基于自动化技术的压力机控制设计

梁克章

摘  要：自动化技术在发展中与各行业紧密结合，通过与机械设备之间建立的自动化控制系统实现对工业生产设备的高效控制，解决了企业产品批量加工生产的工作难题。在压力机设备控制过程中，传统设备在操作便利程度和安全性等多个方面均存在欠缺，逐渐难以满足企业生产发展的需求，本文针对这一问题提出了新型压力机自动控制系统的设计思路，分析了自动控制系统的滑块控制、制动器控制等设计要求，以为相关单位人员提供设计改造思路。

关键词：自动化技术;控制技术;压力机设计

引言：

压力机的自动控制设计目标在于利用自动化技术更精准、灵活地完成对滑轨的有效控制。在技术发展过程中，传统压力机所应用的手动控制方式不仅操作极其不便，还存在工作精度较差的问题，对产品的生产加工效率和精度均产生不利影响，而基于电力电子自动化技术构建的自动控制系统则能够结合压力机的工作特性将控制系统与离合器、滑块等部件的运行过程有效融合，实现压力机生产运行效率和精度的大幅度提升，为相关企业的生产发展提供助力。

1 压力机功能原理概述

压力机在车床加工过程中能够实现成型、铆合、弯曲、切断等各种工艺技术，该设备多用于金属制品生产加工工作，能够将压力作用于金属器件使其按要求产生相应的形变。传统压力机依靠异步电动机驱动，经皮带将电动机动力施加给飞轮使其转动，并依靠离合器、连杆、齿轮等实现滑块机构的往复运动[1]。相对而言，压力机在锻压金属等材料过程中的工作流程极其简单，但为了实现对整个加工过程的高效、精准控制，企业通常需要针对性地设计相应的自动化控制系统，确保滑块动作、制动器控制等能够有序进行。

2 压力机自动控制设计改造的必要性分析

传统压力机在安全防护方面的功能存在一定欠缺，安全闭锁等防护装置对于生产人员的送料与取料等操作无法起到防护作用，一旦出现人为操作失误问题，将导致挤压事故发生，同时，传统机械驱动方式通常需要工作人员现场进行各项操作，多台设备在紧凑车间库房内部运行产生的噪音对工作人员的身体健康产生严重威胁。此外，传统压力机在启动过程中更容易受到大电流的冲击，绕组、电机绝缘等容易受到损伤，对压力机驱动系统的使用寿命产生负面影响。针对传统压力机存在的较多不足之处，企业有必要将自动化技术应用到设备控制过程中，实现压力机的自动化运行控制。

3 压力机自动化控制设计思路

3.1系统原理

为实现压力机的自动控制，本文从滑块运动路径入手，借助传感器实现对滑块位置状态的监测，通过迭代法完成对滑块运动过程中的自动化精准控制。同时，借助控制软件对制动器进行控制，通过角位移传感器（非接触）监测电机转速，进而实现对压力机的可靠制动控制[2]。在闭锁控制方面，制动器与离合器均设定刚性闭锁，动作过程符合设定顺序，确保产品生产加工过程得到精准可靠控制。

3.2滑块控制系统

压力机对飞轮的拖地依靠大型异步电机来完成，在锻压金属等材料期间往往会展现出具有强烈冲击性的负载，导致电机在压力机锻压期间具有较高的负载，而锻压完成后则负载接近空载状态。在锻压过程中，压力机滑块先从起点空程运动至终点，最终又返回至起点，可以结合滑块运动期间的电机转矩相关参数对滑块的运动情况进行解析。在空程运动期间，滑块以M1转矩动作了T1时间;在锻压运动期间，滑块以M2转矩动作了T2时间;由空程到锻压，转矩改变的同时，电机的转速也随之改变，其工作原理如下：

压力机电机由空载运行到负载运行期间的转矩变化工作原理如下：

其中，飞轮转矩GD²决定了时间常数T0的数值，飞轮转矩的数值随着飞轮半径的提升而提升，而随着该数值的增加，压力机在锻压期间承受的较大冲击力将会在飞轮的影响下起到一定的抵消作用。

在对滑块进行自动化控制期间，其工作原理为双联阀线圈在压力机启动的同时得电，制动器气动系统控制得以解除，离合器连合并通过齿轮、皮带控制滑块动作，压力机上安装的传感器实时对所检测到的滑块位置状态上报，控制器对上报的传感器信号进行处理，按照设定的程序结合滑块位置情况对后续动作进行自动控制。在实际控制期间，系统容易在各种因素的作用下出现误差，导致对压力机的控制精度出现较大问题，为了解决控制系统的误差问题，结合滑动锻压动作特性选择应用迭代法进行节能改造控制。在应用该方法期间，工作人员需要结合压力机及其控制系统实际情况合理选择输入与输出变量。其中，输入变量应为现场滑块停止点位与理想停止点位的数字化差，而输出变量则为传感器线圈驱动电压。

3.3制动器控制系统

制动系统的自动化控制对压力机的可靠运行具有重要作用，能够辅助企业实现对产品锻造加工过程的精准控制，对于所加工产品的精度误差也具有较大影响。相对传统压力机制动系统，借助开关磁阻调速系统运行的压力机在电机调速制动方面更具优势，不仅制动效率较高，在系统节能方面也更具优势，是确保压力机设备稳定运行的重要保障[3]。

为实现对压力机制动器的有效控制，选择PID软控制模式，通过角位移传感器实时监测开关磁阻器的转速情况，通过控制器对所采取的角位移信号进行处理，从而完成制动控制。在应用过程中，系统时钟频率为f，则电机转速可根据下述公式计算：

其中，PN为脉冲数量（电机转过1周），n为时钟脉冲数量。

虽然压力机锻压工作过程的时间是连续的，但在制动器自动化控制设计时可以将连续性替换为离散性，按照t=It就那些PID处理，具体如下：

其中，ωi为不同时刻的电机转速，额定转速时的i=0; 为积分常数;不同时刻的采样偏差为 。

在采用变频调速控制期间，摩擦带边缘部位的接近开关会受摩擦力作用在制动过程中靠近飞轮，当摩擦片磨损情况符合运行要求时，制动期间的接近开关与飞轮的间距将超出感应距离，在未达到感应距离的情况下不会产生相关信号[4]。而在摩擦带严重磨损的情况下，制动期间的接近开关将与飞轮间距缩小，在达到感应距离的情况下发出保护信号，此时PLC自动控制系统则能够在既定程序中发出报警提升，工作人员能够在人机交互界面中确认异常情况并对压力机进行停机处理。相对而言，本文所采用的制动器控制技术能够辅助企业提前发现摩擦带异常磨损情况，避免在运行期间因摩擦带过度磨损而出现制动器损坏的问题，对于压力机的维护保养具有积极意义。此外，在制动器控制方面，相关单位还可以将限位开关装设于制动器部位，避免产生压力机误动作问题。例如，在电机启动之前，如果限位开关位置存在问题，则控制系统能够根据限位开关的位置信息进行PLC处理，并为工作人员预警，避免因电机启动产生负面影响;制动器在电机运行期间出现电磁阀损坏等工作情况时，飞轮制动将无法依靠制动器完成，此时将通过限位开关为自动控制系统发出信号，从而控制电机终止运行。

结语：综上所述，传统压力机在运行控制过程中存在安全系數低、效率低以及精度低等问题，相关单位需要积极引进自动化控制技术，通过传感器、PLC控制系统等实现对压力机滑块、制动器的高效控制，为企业生产效率和精度的提升提供助力。

参考文献：

[1]郝玉琴，邱玉良，李立丰，彭鑫亮，王凯.机械压力机曲轴、轴瓦温升自动控制设计技术[J].锻压装备与制造技术，2019，54（06）：26-28.

[2]潘冬.机械变速压力机电液伺服自动控制系统设计[J].计算机测量与控制，2017，25（10）：73-76+80.

[3]洪磊，封峰，沈浩.基于信捷一体机的电机定转子冲压的新扭槽自动控制系统[J].锻压装备与制造技术，2017，52（06）：48-49.

[4]朱霖，邵振荣，赵磊，赵菲.一种PLC在电池壳冲压成型工艺中的应用方案设计[J].现代制造技术与装备，2016（09）：21+23.