锻压机控制系统全版.docx

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锻压机控制系统全版

工程技术学院

锻压工艺及模具设计

课程报告

学院（系）长江大学工程技术学院机械系

专业班级模具设计与制造61002班

学生姓名余伟序号24

指导教师江山

日期2012-5-29

目录

一、锻压机背景综述

1.1锻压机控制系统的发展趋势..............................2

1.2锻压机的工作原理......................................3

二、电动机保护与控制关系及其保护装置

2.1电动机的保护与控制....................................4

2.2电动机保护装置........................................4

2.3电动机的几种保护......................................5

2.4三相异步电动机保护装置控制............................6

三、递恩DNA310伺服控制系统在锻压机械上的应用

3.1递恩DNA310系列伺服控制系统简介......................7

3.2、实施情况介绍.........................................8

四、结论..................................................9

五、心得体会..............................................10

锻压机控制系统

一、锻压机背景综述

1795年英国的J.布拉默发明水压机，但直到19世纪中叶由于大锻件的需要才应用于锻造。

随着电动机的发明，19世纪末出现了以电为动力的机械压力机和空气锤，并获得迅速发展。

第二次世界大战以来，750000千牛的模锻水压机、1500千焦的对击锤、60000千牛的板料冲压压力机、160000千牛的热模锻压力机等重型锻压机械和一些自动冷镦机相继问世，形成了门类齐全的锻压机械体系。

20世纪60年代以后，锻压机械改变了从19世纪开始的向重型和大型方向发展的趋势，转而向高速、高效、自动、精密、专用、多品种生产等方向发展。

于是出现了每分种行程2000次的高速压力机、60000千牛的三坐标多工位压力机，25000千牛的精密冲裁压力机，能冷镦直径为48毫米钢材的多工位自动冷镦机和多种自动机、自动生产线等。

各种机械控制的、数字控制的和计算机控制的自动锻压机械以及与之配套的操作机、机械手和工业机器人也相继研制成功。

现代化的锻压机械可生产精确制品，有良好的劳动条件，环境污染很小。

1.1锻压机控制系统的发展趋势

迄今为止，我国锻压机床经半个多世纪的发展，通过国家经济建设“七五”、“八五”、“九五”、“十五”规划的实施，已经从只能生产单机发展到能够生产装备机械化、半自动化和自动化锻压生产线，大重型锻压机和具有各种特殊功能的先进特种锻压机床。

到目前为止，国产锻压机床（以2004年为例）主要产品有一千多种，主要生产企业一百多家，年产量6.7万台套，年产值66亿元，年销售额62亿元，年出口近2.4亿美元。

锻压机面临的重要挑战之一，是如何更具柔性，以适应“及时生产”的要求。

压力机用户要求设备的所有控制功能集成化，从而实现全套模具的菜单化管理，主要包括滑块行程调整、平衡器气压的调整、气垫行程调整，以及自动化控制系统等各个环节的参数设定。

　　压力机控制系统的集成化，可通过单一操作接口实现所有压机和模具的各项控制功能，包括故障诊断、模具菜单配置、可编程限位开关和模具监控的调整等，并使设备的维修保养更加方便，而且明显增加压力机的有效工作时间。

　　具有现场通信网络、现场设备互联、互动操作性、分散功能模块、开放式互联网络的现场总线技术，是压力机控制技术的发展方向，对实现自动化具有明显也推动作用。

1.2锻压机的工作原理

以高压液体（油、乳化液等）传送工作压力的锻压机械。

液压机的行程是可变的，能够在任意位置发出最大的工作力。

液压机工作平稳，没有震动，容易达到较大的锻造深度，最适合于大锻件的锻造和大规格板料的拉深、打包和压块等工作。

（见图1）

图1　

利用帕斯卡定律制成的利用液体压强传动的机械，种类很多。

用途也根据需要是多种多样的。

如按传递压强的液体种类来分，有油压机和水压机两大类。

水压机产生的总压力较大，常用于锻造和冲压。

锻造水压机又分为模锻水压机和自由锻水压机两种。

（见图2）模锻水压机要用模具，而自由锻水压机不用模具。

径向柱塞式液压马达工作原理，当压力油经固定的配油轴4的窗口进入缸体内柱塞的底部时，柱塞向外伸出，紧紧顶住定子的内壁，由于定子与缸体存在一偏心距。

在柱塞与定子接触处，定子对柱塞的反作用力为。

液压机力可分解为和两个分力。

当作用在柱塞底部的油液压力为p，柱塞直径为d，力和之间的夹角为X时，力对缸体产生一转矩，使缸体旋转。

缸体再通过端面连接的传动轴向外输出转矩和转速。

金属剪切机既有电动机驱动油泵作为动力源的,单柱液压机也有柴油机驱动机油泵作为动力源的,柴油机驱动油泵型特别适用于在没有三相工业用电的废金属回收场所工作。

图2

二、电动机保护与控制关系及其保护装置

2.1电动机的保护与控制

电动机的保护与其控制回路系统有，即保护中有控制，控制中有保护。

如电动机直接起动时，往往产生5-7倍额定电流的起动电流。

若由接触器或断路器来控制，则电器的触头应能承受起动电流的接通和分断能力，即使是可频繁操作的接触器也会引起触头磨损或粘连加剧，以致损坏电器。

此外，对电动机的控制还可以采用无触点方式，即采用软起动控制系统。

2.2电动机保护装置

电流检测型保护装置:

①热继电器接入主回路，是利用负载电流通过经校准的电阻元件，使继电器在电动机绕组烧坏以前动作，从而切断控制回路。

随着结构设计及电子元件的不断完善和改进，除有温度补偿外，它还具有断相保护及负载不平衡保护功能的开发和应用;②带有热-磁脱扣的电动机保护用热式断路器作过载保护用，结构及动作原理等同热继电器;③电子式过电流继电器通过内部各相电流互感器检测故障电流信号，经电子电路处理后执行相应的动作。

电子电路变化灵活，动作功能多样，能广泛满足各种类型的电动机的保护;④固态继电器现已发展为各种功能的微处理器装置;⑤带有电子式脱扣的电动机保护用断路器其动作原理类同上述电子式过电流继电器或固态继电器;⑥软起动器的主电路采用晶闸管来完成对电动机起动前后的异常故障检测，如断相、过热、短路、漏电和不平衡负载等故障，并发出相应的动作指令。

温度检测型保护装置:

双金属片温度继电器直接埋人电动机绕组中。

热保护器是装在电动机本体上使用的热动式过载保护继电器。

检测线圈测温电动机定子每相绕组中埋人1-2个检测线圈，由自动平衡式温度计来监视绕组温度。

热敏电阻温度继电器直接埋人电动机绕组中，一旦超过规定温度，其电阻值急剧增大10-1001倍。

见（图3）

图3

保护装置与异步电动机的协调配合:

即过载保护装置与电动机的协调配合过载保护装置与短路保护装置的协调配合。

2.3电动机的几种保护

①电动机的过载及其保护

电动机的过载原因还有，电动机周围环境温度过高，散热条件差;电动机在大的起动电流下缓慢起动;电动机长期低速运行;电动机频繁起动、制动、正反转运行及经常反接制动。

电动机的过载由于电流增大，发热剧增，从而使其绝缘物受到损害，缩短了其使用寿命甚至被烧毁。

对于由上述几种原因产生的电动机过载，应采取相应的具体措施，实行保护。

电动机的短路保护

电动机在短路情况下的保护，通常选用断路器，有的地方也使用熔断器。

但断路器的瞬时动作电流整定值应能躲过电动机的全起动电流。

保护鼠笼型电动机的断路器，其瞬动电流是整定在8-15倍电动机的额定电流，绕线式电动机应整定在3-6倍电动机额定电流。

③鼠笼型电动机的断相

鼠笼型电动机的断相分为两类，一是电动机外部的电源线幽截;二是电动机内部定子绕组的断线，而电动机内部接线又分为星形和三角形两种连接。

当星形

连接的电动机断相运行时，未断的两相电流会增大，三角形连接的电动机断相时会有两种情况产生:

①电动机外部的电源线幽该绝，此时线电流已经不能正确反映相电流的大小，即不能有效地反映电动机绕组是否已处于过载状态。

为解决保护问题，应采用带断相保护的热继电器，②电动机的定子绕组为三角形连接，绕组断了一相，有一相线电流与未断线前是一样的，因此，可以选用一般的三极热继电器来保护。

④电动机的欠电压保护

电压降低到足以使电动机疲劳、堵转的电压，称为临界电压。

在临界电压出现时，低压保护电器恰好会动作就称为欠电压保护。

当电网电压低于电动机的临

界电压，保护装置方动作，称为失压保护。

失压保护是欠电压保护的一种。

欠电压动作电压值为（70%-35%）

。

一般整定在0.5。

左右短延时动作时间主要针对欠电压对象，用瞬时动作甩掉一批次要的电动机，而用短延时动作来保住一些主要的电动机。

长延时动作适用于重要的，起动条件不困难的绕线型电动机;可

以自起动但技术保安条例不允许自起动的鼠笼型电动机，延时大约5~10s。

通常其整定时间大于5s而小于电动机的全部惰行时间。

长延时动作主要针对失压保护，其目的是一部分比较重要，而其起动条件不困难的电动机尽可能不退出运转。

2.4三相异步电动机保护装置控制

异步电动机的保护是个复杂的问题。

在实际使用中，应按照电动机的容量、型式、控制方式和配电设备等不同来选择相适应的保护装置及起动设备。

电动机的损坏主要是绕组过热或绝缘性能降低引起的，而绕组的过热往往是流经绕组的电流过大引起的。

对电动机的保护主要有电流、温度检测两大类型。

1．电流检测型保护装置

（1）热继电器利用负载电流流过经校准的电阻元件，使双金属热元件加热后产生弯曲，从而使继电器的触点在电动机绕组烧坏以前动作。

其动作特性与电动机绕组的允许过载特性接近。

热继电器虽则动作时间准确性一般，但对电动机可以实现有效的过载保护。

（2）带有热—磁脱扣的电动机保护用断路器热式作过载保护用，结构及动作原理同热继电器，其双金属热元件弯曲后有的直接顶脱扣装置，有的使触点接通，最后导致断路器断开。

电磁铁的整定值较高，仅在短路时动作。

（4）固态继电器它是一种从完成继电器功能的简单电子式装置发展到具有各种功能的微处理器装置。

（5）带有电子式脱扣的电动机保护用断路器其动作原理类同上述电子式过电流继电器或固态继电器。

（6）软起动器软起动器的主电路采用晶闸管，控制其分断或接通的保护装置一般做成故障检测模块，用来完成对电动机起动前后的异常故障检测，如断相、过热、短路、漏电和不平衡负载等故障，并发出相应的动作指令。

2．温度检测型保护装置

（1）双金属片温度继电器它直接埋入电动机绕组中。

当电动机过载使绕组温度升高至接近极限值时，带有一触头的双金属片受热产生弯曲，使触点断开而切断电路。

（2）热保护器它是装在电动机本体上使用的热动式过载保护继电器。

与温度继电器不同的是带2个触头的碗形双金属片作为触桥串在电动机回路，既有流过的过载电流使其发热，又有电动机温度使其升温，达到一定值时，双金属片瞬间反跳动作，触点断开，分断电动机电流。

（3）检测线圈测温电动机定子每相绕组中埋入1—2个检测线圈，由自动平衡式温度计来监视绕组温度。

（4）热敏电阻温度继电器它直接埋入电动机绕组中，一旦超过规定温度，其电阻值急剧增大10—1000倍。

使用时，配以电子电路检测，然后使继电器动作。

三、递恩DNA310伺服控制系统在锻压机械上的应用

3.1递恩DNA310系列伺服控制系统简介

某锻压机械厂制造的数控直缝管成型机以前的定位控制系统买荷兰一家数控成套产品，来控制主机滑块的升降，和推料小车的定位，系统为手动设定数值定位。

由于成套数控产品的成本价格太高，维护费用高。

且手动控制进给。

要求以伺服控制器合成PLC来完成折弯钢板的精确送料。

及成套自动控制动作。

为此与深圳递恩电气技术有限公司只对该项目作了改造方案。

直缝钢管成型机为大型制管机械，国内生产厂家不多，产品主要供应欧美及国内大型石油管道加工厂。

此项目采用了递恩DNA310系列伺服控制系统。

见（图4）

图4

递恩DNA310伺服控制系统具有如下特点：

1.可实现电机平稳运行于0.01hz～250hz工作范围；

2.电机运行速率低于50hz时可实现3倍电机额定转矩输出，包括电机0hz锁定时的3倍电机额定转矩输出，有效地解决了工件加工过程中偶尔出现的堵转现象，保证了器件加工的高效率输出；

3.内置PLC功能（8入/4出），通过DMCL软件编程的方式对所有I/O进行自定义设计。

使用I/O方式接收相应动作信号及告知上位PLC。

4.使用DMCL语言编译的程序，可以灵活的设定电气零点，通过程序定义好的参数设置偏置值来保证机械原位与电气零点的可靠结合。

而且由软件根据机械实际情况设计的间隙补偿量与机械结合更加紧密，由于各类补偿是作为参数设定的，因此可根据实际情况及长时间使用造成的间隙改变做出相应调整。

极大方便了系统调试和维护。

5.系统参数任意设定电机运行时的s曲线和转矩限幅值。

3.2、实施情况介绍

首先将裁好的钢板通过辊道的传送对中到主机滑块的横向中心线，对中到位以后，由触摸屏设定的钢板的参数，钢板的长度，宽度，厚度系统会计算出左右小车在第一刀压制的位置。

通过RS422通信连接告知递恩伺服控制器。

伺服控制器根据主机滑块的中心线位置走绝对位置推动钢板到折弯第一刀位置。

PLC驱动主机滑块的下降压弯，主机滑块的位置、原点、上升、下降，以及压力。

系统根据操作员输入的板宽自动计算出每一刀压制的位置与折弯的次数。

每一次压弯完成后左右小车夹板推行定位一次，直到折弯制管结束。

推料小车驱动电机有DNA310伺服控制器进行位置控制，通过编码器（pg）构成位置闭环系统，所有的位置开关，零位开关，所有的使能信号直接联入相应控制器的接口作为控制信号。

控制器利用内部PLC功能通过I/O信号和RS422通信对参数的接收和相应的处理。

内部PLC作为一个智能从站，对编码器反馈的速度位置及时地反映到触摸屏上。

自身控制的部分功能自己诊断处理。

故障保护：

DNA310伺服控制器把历史故障和实时故障，反映到触摸屏显示。

电机运行中的实时数据如转矩，电流，电压，速度，位置。

都在第一时间反映到人机界面。

用户由触摸屏设定的技术参数同通过RS422传送到DNA310伺服控制器去做处理。

这样由PLC控制的多数据高精度定位控制就可以实现了。

四、结论

本文介绍了电器控制系统和递恩DNA310系列伺服控制系统。

锻造液压机由于其锻造速度快、控制精度好、自动化程度高、工艺范围广以及节能、节材显著，被认为是锻造设备的发展方向之一，是目前在用大型自由锻锤及中小型普通水压机的更新换代产品。

1.常用管径加工周期由原来的25分钟提升至18分。

对于设备使用厂家来说效率就意味着产量和利润，其重要性不言而喻，本项指标的提高也是最令设备使用厂家感到欣喜和满意的地方。

2.系统具有极佳的可靠性与稳定性，维护简便。

相对于传统设备的液电伺服系统，由于本套设备采用了三相异步电机作为驱动电机，因此极大地简化了设备维护工作。

系统的可靠性和稳定性对于批量加工企业来说非常重要，在整个调试阶段DNA310伺服控制器始终处于无故障运行。

3.简单明了的参数设计。

绝大多数伺服驱动系统参数都是相对固定的，对于锻压行业来说有些参数需要进行相应转换后才能便于操作者的理解。

DNA310伺服控制器通过软件设计出来的参数含义可直接按照用户的要求进行相应设计，极大方便了设备操作者和使用者。

4.DNA310伺服控制器内部集成了PLC功能，I/O使用起来更加灵活方便，在简化了系统集成整体设计方案难度的同时也减少了部分硬件成本。

五、心得体会

由于大型锻压设备在某种意义上代表了一个国家的航天航空和其他科学技

术水平，因此锻压机械在未来的发展中有如下趋势:

1、由于锻造液压机涉及机、电、液多种技术，因而需要进一步优化液压伺服系

统的设计工作。

2、我国有相当多数量的水压机及旧式液压机，这些设备均到了更新换代的年限，将这一技术用于改造现有老设备，具有广阔的市场前景和经济效益。

3、虽然锻造液压机具有良好的应用前景和显著的经济效益，但目前我国对该领域的最新研究还比较有限，国产锻造液压机的综合技术水平有待进一步提高。

4、先进的控制系统应用在锻压机上，让锻压机趋于自动化从而大大提高了生产效率和锻件质量，使锻造工业走上更高的一个层次。

5、我们一定要认真的学习和钻研新型的知识，要让更多的先进科技造福于人类。

相信只要持之以恒就总会有希望。

参考文献

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煤炭工业出版社。

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[4]　　GB/T4942.2-93《低压电器外壳防护等级》

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