòng)電流過(guò)大，對(duì)電網(wǎng)的沖擊比較厲害；鑒于當(dāng)時(shí)電機(jī)和控制技術(shù)的限制，這些問(wèn)題無(wú)法得到解決。20世紀(jì)70年代德國(guó)把變頻器引用于電動(dòng)螺旋壓力機(jī)，新技術(shù)的引用使得啟動(dòng)電流減小，發(fā)熱減小，電機(jī)的速度得到了控制。但是這種電動(dòng)螺旋壓力機(jī)不能實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制速度，不能精確控制打擊能量，誤差較大影響制件精確度。1.3 高效節(jié)能400噸螺旋壓力機(jī)的分析電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的原理圖如1-4所示 1.電機(jī) 2.主動(dòng)輪 3.飛輪 4.螺桿 5.螺母 6.滑塊 7.制動(dòng)器 8.頂出器 圖1-4 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)原理圖高效節(jié)能數(shù)控電動(dòng)螺旋壓力機(jī)去掉繁瑣耗能的摩擦傳動(dòng)，直接用電機(jī)轉(zhuǎn)子來(lái)代替飛輪，采用電機(jī)直接連到皮帶上從而驅(qū)動(dòng)小齒輪。這種螺旋壓力機(jī)在工作時(shí)，電機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)逐漸加速，通過(guò)皮帶小齒輪大齒輪傳動(dòng)電機(jī)的動(dòng)能帶動(dòng)滑塊向下加速運(yùn)動(dòng)不斷的積蓄能量。當(dāng)電機(jī)加速到提前設(shè)定的速度時(shí)，電機(jī)將不再加速，滑塊就會(huì)以設(shè)定的打擊能量下行進(jìn)行工件打擊，當(dāng)滑塊運(yùn)行到下止點(diǎn)時(shí)，滑塊打擊工件，隨后滑塊反彈，電機(jī)發(fā)出反轉(zhuǎn)信號(hào)，滑塊將向回運(yùn)動(dòng)。這時(shí)候電機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)滑塊達(dá)到預(yù)設(shè)的高度時(shí)，電機(jī)制動(dòng)器制動(dòng)，電機(jī)停止，自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)打擊回程，PLC將記錄一次打擊次數(shù)。這是利用傳動(dòng)系統(tǒng)儲(chǔ)存的能量對(duì)工件進(jìn)行做工，使工件成型，當(dāng)滑塊向下運(yùn)動(dòng)打擊滑塊時(shí)是一次能量的釋放。當(dāng)設(shè)定為連續(xù)工藝時(shí)，工序未全部完成電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)滑塊自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)打擊行程。當(dāng)工序完成時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)滑塊回到起止點(diǎn)，取出打擊成型的工件，一個(gè)工序全部完成。這種數(shù)控電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的自動(dòng)化程度比較高，節(jié)省了人力。 圖1-5 數(shù)控節(jié)能電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的機(jī)械部分把摩擦壓螺旋壓力機(jī)改造為400噸數(shù)控節(jié)能電動(dòng)螺旋壓力機(jī)，每噸產(chǎn)品的耗電量由原來(lái)的10.87kw/h降低到3.49kw/h，比改造前節(jié)能67.79。改造之后由于控制系統(tǒng)更加先進(jìn)，打擊更加精確，產(chǎn)品的合格率由原先的70提高到96，合格率比以前提高了57.14。由于耗電量的節(jié)省和產(chǎn)品合格率的提高帶來(lái)的節(jié)省，兩項(xiàng)合計(jì)，每臺(tái)設(shè)備每小時(shí)可為公司節(jié)省90元的成本費(fèi)。如圖1-6是節(jié)能比較： 0.03噸煤 0.3元 = 90元數(shù)控節(jié)能電動(dòng)螺旋壓力機(jī)相比于以往的螺旋壓力機(jī)更多的益處在于：1. 最大限度的節(jié)省了自然資源，采用PLC可編程控制節(jié)省了很多的機(jī)械控制元件，為國(guó)家節(jié)省了資源，符合當(dāng)今的發(fā)展方向。2. 在當(dāng)今人力資源日益缺乏的今天，數(shù)控節(jié)能電動(dòng)螺旋壓力機(jī)由原先的三人以上操作較少到一人就可以操作，還使操作者擺脫了繁重的的體力勞動(dòng)，操作更加簡(jiǎn)單，使企業(yè)擺脫了人力的技能要求。3. 電機(jī)剎車，紅外線剎車等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用徹底保證了生產(chǎn)過(guò)程的安全，更加尊重了人權(quán)，更加人性化。4. 改善了工作的環(huán)境，采用先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)不僅大大減少了生產(chǎn)過(guò)程中的噪音污染，也降低了液壓的環(huán)境污染。5. 大大減少了機(jī)器的維修運(yùn)行費(fèi)用，采用新的技術(shù)消除了以前機(jī)器當(dāng)中的易損易壞的地方和元件，從而又為企業(yè)節(jié)省了維修人員的費(fèi)用。 1.摩擦壓力機(jī) 2.節(jié)能數(shù)控螺旋壓力機(jī) 圖1-6 應(yīng)用與節(jié)能效果 1.4 本課題研究的主要內(nèi)容本文研究400噸高效節(jié)能螺旋壓力機(jī)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，對(duì)研究過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行了研究解決，主要內(nèi)容：1. 詳細(xì)描述了400噸螺旋壓力機(jī)的構(gòu)成，并對(duì)其鍛造的工作過(guò)程進(jìn)行了詳盡的描述。2. 分析了螺旋壓力機(jī)的鍛壓能量設(shè)定方法，并提出了一種設(shè)定打擊能量的方法。3. 分析了螺旋壓力機(jī)鍛壓的整個(gè)過(guò)程，通過(guò)力學(xué)的觀點(diǎn)提出了螺旋壓力機(jī)鍛造過(guò)程中打擊力的確定。4. 通過(guò)分析電動(dòng)螺旋壓力機(jī)，選擇電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的各種硬件器件，例如電機(jī)編碼器觸摸屏等。5. 畫(huà)出400噸電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的控制電路接線圖6. 分析PLC控制的各種動(dòng)作，編寫(xiě)觸摸屏程序，是鍛造更加人性化自動(dòng)化。7. 總結(jié)展望在研究課題過(guò)程中遇到的難點(diǎn)，提出自己的解決方案。 第二章 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)打擊能量的分析第二章 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)打擊能量的分析螺旋壓力機(jī)屬于設(shè)定能量的鍛壓設(shè)備，其主要能量是依靠滑塊運(yùn)動(dòng)部分來(lái)做工，螺旋壓力機(jī)的打擊能量是其一項(xiàng)重要的性能參數(shù)。在以往摩擦壓力機(jī)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定壓力機(jī)的有效能量不能低于運(yùn)動(dòng)能量的60，在電動(dòng)螺旋壓力機(jī)中國(guó)家尚未公布標(biāo)準(zhǔn)，但從其最后的打壓轉(zhuǎn)化做工的過(guò)程來(lái)看，其有效能量同樣也不能低于運(yùn)動(dòng)能量的60。2.1 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的力能關(guān)系2.1.1 運(yùn)動(dòng)部分能量的組成電動(dòng)螺旋壓力機(jī)中通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)所釋放的動(dòng)能，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)到飛輪、滑塊、螺桿上積蓄的總能量AL為： （2-1）其中 為螺旋壓力機(jī)打擊工件時(shí)的的總能量； J為飛輪部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 為飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度； M為滑塊直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量； V為滑塊向下運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度； H為主螺桿的導(dǎo)程。因此，從上面分析可以得出，在螺桿導(dǎo)程h下行滑塊質(zhì)量m飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J等參數(shù)設(shè)定好以后，可以通過(guò)檢測(cè)滑塊的穩(wěn)定速度v，來(lái)計(jì)算得出電動(dòng)螺旋壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)部分的能量。2.1.2 能量的轉(zhuǎn)換 在電動(dòng)螺旋壓力機(jī)在工作打擊工件時(shí)，運(yùn)動(dòng)部分的能量全部消耗完畢，運(yùn)動(dòng)能量主要轉(zhuǎn)化為其他三種能量：鍛壓工件的變形能Ed機(jī)器的彈性變形能Et機(jī)器摩擦損耗的能量Em，根據(jù)能量守恒： = Ed + Et + Em （2-2） 進(jìn)行分別計(jì)算：1. 鍛壓工件的變形能Ed： （2-3）其中， 為鍛件的變形量。工件的變形能與工件的打擊力工件的材料等有關(guān)系，通過(guò)不斷的理論分析和實(shí)踐所掌握的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，可以形成工件的鍛造工藝。2.的彈性變形能Et （2-4） 為機(jī)器的彈性變形量 為打擊力，隨打擊能量的變化而不同 C為機(jī)械的總剛度 通過(guò)上述分析可得: (2-5)3.機(jī)器摩擦損耗的能量Em (2-6) 為能量的折減系數(shù)，與機(jī)器的潤(rùn)滑程度，螺旋桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。一般認(rèn)為，摩擦損耗的能量為總能量的 15-20 從上式的分析可以知道，機(jī)器的摩擦損耗的能量與打擊力無(wú)關(guān)，只與能量的折減系數(shù)和運(yùn)動(dòng)部分的總能量有關(guān)，所以當(dāng)螺旋壓力機(jī)沒(méi)有設(shè)置摩擦打滑保險(xiǎn)裝置時(shí)，機(jī)器的摩擦損耗的能量是一個(gè)定值。2.2 螺旋壓力機(jī)打擊過(guò)程能量分析 根據(jù)上面（2-5）和（2-6）可以做出螺旋壓力機(jī)的力能關(guān)系曲線，如圖2-1 圖2-1 螺旋壓力機(jī)力能曲線示意圖從上面螺旋壓力機(jī)力能曲線示意圖來(lái)分析，螺旋壓力機(jī)在鍛壓工件時(shí)的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程和行程過(guò)程為: 當(dāng)滑塊加速到最大設(shè)定速度向下運(yùn)動(dòng)未接觸工件時(shí)為d點(diǎn)，此時(shí)打擊力最大Pmax，運(yùn)動(dòng)能量還未轉(zhuǎn)化為工件的變形能；當(dāng)滑塊接觸工件，能量慢慢轉(zhuǎn)化為工件的變形能量，當(dāng)?shù)竭_(dá)c點(diǎn)時(shí)，達(dá)到設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行許用壓力Po,此值一般為公稱力Pg的1.6倍；隨著繼續(xù)能量的轉(zhuǎn)化，到達(dá)b點(diǎn)為公稱壓力，縱坐標(biāo)為公稱壓力下的工件變形能，一般要求應(yīng)大于總能量Al的60；當(dāng)?shù)竭_(dá)a點(diǎn)時(shí)，工件向下的一個(gè)行程結(jié)束，滑塊之中的能量除了固定的摩擦能量外全部轉(zhuǎn)化為工件的變形能量。從上圖中還可以看出電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的摩擦能沒(méi)有設(shè)置摩擦打滑保險(xiǎn)裝置時(shí)是固定不變的，不隨能量的轉(zhuǎn)化而改變。只要鍛件的變形能和打擊力等工藝參數(shù)在上面力能關(guān)系曲線內(nèi)，那么就可以用這種電動(dòng)螺旋壓力機(jī)鍛壓成功，所以力能曲線對(duì)電動(dòng)螺旋壓力機(jī)非常重要，是其性能的重要依據(jù)。從以上分析中可以知道，最大打擊力Pmax遠(yuǎn)大于公稱打擊力Pg,而在最大打擊力下鍛件的變形為零，所以最大打擊力對(duì)于鍛造工藝來(lái)說(shuō)是毫無(wú)意義的。在打擊工件時(shí)，如果工藝要求鍛壓能量要大于工藝要求，而且最大打擊力要保證機(jī)器的安全，那么這樣就不得不加厚機(jī)器的機(jī)械強(qiáng)度，這樣做的后果會(huì)使電動(dòng)螺旋壓力機(jī)變得笨重，而且這樣做還會(huì)導(dǎo)致對(duì)機(jī)器的投資成本增大，不利于生產(chǎn)效益的提高在大中型鍛壓設(shè)備中，為了保證安全同時(shí)降低設(shè)備成本，在機(jī)器的飛輪部分設(shè)置摩擦打滑保險(xiǎn)裝置，當(dāng)打擊力超過(guò)設(shè)計(jì)的打滑力時(shí)，通過(guò)摩擦力來(lái)消耗能量，達(dá)到減小最大打擊力的目的。具有摩擦打滑保險(xiǎn)裝置的力能關(guān)系如圖2-4所示： 圖2-4 飛輪設(shè)置摩擦打滑保險(xiǎn)裝置的力能曲線P1為設(shè)定的打滑打擊力，一般在設(shè)計(jì)螺旋壓力機(jī)時(shí)打滑打擊力為公稱壓力的2倍左右較為合適。2.3 400噸電動(dòng)螺旋壓力機(jī)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算400噸螺旋壓力機(jī)的公稱壓力 =mg=400100010=4000(kN) (2-7) 最大打擊力 2=8000（KN） (2-8)一般400噸電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度C為8，所以根據(jù)2-5式得到: Et=40(KJ)所以總的能量為： =Ed + Et + Em =40000+20 求得=50（KJ）根據(jù)2-1式 式中，設(shè)置滑塊的質(zhì)量為10KG，螺桿的行程h為420毫米，轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量取1.24，將400噸電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的這些參數(shù)帶入上式，可得： V500 (mm/s) 第三章 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)器件選擇第三章 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)器件選擇3.1 引言由于電動(dòng)螺旋壓力機(jī)在鍛壓工件時(shí)，工作環(huán)境比較惡劣特殊，決定了數(shù)控電動(dòng)螺旋壓力機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)要求比較嚴(yán)格，而可編程控制器具有可靠性高，抗干擾能力和適應(yīng)性強(qiáng)，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)，因而選取可編程控制器作為控制核心。以可編程性控制器作為控制的核心，以工業(yè)觸摸屏作為人機(jī)界面的控制系統(tǒng)，組成了數(shù)控電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)。400噸螺旋壓力機(jī)的控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖4-1所示。控制系統(tǒng)的的核心為西門(mén)子可編程系統(tǒng)PLC，可編程PLC發(fā)出指令控制變頻驅(qū)動(dòng)器各種動(dòng)作，變頻器再控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞到打擊滑塊做上下直線運(yùn)動(dòng)，在通過(guò)能量的轉(zhuǎn)化來(lái)實(shí)現(xiàn)打擊滑塊的目的?；瑝K位移檢測(cè)來(lái)檢測(cè)滑塊的位移，從而來(lái)控制滑塊的打擊能量，PLC在通過(guò)高速計(jì)數(shù)口來(lái)得到位移的信息來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。PLC通過(guò)數(shù)字量輸入口來(lái)接收按鈕信號(hào)，根據(jù)按鈕輸入的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。在工作時(shí)，通過(guò)觸摸屏來(lái)實(shí)現(xiàn)工作數(shù)據(jù)的顯示和人機(jī)界面溝通實(shí)現(xiàn)。、 圖3-1 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案3.2 可編程控制器的選擇要實(shí)現(xiàn)400噸螺旋壓力機(jī)的打擊控制，選擇核心的可編程控制軟件是比較重要的，西門(mén)子S7-200型號(hào)的小型可編程控制器由于CPU226 集成了24 輸入/16 輸出共40 個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)，最多可擴(kuò)展7 個(gè)擴(kuò)展模塊單元。CPU226 還有6 個(gè)獨(dú)立的30kHz 的高速計(jì)數(shù)器，可用來(lái)檢測(cè)滑塊位移。2 個(gè)RS485 通訊口，可用來(lái)編程下載或與人機(jī)界面等外設(shè)通訊等功能。所以此種小型的可編程控制器PLC，完全可以實(shí)現(xiàn)400噸螺旋壓力機(jī)的各項(xiàng)功能，對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確高效的控制。我們選用的西門(mén)子S7-200型號(hào)的PLC編程環(huán)境如下圖所示： 圖3-2 S7-200 編程環(huán)境3.3 電機(jī)的選擇已知設(shè)備的全行程（ S ）、飛輪對(duì)電機(jī)小齒輪的減速比（i ）、以及主螺桿導(dǎo)程（ h ），則有： （3-1）式中為電機(jī)部分所做的功， 為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩 為飛輪加速全過(guò)程對(duì)應(yīng)的弧度位移又根據(jù)滑塊質(zhì)量（m ）和下行效率可得滑塊重力所做的功為： （3-2）為重力部分做的功為電機(jī)的效率由上面兩式可以推導(dǎo)出電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為： （3-3）代入數(shù)據(jù)得：=700 （3-4） 根據(jù)帶入數(shù)據(jù)的，取=970r/min電動(dòng)機(jī)的型號(hào)可以根據(jù)下式：=50(KW) (3-5)所以本設(shè)計(jì)選用55KW,的電動(dòng)機(jī)。3.4 變頻驅(qū)動(dòng)器的選擇直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)： 直接轉(zhuǎn)矩控制是建立在定子坐標(biāo)系下直接分析交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型并控，分別控制交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈。它的優(yōu)點(diǎn)是不用把交流電機(jī)和直流電機(jī)進(jìn)行比較；這樣就省掉了交流電機(jī)與直流電機(jī)的對(duì)比建立模型的復(fù)雜過(guò)程。它還省掉了在矢量控制中因?yàn)槭噶孔儞Q帶來(lái)的復(fù)雜的轉(zhuǎn)換和計(jì)算過(guò)程。所以，直接轉(zhuǎn)矩控制具有控制信號(hào)非常簡(jiǎn)單，它所用到的控制信號(hào)能夠使觀察器對(duì)交流電機(jī)的物理過(guò)程作出直接明了的判斷。 直接轉(zhuǎn)矩控制運(yùn)用定子磁鏈進(jìn)行磁場(chǎng)定向的方法，僅僅知道定子電阻就可以將它觀測(cè)出來(lái)。所以，直接轉(zhuǎn)矩控制極大的減少了在矢量控制中實(shí)際控制效果受到電機(jī)參數(shù)的影響，比較穩(wěn)定。 直接轉(zhuǎn)矩控制運(yùn)用空間電壓矢量的方法來(lái)分析交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，綜合控制逆變器中六個(gè)開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通和關(guān)斷，使控制變得簡(jiǎn)單明了。 直接轉(zhuǎn)矩控制是通過(guò)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的直接控制。這其中包含兩層意思，其一是直接對(duì)轉(zhuǎn)矩的控制：與矢量控制方法有所不同，它不是間接控制轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為控制對(duì)象，直接進(jìn)行控制。所以直接轉(zhuǎn)矩控制的目的不是為了到最后獲得理想的正弦波波形，同時(shí)也不特別的強(qiáng)調(diào)圓形的磁鏈軌跡。相反，基于直接控制轉(zhuǎn)矩的出發(fā)點(diǎn)，它只對(duì)控制效果關(guān)注，因而可以采用離散的電壓狀態(tài)和六邊形的磁鏈軌跡的概念。其二是直接控制的轉(zhuǎn)矩。它通過(guò)轉(zhuǎn)矩兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器將實(shí)際的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)值和給定的轉(zhuǎn)矩指令值作滯環(huán)比較，把轉(zhuǎn)矩波動(dòng)限制在一定容差范圍；而容差大小則由頻率調(diào)節(jié)器控制。因而直接轉(zhuǎn)矩控制的控制效果僅僅取決于電機(jī)轉(zhuǎn)矩的實(shí)際運(yùn)行情況，其控制既簡(jiǎn)單又明了。 圖3-3 直接轉(zhuǎn)矩控制原理圖驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)螺旋壓力機(jī)控制技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于螺旋壓力機(jī)功能的實(shí)現(xiàn)非常重要，可以得出，直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)可以滿足電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的快速啟動(dòng)和制動(dòng)，起動(dòng)電流較小起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的要求，是電動(dòng)螺旋壓力機(jī)現(xiàn)行理想的電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)。 本設(shè)計(jì)對(duì)400噸電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的控制的不同要求進(jìn)行綜合的考慮，可以選組ACS800系列的驅(qū)動(dòng)變頻器，專門(mén)用于電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制，其接線圖如圖3-4所示。圖中的各項(xiàng)指令如正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)停止或者啟動(dòng)等控制指令，均來(lái)自可編程控制器PLC控制系統(tǒng)，PLC根據(jù)電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)給出指令進(jìn)行控制。在PLC中設(shè)置一個(gè)合適的定時(shí)周期中斷，一般為10ms，從而可以通過(guò)檢測(cè)出來(lái)的史詩(shī)位移，對(duì)位移進(jìn)行求導(dǎo)來(lái)求出滑塊的運(yùn)行速度。 圖3-4 變頻器的接線圖根據(jù)以上能量分析，可以選用55kw的三相交流異步電動(dòng)機(jī)一臺(tái)，額定電壓為380VAC，額定電流為42.5A，額定頻率為50HZ，額定轉(zhuǎn)矩為970r/min，額定轉(zhuǎn)矩為700N，傳動(dòng)部分選用55KW的ACS800的直接轉(zhuǎn)矩變頻驅(qū)動(dòng)器。停止/啟動(dòng)，正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)控制指令均來(lái)自于壓力機(jī)的控制系統(tǒng)，PLC根據(jù)滑塊的位移檢測(cè)發(fā)出不同的控制指令來(lái)進(jìn)行控制。通過(guò)滑塊的位移檢測(cè)裝置可以實(shí)時(shí)的對(duì)滑塊位移進(jìn)行檢測(cè)，再在PLC中設(shè)置一個(gè)足夠小的定時(shí)周期中斷，設(shè)置為10ms,進(jìn)而可以計(jì)算出滑塊的運(yùn)行速度，從而對(duì)滑塊進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。變頻器通電之后通過(guò)控制盤(pán)，將電機(jī)的額定參數(shù)輸入到驅(qū)動(dòng)單元中去，如下表3-1所示：表3-1 變頻器參數(shù)設(shè)定參數(shù)號(hào)參數(shù)定義電機(jī)參數(shù)99.05額定電壓380V99.06額定電流42.5A99.07額定頻率50HZ99.08額定轉(zhuǎn)速970r/min99.09額定功率55KW3.5 編碼器的選擇編碼器的線數(shù)P越大，用來(lái)檢測(cè)滑塊位移的精度應(yīng)該越高，但是因?yàn)檩敵龅淖畲箢l率不能超過(guò)20kHZ,所以編碼器的現(xiàn)實(shí)應(yīng)： （3-6）式中，D為同步齒輪直徑 為滑塊的最終速度為400mm/s求得，2571所以，選擇編碼器的線數(shù)應(yīng)該為2000.3.6 滑塊位移的檢測(cè)電動(dòng)螺旋壓力機(jī)在控制過(guò)程中，要不斷的檢測(cè)滑塊的實(shí)時(shí)位移，在不同的位移段里面滑塊要完成不同的動(dòng)作，這樣通過(guò)對(duì)滑塊位移檢測(cè)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)滑塊的準(zhǔn)確控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的精確鍛壓，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)能量的精確檢測(cè)，達(dá)到控制的目的。所以在電動(dòng)螺旋壓力機(jī)在工作過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)滑塊位移的精確檢測(cè)至關(guān)重要。本課題研究的400噸螺旋壓力機(jī)的位移檢測(cè)是通過(guò)滑塊做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑塊帶動(dòng)皮帶的運(yùn)動(dòng)，皮帶又帶動(dòng)與其輪相嚙合的旋轉(zhuǎn)編碼器的旋轉(zhuǎn)，再將編碼器的脈沖信號(hào)輸出至可編程控制器的告訴計(jì)數(shù)器讀通過(guò)脈沖數(shù)乘以單位位移來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的?；瑝K檢測(cè)系統(tǒng)的原理圖如圖3-5所示： 圖3-5 滑塊位移檢測(cè)原理圖單位脈沖對(duì)應(yīng)的滑塊位移量為 （3-7）D為同步齒輪的直徑，大小為28.65mm，p為編碼器的線數(shù)，本設(shè)計(jì)采用線數(shù)為2000的編碼器，所以帶入以上數(shù)據(jù)可以得出，滑塊的單位位移量：=3.1428.6520000.45 （mm）3.7 觸摸屏的選擇為了實(shí)現(xiàn)對(duì)打擊過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍛壓工件的的精確鍛壓，提高電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的自動(dòng)化程度，人性化的人機(jī)界面是必不可少的。人機(jī)界面是存在于用戶和機(jī)器之間雙向溝通的橋梁，用戶可以進(jìn)行自由的組合圖形數(shù)字等來(lái)對(duì)螺旋壓力機(jī)進(jìn)行方便的控制。觸摸屏作為一種方便先進(jìn)的人機(jī)界面系統(tǒng)，功能比較強(qiáng)大而且可以適應(yīng)比較復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，所以比較適合用于電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的控制系統(tǒng)中去，越來(lái)越受到人們的歡迎。MT500 觸摸屏與西門(mén)子PLC 之間的通訊非常簡(jiǎn)單。S7-200的CPU 擁有兩個(gè)RS485 通訊口，都可以用來(lái)與觸摸屏通訊。在各自的編程軟件中將串口通訊波特率設(shè)為一致，則兩者會(huì)自行進(jìn)行通訊。觸摸屏與PLC的鏈接如圖3-6所示： 圖3-6 觸摸屏與PLC的鏈接示意圖3.8 制動(dòng)電阻選擇在外接制動(dòng)電阻進(jìn)行制動(dòng)的情況下，電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的有功損耗部分，折合成制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，大約為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的20%。用下面公式計(jì)算制動(dòng)電阻： （3-8）其中：為直流回路電壓為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩減速開(kāi)始時(shí)的電機(jī)速度由制動(dòng)晶體管和制動(dòng)電阻構(gòu)成的放電回路中，其最大電流受制動(dòng)晶體管的最大允許電流Ic 的限制。一般變頻器手冊(cè)都給出了制動(dòng)電阻的最小值，在本設(shè)計(jì)中因?yàn)樯婕暗搅穗妱?dòng)機(jī)的頻繁起制動(dòng)，所以要求制動(dòng)電阻要稍微高一點(diǎn)，所以可以根據(jù)提供的參考值選則比參考值稍微大一點(diǎn)的制動(dòng)電阻。第四章 螺旋壓力機(jī)程序的設(shè)計(jì)第四章 400噸螺旋壓力機(jī)控制電路及程序的設(shè)計(jì)4.1 主電路圖電動(dòng)螺旋壓力機(jī)通過(guò)ACS800直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)三相交流電機(jī)的主電路圖如下圖4-5所示：其中，空氣開(kāi)關(guān)相當(dāng)于刀開(kāi)關(guān)，熔斷器，熱繼電器，過(guò)流繼電器和欠壓繼電器的組合，是一種既有手動(dòng)開(kāi)關(guān)作用又有自動(dòng)保護(hù)功能的電器。其具體作用是：在正常情況下，利用手動(dòng)進(jìn)行正常的電路接通和斷開(kāi)，同時(shí)在過(guò)載，欠電壓和短路的情況下能自動(dòng)切斷電路，實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，既是一種控制電器又是一種保護(hù)電器。交流接觸器是廣泛用作電力的開(kāi)斷和控制電路。它利用主接點(diǎn)來(lái)開(kāi)閉電路，用輔助接點(diǎn)來(lái)執(zhí)行控制指令。主接點(diǎn)一般只有常開(kāi)接點(diǎn)，而輔助接點(diǎn)常有兩對(duì)具有常開(kāi)和常閉功能的接點(diǎn)，小型的接觸器也經(jīng)常作為中間繼電器配合主電路使用。交流電抗器安裝在變頻器輸入端和輸出端，可以抑制變頻器產(chǎn)生的諧波向電網(wǎng)傳遞，減少變頻器產(chǎn)生的諧波對(duì)其他電器設(shè)備的干擾，并限制電網(wǎng)電壓的異常波動(dòng)和電網(wǎng)上的沖擊電流，減少其對(duì)變頻器的影響。根據(jù)PLC發(fā)出的控制信號(hào)，控制變頻器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)和停止，正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，加速與減速等功能，滿足于鍛壓設(shè)備對(duì)各種具體動(dòng)作的要求。制動(dòng)電阻，是波紋電阻的一種，主要用于變頻器控制電機(jī)快速停車的機(jī)械系統(tǒng)中，幫助電機(jī)將其因快速停車所產(chǎn)生的再生電能轉(zhuǎn)化為熱能。 交流電抗器安裝在變頻器輸入端，可以抑制變頻器產(chǎn)生的諧波向電網(wǎng)傳遞，減少變頻器產(chǎn)生的諧波對(duì)其他電器設(shè)備的干擾，并限制電網(wǎng)電壓的異常波動(dòng)和電網(wǎng)上的沖擊電流，減少其對(duì)變頻器的影響。 圖4-1 三相交流電機(jī)的主電路4.2 PLC接線圖 SB1為啟動(dòng)按鈕，SB2為停止按鈕用于常閉狀態(tài)，SB3為過(guò)壓過(guò)熱等保護(hù)按鈕用于常閉狀態(tài)，SB4為相序保護(hù)按鈕用于敞開(kāi)狀態(tài)，SB5為過(guò)載保護(hù)按鈕用于常閉狀態(tài)。PLC的輸出端連接到電機(jī)的變頻器上，來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)停止，加速和減速，勻速運(yùn)動(dòng)，制動(dòng)減速等功能。 圖4-2 PLC接線圖4.3 程序結(jié)構(gòu)400噸電動(dòng)螺旋壓力機(jī)數(shù)控系統(tǒng)軟件采用開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，層次分明，可擴(kuò)展性較強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)各種功能；實(shí)行模塊化分步設(shè)計(jì)，目的性強(qiáng)，條理清析明確，可進(jìn)行重復(fù)調(diào)用。其軟件體系結(jié)構(gòu)如下圖所示。為保證系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)性，在兼顧可編程控制器CPU 的運(yùn)算能力前提下，設(shè)置一個(gè)盡量短的合適的定時(shí)中斷周期（一般情況為510 ms），由設(shè)定的定時(shí)周期作為中斷子程序采集系統(tǒng)輸入信號(hào)和傳感器檢測(cè)信號(hào)，進(jìn)行實(shí)時(shí)參數(shù)方面的計(jì)算，并根據(jù)所輸入控制指令和機(jī)器的實(shí)時(shí)參數(shù)來(lái)判斷系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，并根據(jù)運(yùn)行狀況來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的打擊動(dòng)作；另外，同時(shí)進(jìn)行信號(hào)處理、事件信息處理和報(bào)警信息處理等循環(huán)掃描執(zhí)行，使得系統(tǒng)能夠及時(shí)的收發(fā)指令，判斷并執(zhí)行相應(yīng)信息處理，設(shè)備可以穩(wěn)定可靠的運(yùn)行并進(jìn)行及時(shí)的保護(hù)。 圖4-3 軟件結(jié)構(gòu)圖可編程控制器程序運(yùn)行是進(jìn)行循環(huán)掃描執(zhí)行的，所有模塊都要根據(jù)主程序根據(jù)運(yùn)行狀況和命令進(jìn)行調(diào)節(jié)和調(diào)用，只有中斷服務(wù)子程序是在滿足中斷條件情況下可以自動(dòng)觸發(fā)執(zhí)行的。在可編程控制器剛上電運(yùn)行時(shí)初始化子程序模塊執(zhí)行一次，一般主要是進(jìn)行初始化系統(tǒng)參數(shù)、復(fù)位系統(tǒng)狀態(tài)等。4.4 打擊流程可編程控制器PLC根據(jù)編碼器所傳送的脈沖數(shù)量，可以實(shí)時(shí)的對(duì)滑塊的位移進(jìn)行檢測(cè)并進(jìn)行控制。當(dāng)設(shè)備開(kāi)始向下打擊鍛件時(shí)，一開(kāi)始抱閘裝置釋放，通過(guò)變頻器電機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)加速，當(dāng)加速一定時(shí)間后，PLC根據(jù)脈沖輸入的數(shù)量判斷滑塊是否到達(dá)慣性勻速下滑的距離，當(dāng)判斷所輸入的脈沖到達(dá)勻速下滑的距離時(shí)，PLC發(fā)出指令通過(guò)變頻器控制滑塊勻速下滑來(lái)打擊鍛件。根據(jù)能量控制原理及算法，打擊下行的控制流程圖如圖4-4 所示。 圖4-4 向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程打擊回程的控制流程圖如圖 4-5 所示。在回程過(guò)程中PLC同樣根據(jù)編碼器輸入的脈沖，在經(jīng)過(guò)計(jì)算，當(dāng)達(dá)到滑塊速度為零時(shí)，PLC發(fā)出指令電機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)加速，這時(shí)滑塊開(kāi)始向上加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)滑塊加速一段時(shí)間后，通過(guò)脈沖數(shù)量判斷滑塊是否到達(dá)減速點(diǎn)，當(dāng)滑塊到達(dá)減速點(diǎn)時(shí)，電機(jī)開(kāi)始減速制動(dòng)，當(dāng)最后到達(dá)初始位置速度減小至零，如若打擊結(jié)束氣動(dòng)裝置開(kāi)始抱閘，如果進(jìn)行再次打擊將會(huì)重復(fù)上面向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。 圖4-5 回程控制過(guò)程4.5 I/O接口分布表用PLC控制電動(dòng)螺旋壓力機(jī)I/O分布表如下表所示表4-1 I/O接口分布表符號(hào)定義地址注釋啟動(dòng)按鈕I0.3閉合后允許啟動(dòng)（用常開(kāi)點(diǎn)）停止按鈕I0.4斷開(kāi)停車（用于常閉點(diǎn)）急停按鈕I0.5斷開(kāi)停車（用于常閉點(diǎn)）變頻器故障輸入I0.2斷開(kāi)停車（用于常閉點(diǎn)正反轉(zhuǎn)控制Q0.0Q0.0=0 為正轉(zhuǎn) ； Q0.0=1為反轉(zhuǎn)起?？刂芉0.1Q0.1=1時(shí)為啟動(dòng)；Q0.0=0時(shí)為停止制動(dòng)控制Q0.2Q0.2=1 為 松閘 ； Q0.2=0為制動(dòng)勻速控制Q0.3KM接觸器Q0.5故障指示燈Q0.6報(bào)警Q0.7加減速Q(mào)0.4啟動(dòng)按鈕M10.1停止按鈕M10.2手動(dòng)上升M10.3手動(dòng)下降M10.4手動(dòng)快升M10.5手動(dòng)快降M10.6正轉(zhuǎn)條件1M11.1反轉(zhuǎn)條件1M11.2上升指示M11.3下降指示M11.4快升標(biāo)志位M11.5快降標(biāo)志位M11.6M11.7M12.0啟動(dòng)標(biāo)志位M12.1M12.2M12.3M12.4制動(dòng)條件M12.5勻速條件M12.6 4.6 觸摸屏編程400噸數(shù)控電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的主界面如圖所示，可以通過(guò)主界面進(jìn)入其它的各種子界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)螺旋壓力機(jī)的自動(dòng)控制，手動(dòng)控制，故障檢測(cè)等，使機(jī)構(gòu)更加的人性化。 圖4-6 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的手動(dòng)運(yùn)行如下圖所示。通過(guò)觸摸屏的手動(dòng)運(yùn)行畫(huà)面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)螺旋壓力機(jī)的啟動(dòng)、停止、手動(dòng)上升、手動(dòng)下降等功能。通過(guò)這個(gè)手動(dòng)運(yùn)行畫(huà)面，可以對(duì)鍛壓過(guò)程，滑塊運(yùn)行的動(dòng)作進(jìn)行分開(kāi)控制，這樣可以在設(shè)備出現(xiàn)故障，滑塊運(yùn)行不暢時(shí)，對(duì)螺旋壓力機(jī)的動(dòng)作進(jìn)行分開(kāi)運(yùn)行，可以很快的找到設(shè)備的故障所在，及時(shí)的對(duì)設(shè)備進(jìn)行修復(fù)調(diào)試。圖 4-7 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)手動(dòng)運(yùn)行畫(huà)面總 結(jié)總結(jié)400噸數(shù)控電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，能量控制以及整個(gè)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面的研究。先將本研究成果如下：（1） 研究了直流電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)以及它的運(yùn)動(dòng)特性和優(yōu)缺點(diǎn)，研究了基于